基于LIN總線的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)設計

明顯誠 許博

摘 ?要： 汽車室內照明系統(tǒng)中通過LIN總線通信節(jié)點替代復雜的線束，能夠實現(xiàn)簡單、精準的照明調控。設計通過1個主節(jié)點以及2個從節(jié)點進行控制的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)，系統(tǒng)通過光照度采集模塊，利用光敏電阻采集汽車室內當前光照度;根據(jù)當前光照度信號，利用以MC56HC908GZ60芯片為核心的LIN模塊，實現(xiàn)汽車室內照明燈控制命令的響應、傳輸和調控，控制命令信號通過LIN總線傳輸?shù)角啊⒑罂刂破髦?，兩種控制器采用光照度恒定控制算法，實現(xiàn)汽車室內光照度的恒定調控。實驗結果表明，該系統(tǒng)輸出電壓和電流能夠保持相對穩(wěn)定，在滿足汽車室內照明系統(tǒng)需求的同時，將亮度誤差控制在1%以下，實現(xiàn)汽車室內照明燈的精確控制。

關鍵詞： 汽車室內照明; 智能調控; 照明調控; 信號控制; 亮度誤差; LIN總線

中圖分類號： TN948.2?34; TP368 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2019）14?0161?04

Design of intelligent control system based on LIN bus for automotive indoor lighting

MING Xiancheng1， XU Bo2

（1. Engineering Training and Management Experiment Center， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054， China;

2. East China Institute of Computing Technology， Shanghai 200233， China）

Abstract： The LIN bus communication node is used to replace the complex wiring harness in the automobile indoor lighting system， which can achieve simple and accurate lighting control. An intelligent control system of automobile indoor lighting is designed， which is controlled by one master node and two slave nodes. The current illumination of automobile indoor is collected by photoresistor and illumination acquisition module. According to the current illumination signal， the LIN module with MC56HC908GZ60 chip as the core is used to realize the response， transmission and control of the control command of automobile indoor lighting and to control the command signals which are transmitted to front and rear controllers through LIN bus. The two controllers adopt constant illumination control algorithm to achieve constant illumination control in automobile indoor. The experimental results show that the output voltage and current of the system can keep relative stability， and the brightness error can be controlled below 1% while meeting the requirements of the automobile indoor lighting system， so as to realize the accurate control of the automobile indoor lighting.

Keywords： automobile indoor lighting; intelligent regulation; illumination regulation; signal control; brightness error; LIN bus

0 ?引 ?言

當前，基于CAN總線實現(xiàn)汽車室內照明控制的方式已得到越來越多的使用，然而當汽車總線節(jié)點逐漸上升，且電子技術開始向中低檔汽車延伸后，基于CAN總線的汽車室內照明控制受成本限制，實用性能與性價比均有所降低[1?2]。在此情況下，基于LIN總線實現(xiàn)汽車室內照明智能控制方法應運而生。基于LIN總線的汽車室內照明調控系統(tǒng)是以普通的串行通信接口為基礎。LIN主線主要應用在無需CAN性能、帶寬和較為簡單的控制系統(tǒng)中[3]，LIN子總線是對CAN網絡的擴展，結合CAN網絡實現(xiàn)對汽車的控制。由于汽車室內照明調控系統(tǒng)無實時性要求[4]，且汽車室內照明控制模塊連接的傳感器與執(zhí)行器較多，適合采用LIN總線進行控制，具有系統(tǒng)結構簡單、控制等級清晰的優(yōu)點，還能降低成本提升性價比，實現(xiàn)汽車室內照明的精準控制。

1 ?汽車室內照明智能調控系統(tǒng)

1.1 ?系統(tǒng)整體結構

依照汽車室內照明的現(xiàn)實需求制定相關室內照明控制策略：白天時，汽車室內燈光熄滅;傍晚時，汽車室內光線昏暗;夜晚時，外部光線較暗，需要將汽車室內燈光調亮。為實現(xiàn)這一控制策略，設計基于LIN總線的汽車室內照明控制智能調控系統(tǒng)，系統(tǒng)整體結構如圖1所示。

該系統(tǒng)結構由1個主節(jié)點和2個從節(jié)點構成，主節(jié)點的主要功能是獲取中央傳感器與光照度采集模塊采集的光照度信號[5]，對信號實施相應處理后發(fā)送差異的報文幀頭，再通過LIN總線將控制信號傳輸?shù)綇墓?jié)點1和2中，操控前燈控制器以及后燈控制器，通過光照度恒定控制算法，完成汽車室內照明燈的恒定控制。對于從節(jié)點時前燈控制器和后燈控制器，若從節(jié)點對主節(jié)點發(fā)送的報文幀無響應，那么主節(jié)點上的報錯指示燈給予相應反應，顯示出現(xiàn)故障的從節(jié)點照明燈位置。

1.2 ?光照度采集模塊設計

光照度采集模塊中主要采用光敏電阻實現(xiàn)光照度采集。經過反復實驗得到，光敏電阻最優(yōu)安裝位置為汽車車頂正上方，通常情況下光敏電阻探測范圍中的環(huán)境光強均能夠被光敏電阻準確采集[6]，采集到光強信息在經過數(shù)據(jù)轉換處理后被發(fā)送至單片機中，單片機發(fā)射無線信號通過LIN模塊實現(xiàn)汽車室內照明燈亮度調控，結構如圖2所示。

