基于 LIN 总线的汽车智能雨刷设计外文翻译资料

Design and Implementation intelligent car wiper based on LIN Bus

Abstract :Contrary to the problem that the process of rainy car manual manipulation causes much interference to the driver, a design method for intelligent car wiper based on the LIN bus is proposed. It adopts the chips MC9S08DZ60 and MC33661 as the controller from Freescale that dedicated to the automotive electronics field. During its working, with the rain sensor sensing the magnitude of outside rainfall, it can automatically adjust the wiper speed, achieving the intelligent wiper control.

Keywords: Rain wiper control, LIN bus, Intelligent, Freescale.

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Introduction

The number of wiring harnesses is increasing at the double speed by the growing in the quantity of automotive electronic components. The increasing of wiring harness occupies the interior effective space and enlarges the cost of vehicle. On the other hand, it impedes the improvement of vehicle reliability. LIN bus, as a low-cost serial bus technology meeting the requirements of car body electronics, can provide a low-cost and short-distance network connection for electric machines, switches, sensors and light[1].

As an important part of the electronic automotive vehicle, car wiper plays a particularly important role in the rain and fog weather. At present, the automobile wiper control system in the market mainly adjusts wiper speed through manually. The manual adjustment will not only cause some interference to the drivers energy but also can not promptly respond to the sudden incident such as rain splashing on the windshield, increasing the accident probability. Therefore, itrsquo;s especially important to install the intelligent car wiper on the car body.

Based on the above introduction, the text designs and implements an intelligent car wiper based on the LIN bus. We select the Freescale chip MC9S08DZ60 and MC33661 as the controller to complete the hardware design and communicate with the rainfall monitoring devices or central controller through the LIN bus. Its overall block diagram can be seen in

Figure 1.

Fig.1 The overall block diagram of intelligent car wiper

LIN bus protocol

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Protocol Overview:LIN bus network consists of a master node and several slave nodes. Each node contains a secondary communication task decomposed to the task of sending and receiving. The master node also contains an additional major sending task. The LIN bus communication is usually composed of the responses generated by the master node, namely the main task and the secondary task[2].

There are several main features in the LIN protocol. First, itrsquo;s in low cost and carried out based on the common SCI / UART interface. Secondly, it uses the mode of one master and several slaves. The data priority is determined by the master node and can be changed flexibly according to the need. Lastly, the delay time of signal transmission can be ensured. The highest transfer rate can reach up to 20kb/s and its largest bus length is 40m.

Message Frame Structure:The formation of message frame from LIN bus includes the header and the response. The header is made up of interrupt, synchronization and protected identifier. The response consists of data field and check sum, of which the data field includes one to eight data bytes. All the other fields in the message frame except interrupt follow the byte and can be generated by the serial communication interface of microcontroller.

Hardware design and achievement

This design uses the microchip MC9S08DZ60 as the main chip and is powered by the MC3388. The main chip connects with the wiper controller MC33486 through I/O ports to control the rotating direction and speed of the wiper electric machine. The sensor KM241 as the detecting device of wiper machine gets its speed and position and sends to the microcontroller by AD ports. Meanwhile, it communicates with rainfall monitoring device and MCU module through the LIN controller MC33661[3]. The overall circuit is shown in Figure 2.

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Fig.2 The overall schematic of intelligent car wiper

MCU module:As shown in Figure 2, we select the Freescale chip MC9S08DZ60 as the microcontroller. It is 8-bit microchip in higher integration and powerful function specially designed for the automobile field, providing the Freescale embedded CAN, EEPROM and on-chip emulation/debug module in the lowest cost. The chip has an internal flash memory of 60K, RAM memory of 2K and E2PROM memory of 1K. MC9S08DZ60 can communicate with peripheral intelligent chip using SPI module of which the SCI module can achieve the LIN bus communication[4].

Power module:The power module is the device that provides voltage conversion to wiper controller. The voltage of power supply in the car battery is 12V DC while the MCU, LIN transceiver and Hall sensor are the power supply device in 5V, therefore, the power module needs to convert 12V to 5V and supply to them.

The chip MC33889:is selected for the power management. It can work in the car ultimate application range of -40℃ to 125℃ with CAN physical layer and voltage stabilization. It has internal watchdog timer and local wake-up circuit providing MCU a stable 5V operating voltage. In addition, its integrated design reduces packaging cost and increases the design flexibility.

