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汽车光纤多路传输控制系统 1　前言 　　随着近年来电子技术的进步，为提高汽车可靠性、降低油耗和空气污染，车用电子控制系统、传感器和执行机构数量、电线数量不断上升，同时因电子控制系统功能的加强、控制要求的精确化，多采用集成电路，其复杂性增加，数据传输速率也在不断上升。所需汽车线束也就更多更复杂，一辆充满电子学装备的现代汽车上约计需1 200根单独导线，因此，线束已成为必需解决的问题。 多路传输是解决汽车布线问题的主要方法。多路传输系统与通常方式对用电设备的控制比较见图1。 图1多路传输系统（串行分时通信）方式对用电设备的控制比较 　　可见，多路传输系统可以大量减少电线数量、减小面线体积和质量、缩短导线长度、增加使用功能并使配件统一化、标准化，采用这种多路传输系统较易对电气系统进行安装、调试、检修和进行故障诊断。与光纤多路复用传输系统相比，电线多路传输系统具有电磁兼容性和必威体育官网网址性差，对地环问题和有缺陷的地回路敏感，抗电磁干扰能力较差等缺点。光纤在多路选通应用方面的主要优点是：频带宽度较大和多路、尺寸小、质量轻；通过效率大、信号功率损失小、与频率的关系减弱；超高绝缘、不存在短路和接地问题；耐腐蚀、灵敏度高；能够双工传输信息、抗干扰性高(特别是对汽车车上电路的脉冲干扰)；光纤允许有较高的数据传输速率和较高的信噪比——带宽积，可适用于发动机实时控制、车辆状态监测和通－断负载的开关控制等要求。两种光纤(塑料的和玻璃的)中，塑料光纤较为便宜和便于使用，在汽车中应用较广。光纤多路传输系统目前费用已与电路系统不相上下，并可望更低，因此光纤多路传输系统是汽车多路传输系统的发展方向，是汽车线束的发展方向。 　　按系统的复杂程度、信息量、必要的动作响应速度、可靠性要求等将多路传输系统分为低速(A)、中速(B)、高速(C)三类。表1示出了美国SAE委员会优先推荐的多路传输系统的等级分类。 表1 SAE推荐的汽车多路通信系统分类 系统等级 信号种类 响应速度，ms A 车身控制系统：灯具、继电器、电动门窗、电动座椅等 20~50（低速） B 动态信息系统：导航、多信息、电话、故障诊断装置等 5~50（中速） C 实时控制系统：发动机、传动系统、制动系统、悬架控制系统 1~5（高速） 　　多路传输系统的通信方式主要有：①美国Essex方法；②联邦德国Bosch公司CAN(Controller Area Network)三线系统；③General Motors方法；④英国GEC方法；⑤日本电装公司的SMN系统，该系统安装在丰田公司的安全实验样车上；⑥日本三菱电气公司与日本东京工业公司协作研制的方法；⑦日本日产公司方法。 　　为用统一网络连接汽车电动和电子部件，ISO组织批准采用的汽车多路传输系统的标准通信协议有三个：VAN(Vehicle Area Network)、CAN和SCP(J1850标准)。 2　系统工作原理设计及硬件框图 　　系统设计为主、从式多机通讯，主机和从机的连接方式如图2所示。用一个89C2051系统作为主机，用4个89C2051系统作为从机，以TTL电平(逻辑“1”是2.4 V～5 V，逻辑“0”是0 V～0.4 V)通信。主机接收4组控制信号，每组控制信号有8位。每组的8位信号通过一个三态逻辑器件74LS244(八缓冲器/驱动器/线接收器)，送往主机的P1口(P1.0～P1.7)。4个三态逻辑器件74LS244各自的控制端分别与主机的端口P3.3、P3.4、P3.5、P3.7相连，以实现4组控制信号的按钮分时顺序读入，从而得到与4组共32个终端用电器一一对应的32路控制信号。每一位控制信号对应一个用电器或执行机构，每组控制信号对应一个从机，每个从机可控制8个用电器或执行机构。 图2 所设计系统的主从式多机通信结构 　　图3是系统的硬件框图。设计的系统主要由控制信号获取、光发射模块、三根总线(电力线、光纤信号线、系统电力回线)光接收模块、终端用电器或执行机构组成。用电器电力回线为车壳，两地线分开以免产生干扰信号。光发射模块由控制开关、光电隔离器521－4、晶振、89C2051主机、813看门狗、485电路(单端输出转换为双端输出)、红外电光转换发射电路及DC－DC直流隔离变换器(12 V5 V)组成。光接收模块由PIN光电转换接受电路、信号放大整形电路、晶振、89C2051从机、813看门狗、光电隔离器521－4、大功率场效应晶体管功率开关IRF540、DC－DC直流隔离变换器(12±12 V、12 V5 V)组成。整个系统由车用12 V蓄电池供电。为稳定电源电压(点火系工作时电源电压波动很大)，光发射模块及光接收模块内都有自己的DC－DC直流隔离变换器，以提供稳定的5 V及±12 V电源。 图3 汽车光纤多路传输