1.3 ?LIN模塊結構設計

LIN模塊的主要功能是根據(jù)光照度采集模塊采集的當前汽車室內光照度信號，實現(xiàn)汽車室內照明燈控制命令的響應、傳輸和調控。汽車室內照明智能調控系統(tǒng)根據(jù)使用者設定的控制命令，快速進行相應響應，當汽車室內照明燈出現(xiàn)問題時，使用者根據(jù)指示燈了解故障信息。由于汽車室內照明不具備實時性要求，采用傳輸速率上限為25 Kb/s的LIN總線，控制汽車室內照明燈，滿足用戶控制要求，同時節(jié)省費用，性價比較高。LIN模塊結構如圖3所示。

LIN模塊的核心為MC56HC908GZ60芯片，該芯片中ESCI通道、定時器通道、CAN通道和A/D轉換通道的數(shù)量分別為1，2，1和15。其中，ESCI通道與LIN收發(fā)器連接，主要作用是實現(xiàn)LIN通信[7];兩個定時器通道之一用來判斷LIN通信內定時。

LIN收發(fā)器采用LIN總線單線物理接口器件MC33399，其傳輸速率為1～25 Kb/s，包含正常模式與睡眠模式兩種工作模式[8]。

1.4 ?軟件設計

1.4.1 ?LIN節(jié)點程序流程設計

基于LIN總線的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)，將LIN總線的主節(jié)點波特率設定在9 500 b/s以上，從節(jié)點采用自動檢測法確定波特率，若從節(jié)點確定的波特率與主節(jié)點比特率差距較大，那么顯示故障提醒，通信中斷[9]。因為主節(jié)點發(fā)送的主機任務與從節(jié)點發(fā)送的從機任務共同構成LIN總線的整個報文幀，所以主節(jié)點和從節(jié)點程序均循環(huán)查詢主機或從機任務。其中主節(jié)點程序流程如圖4所示。

1.4.2 ?光照度恒定控制算法

用[Nr]，[Nz]分別表示人工光照度、外界自然光照度，其中[Nz]包括[No]和[Nm]，表示直射光照度和漫射光照度。汽車室內照明自適應調節(jié)是以[Nr+Nz]達到[ΔN]來恒定的，即：

[N=Nr+Nz] ? ?（1）

式中，[N]為汽車室內光照度。

若汽車室內目標光照度為[ΔN]，需要調控[Nr]為：

[Nr=No+Nm-ΔN] （2）

依據(jù)工作面的平均光照度判定整個汽車室內光照度[10]。采用系數(shù)法確定汽車室內的平均光照度，在結合工作面上的有效光通量[Δθ]和額定光通量[θ]，計算光利用系數(shù)，計算公式如下：

[CU=Δθθ] ?（3）

由于汽車室內照明智能調控系統(tǒng)中，[Er≈Eav]，因此調控燈具光通量能夠實現(xiàn)汽車室內光照度[E]的恒定調控。車光照度調控公式為：

[Δθ=No+Nm-ΔNL·E·I·θ] （4）

基于給定的自然光照度，根據(jù)式（4）調控車燈照度，實現(xiàn)汽車室內光照度的恒定。

2 ?實驗分析

實驗通過Proteus軟件模擬本文設計的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)的調控效果，以某型號行車為試驗對象，在實驗對象上安裝本文系統(tǒng)，并對其驅動電路實施仿真，以驗證本文系統(tǒng)的可行性。驅動電路的電壓與電流仿真結果如圖5所示。

分析圖5得到，圖5a）中，當初始時間為0時，驅動電路輸出電壓也為0。經過數(shù)毫秒的延遲后出現(xiàn)上升趨勢，在330 ms左右后呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時間的不斷提升，輸出電壓持續(xù)保持穩(wěn)定。圖5b）中，實驗對象驅動電路的輸出電流走勢同輸電電壓走勢大致相同。在初始時刻，電流值同樣為0，經過330 ms左右呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，輸出電流持續(xù)穩(wěn)定后，同樣與時間軸保持相對平行狀態(tài);而輸出電流波動會導致汽車室內照明燈的光照度出現(xiàn)波動。當輸出電流波動頻率達到110 Hz以上時，通常照明燈光強度變化不顯著，輸出電流的平均值穩(wěn)定，汽車室內照明燈的光強度在整體上保持均勻狀態(tài)。

在汽車外部環(huán)境亮度有所差異的條件下，采用本文系統(tǒng)進行控制時，得到汽車室內照明燈的自動調控數(shù)據(jù)如表1所示。對比本文系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)和基于模糊神經網絡的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)獲取的實驗數(shù)據(jù)（見表2），驗證本文系統(tǒng)的控制精度。

對比表1和表2的實驗結果可得，本文系統(tǒng)調控汽車室內照明燈的光照度誤差未超過1%，而基于模糊神經網絡的系統(tǒng)調控汽車室內照明燈的光照度誤差均在2%以上。實驗結果說明，本文系統(tǒng)對汽車室內照明燈的控制精度較高，可滿足汽車室內照明控制的要求。

3 ?結 ?論

本文設計基于LIN總線的汽車室內照明智能調控系統(tǒng)，在LIN總線控制下，通過LIN模塊根據(jù)光照度采集模塊采集的光照度結果，對用戶控制命令進行響應、傳輸和調控，前、后燈控制器基于控制信號，采用光照度恒定控制算法，實現(xiàn)室內照明系統(tǒng)的智能調控。實驗結果表明，本文系統(tǒng)在滿足汽車室內照明系統(tǒng)需求的同時，能夠精準控制照明燈亮度。

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