摘 要：傳統(tǒng)汽車照明、信號控制系統(tǒng)的控制信號通過專用線束傳輸，不具備自診斷功能。當(dāng)重要控制信號出現(xiàn)故障時(shí)，駕駛員難以察覺，容易造成車禍。針對上述問題，提出了一種基于光纖通信的新型汽車照明、信號控制系統(tǒng)，介紹了控制功能、自診斷功能，以及硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)。

　　汽車照明、信號控制系統(tǒng)承擔(dān)著汽車的照明、信號燈，以及電喇叭、倒車和剎車蜂鳴器等控制任務(wù)。傳統(tǒng)的汽車照明、信號控制系統(tǒng)采用開關(guān)、繼電器和專用電子振蕩器等進(jìn)行控制，其控制信號通過專用線束傳輸，不具備自診斷功能。汽車行駛過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)向燈等重要控制信號出現(xiàn)故障時(shí)，駕駛員難以察覺，容易造成車禍。

　　1 系統(tǒng)硬件平臺與工作原理

　　系統(tǒng)由3 片單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)汽車照明、信號的控制。系統(tǒng)主電子控制單元ECU （ Elec2trONic Control Unit） 將所有輸入控制信號集中編碼，通過光纖以串行的方式發(fā)送到前ECU（安裝在汽車前部）和后ECU（安裝在汽車尾部）。前（后） ECU 的并行輸出口通過光電隔離器輸出控制信號，分別對汽車前部（尾部） 各照明、信號器具進(jìn)行控制，對汽車前部（尾部） 車燈、信號器具進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦出現(xiàn)故障，前（后）ECU 立即將故障代碼傳回主ECU ，主ECU 報(bào)警并顯示故障代碼。系統(tǒng)硬件平臺，如圖1 所示。

　　圖1 系統(tǒng)硬件平臺

　　1. 1 ECU

　　系統(tǒng)主ECU 采用AT89C51 ，前ECU、后ECU 采用AT89C2051.AT89C51 內(nèi)置4KB 可編程FlashE2PROM，128字節(jié)RAM，2 個(gè)16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器，1 個(gè)串行通訊口，6個(gè)中斷源，32 條I/ O 引線，3 級程序存儲器保密，靜態(tài)工作頻率為24 MHz.AT89C2051 內(nèi)置2KB 可編程Flash E2PROM，128 字節(jié)RAM，2 個(gè)16 位定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器，1 個(gè)片內(nèi)模擬比較器，1 個(gè)串行通訊口，6 個(gè)中斷源，15條I/ O 引線，兩級程序存儲器保密，靜態(tài)工作頻率為24 MHz.

　　1. 2 光纖發(fā)射/ 接收器

　　光纖發(fā)射/ 接收器采用HFBR21414/ 2416.HFBR21414/ 2416發(fā)射光波長820 nm ，最高數(shù)據(jù)傳輸速率155MBd ，最長傳輸距離4 km，工作溫度范圍為- 40 ℃~ +85 ℃，可適用50/ 125μm ，62. 5/ 125μm ，200μmHCS 光纖及ST、SC、SMA 和FC 4 種連接頭。HFBR21414光纖發(fā)射器內(nèi)含一個(gè)高效光功率激勵(lì)的鋁砷化 光發(fā)射器，該光發(fā)射器在60 mA 直流電流激勵(lì)下能向光纖饋入光波長為820 nm 的光功率（12 dBm） .HFBR22416 光纖接收器由一個(gè)高效HN 光電二極管和一個(gè)低噪聲跨阻前置放大器電路組成，光信號經(jīng)光電二極管轉(zhuǎn)換成模擬電信號，放大后由射極輸出器緩沖輸出，最大動(dòng)態(tài)范圍達(dá)23 dB ，頻率響應(yīng)從直流到125 MHz.

       　1. 3 工作原理

　　主ECU 利用兩個(gè)控制字對所有輸入控制信號進(jìn)行編碼存儲，這兩個(gè)控制字的存儲格式相同，如圖2 所示。

　　圖2 控制信號存儲格式

　　主ECU T0 定時(shí)1. 5 ms 中斷，產(chǎn)生周期為3 ms 的方波信號控制汽車?yán)?。利用T0 中斷，軟計(jì)數(shù)250 次，以產(chǎn)生使轉(zhuǎn)向燈每分鐘閃爍80 次的周期方波信號。

　　當(dāng)輸入開關(guān)信號變化，或者定時(shí)時(shí)間到，或者軟計(jì)數(shù)次數(shù)到，則置位第1 個(gè)控制字的相應(yīng)位，或?qū)υ撐磺蠓?。主ECU 定時(shí)1. 5ms 比較這兩個(gè)控制字，當(dāng)這兩個(gè)控制字不同時(shí)，主ECU 通過串口發(fā)出更新信號，并用第1 個(gè)控制字更新第2 個(gè)控制字。

　　前（后）ECU 收到主ECU 傳來的控制信號后，立即與現(xiàn)有控制信號進(jìn)行比較。若不同，則更新輸出控制信號。

　　1. 4 自診斷

　　前（后）ECU 的P1. 7、P3. 2~P3. 5、P3. 7 為故障監(jiān)測端口，分別輸入前后照明、信號器具的自診斷信號。

　　前（后）ECU 每發(fā)出一個(gè)控制信號，在其故障監(jiān)測端口就會(huì)收到一個(gè)相應(yīng)的反饋信號。比較這兩個(gè)信號，如果不相同，則說明相應(yīng)端口的照明、信號器具發(fā)生故障，前（后） ECU 則立即向主ECU 發(fā)送故障代碼。主ECU 收到故障代碼后，報(bào)警，并顯示故障代碼。

       2 系統(tǒng)軟件

　　系統(tǒng)軟件由各ECU 的初始化程序，各ECU 控制子程序，自診斷子程序，以及通訊子程序等組成。

　　主ECU 與前（后）ECU 的通信利用單片機(jī)內(nèi)置的串口，通過光纖傳輸控制信號。主ECU、前（后） ECU 分別采用查詢、中斷的通信方式。系統(tǒng)通過對SCON（串口控制寄存器） 的TB8 賦予1 或0 來區(qū)分發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀。主ECU 首先發(fā)出地址幀，被尋ECU返回本機(jī)地址。在判斷地址相符后，主ECU 發(fā)出控制命令，被尋ECU 向主ECU 返回自己的狀態(tài)。若被尋ECU 狀態(tài)正常，主ECU 開始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。主ECU與前（后） ECU 的通信子程序流程如圖3 所示。

　　圖3 通信子程序流程

　　3 結(jié)束語

　　該系統(tǒng)的新穎之處在于采用3 片單片機(jī)，通過光纖傳輸編碼控制信號，具備自診斷功能。采用光纖取代傳統(tǒng)線束，成本低，抗干擾能力強(qiáng)，控制效果好。