Wiper electric module :Wiper electric module works with the PWM output by 4

microcontroller going with intelligent power components to adjust the speed of electric machine and drive the forward and reverse rotation of wiper machine. Moreover, it can make appropriate response to the condition whether the machine was blocked.

Wiper control module adopts MC33486 to be the controller of which the stable output is up to 10A, especially meeting the control requirements in positive and inverse phase demanding high power and impact current such as the electric window machine, wi

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基于 LIN 总线的汽车智能雨刷设计

摘要:针对汽车面对下雨天气时驾驶员手动操纵雨刷对驾驶造成很大影响的问 题,提出了基于 LIN 总线的汽车智能雨刷的设计方法。它采用了 MC9S08DZ60和 MC33661作为汽车智能雨刷的控制器。在工作过程中,雨传感器感应到外界降雨的强 度,可以自动调节雨刷的速度,实现智能雨刷的控制。

关键词:雨刷器控制; LIN 总线;智能;飞思卡尔。

1 介绍

随着汽车电子元件数量的增加, 线束的数量正以两倍的速度增加。 线束的增加占 据了车内的有效空间,增加了车辆的成本。另一方面,它阻碍了车辆可靠性的提高。 LIN 总线作为一种低成本的串行总线技术,满足汽车车身电子产品的需求,可以为电 子元件、开关、传感器和灯光提供低成本和短距离的网络连接 [1]。

作为电子汽车的一个重要组成部分, 汽车刮雨器在雨雾天气中扮演了一个特别重 要的角色。目前,市场上的汽车刮水器控制系统主要是通过手动调节刮水器的速度。 手动调整不仅会对驾驶员的注意力造成一定的干扰, 而且也不能及时地对突发事件作 出反应。比如在挡风玻璃上溅起水花,增加事故的可能性。因此,在车身安装智能汽 车刮水器尤为重要。

在此基础上, 本文设计并实现了基于 LIN 总线的智能汽车刮水器设计。 我们选择 飞思卡尔芯片 MC9S08DZ60和 MC33661作为控制器来完成硬件设计,并通过 LIN 总线 与降雨监控设备或中央控制器进行通信。智能雨刷的整体框图如图一所示。

图 1 智能雨刷器的整体框图

2LIN 总线协议

2.1协议概述

LIN 总线网络由一个主节点和几个从节点组成。 每个节点都包含从发送任务和从 接收任务。主节点还包含一个额外的主发送任务。 LIN 总线通信通常由主节点生成的 响应组成,即主任务和次要任务 [2]。

在 LIN 协议中有几个主要的特点 :首先,它的成本很低,并且是基于公共的 SCI/UART接口进行的。其次,它使用了一个主节点和若干个从节点的模式。数据优 先级由主节点确定, 可以根据需要灵活地更改。 最后, 可以保证信号传输的延迟时间。 最高的转移率可达 20kb/s,其最大的总线长度为 4000m 。

2.2 消息框架结构

来自 LIN 总线的消息组成包括报头和响应。 报头由中断、 同步和受保护的标识符 组成。 响应由数据段和校验和段组成, 其中数据段包含 1到 8个数据字节。 消息中的 所有其他字段,除了中断,都遵循字节,并且可以由微控制器的串行通信接口生成。

3 硬件设计和实现

该设计采用微芯片 MC9S08DZ60作为主要芯片, 由 MC3388供电。 主芯片与雨刷控 制器 MC33486通过 I/O端口连接,以控制雨刷电机的旋转方向和速度。传感器 KM241作为雨刷的检测设备,其速度和位置,并通过 AD 端口发送给微控制器。同时,通过 LIN 控制器 MC33661,与降雨监测装置和 MCU 模块进行通信。整个电路如图 2所示。

图 2 智能雨刷的整体电路图

3.1 MCU模块

如图 2所示,我们选择了飞思卡尔芯片 MC9S08DZ60作为微控制器。它是一款 8位的微晶片, 集成度高, 功能强大, 专为汽车领域设计, 提供飞思卡尔嵌入式、 EEPROM 和芯片仿真 /调试模块,节省成本。该芯片的内部闪存内存为 60K , RAM 内存为 2K , E2PROM 内存为 1K 。 MC9S08DZ60可以通过 SPI 模块与外围智能芯片进行通信,该模块 可以实现 LIN 总线通信 [4]。

3.2 电源模块

电源模块是为雨刷控制器提供电压转换的设备。 汽车电池的电源电压为 12V 直流 电源,而 MCU 、 LIN 接收和霍尔传感器是 5V 的电源设备,因此,电源模块需要将 12V 转换为 5V ,并为它们提供电源。

3.3 MC33889芯片

被选为电源管理。它可以在汽车的终极应用范围 -40°至 125°中使物理层和电 压稳定。 它有内部的监视定时器和本地的唤醒电路, 为 MCU 提供稳定的 5V 操作电压。

此外,它的集成设计降低了包装成本,增加了设计的灵活性。

3.4 雨刷电模块

与 PWM 的输出工作, 由微控制器与智能电源组件一起, 调整电机的速度, 驱动雨 刷器的前和反向旋转。此外,它还能对机器是否被阻断的情况作出适当的反应。 3.5 雨刷驱动模块

采用 MC33486作为 10A 稳定的大电流驱动芯片, 特别是在正、 反相要求高功率和 冲击电流的控制要求,如电动窗机、刮水器等。并且针对雨刷的设定,两种不同的功 率输出模块分别控制了雨刷电机的高速和低速。

3.6 智能雨刷的检测装置

智能雨刷需要对刮水器进行实时监控和控制, 因此有必要监控雨刷器的状态, 如 位置、速度、温度等。该系统选择霍尔传感器 KMZ41与微芯片一起工作,以便测量 180度范围内的角信号。在检测了刮水器的位置后,微控制器将决定电流位置是否正 确。如果没有,它会使电动机器旋转到正确的位置。

然后, 在检测到它的速度之后, 单芯片就会接收到这个数字, 并将其与给定的值进行 比较,以使雨刷以最精确的速度运行。

4 软件设计和实现

在此设计中,利用软件仿真实现了雨刷器的间歇运行。系统定时器的计时 3秒, MCU 输出芯片选择信号到 MC33486。然后,对相应的开关变量进行了读取,齿轮箱开 始工作,从而实现了雨刷的操作。

4.1 智能雨刷的软件设计

当微控制器检测到雨刷开关的情况时, 它将对齿轮进行判断, 并使 MC33486能够 根据不同的齿轮来完成相应的雨刷控制操作。 首先, 它确定了齿轮, 并进行了误差检 测,并标记了误差计数变量。如果一切正常,将采取适当的行动。软件设计的总流程 如图 3所示。

图 3 软件总流程框图

4.2 LIN驱动和雨刷系统的软件设计

根据 LIN2.x 的规范,主控制节点发送 LIN 消息,从节点进行反馈。只有从节点 接收到主节点发出的查询命令时,从节点才能将反馈帧发送到主节点。

LIN 通信需要配置两个文件:“id”和“ cfg ”。 “id”定义了 id 设置,包括 id 和帧长度的接收和发送方向。 “ cfg ” 文档主要定义了波特率、 时钟和 SCI 通信的比特 时间。配置了这两个文件, “ regs.h ”中的寄存器定义需要修改。以使寄存器地址正

确地映射到 DZ60并设置中断向量。

配置上述条件之后, 可以通过图 4所示的步骤来实现数据发送。 图 5是在主节点 中接收的数据的流程图。从节点,应该调用 LIN_MsgStatus (MsgId),并确定 ID 下的数 据是否为 LIN ok。如果有数据,那么缓冲区中的 ID 数据就可以通过调用 LIN_GetMsg (MsgId , *data).来传输给用户定义的数据。

图 4 数据发送框图

图 5 主节点的数据接收框图

5 总结

本文针对现有的雨刷控制系统的缺点, 提出了一种基于 LIN 总线的智能汽车雨刷 控制系统。 该系统可根据降雨信息控制雨刮机的速度, 并通过 LIN 总线实现雨刷控制 器与 ECU 之间的通信,使雨刷智能化。此外, LIN 总线在汽车领域的广泛应用也鼓励 了更多支持 LIN 协议的设备。在对 MC9S08DZ60进行了一些修改后,该系统可以实现 与其他汽车设备的数据传输,提高了设计的灵活性。

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