汽車空調控製節點的中心議題：

• CAN總線下的燃料電池汽車空調控製節點

汽車空調控製節點的解決方案：

• 采用MCU和獨立CAN控製器和收發器
• 由數字信號處理器DSP2407為控製芯片

在能源日趨緊張、空kong氣qi汙wu染ran日ri益yi嚴yan重zhong的de今jin天tian，開kai發fa具ju有you自zi主zhu知zhi識shi產chan權quan的de新xin型xing燃ran料liao電dian池chi汽qi車che是shi我wo國guo汽qi車che產chan業ye的de一yi個ge重zhong要yao飛fei躍yue和he裏li程cheng碑bei
，也ye是shi國guo家jia重zhong點dian扶fu持chi的de主zhu要yao領ling域yu之zhi一yi。燃ran料liao電dian池chi汽qi車che與yu傳chuan統tong燃ran油you汽qi車che相xiang比bi具ju有you環huan保bao、節能(氫氣為燃料)、運行平穩無噪聲等特點。燃料電池汽車係統的核心 是(shi)它(ta)的(de)動(dong)力(li)係(xi)統(tong)

，即(ji)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)動(dong)機(ji)，同(tong)時(shi)配(pei)備(bei)高(gao)功(gong)率(lv)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)，能(neng)夠(gou)回(hui)收(shou)下(xia)坡(po)和(he)製(zhi)動(dong)能(neng)量(liang)。整(zheng)個(ge)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)由(you)若(ruo)幹(gan)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)組(zu)成(cheng)，各(ge)單(dan)元(yuan)通(tong)過(guo)汽(qi)車(che)總(zong)線(xian)彼(bi)此(ci)相(xiang)連(lian)
， 其中空調控製係統是這種新型能源汽車的一個輔助控製單元，但它也是汽車係統的一個重要組成部分。本文將給出一種采用通用微控製器(MCU)和獨立CAN控製器和收發器為核心的智能節點
，完成與汽車係統之間的通信和控製由數字信號處理器DSP2407為控製芯片的直流變轉速空調控製器的運行，並且整個空調係統已成功地運行在以燃料電池為動力的試驗汽車當中。

1 CAN總線原理

控製器局域網絡CAN屬於現場總線的範疇，它是一種有效支持分布式控製或實時控製的串行通信網絡。CAN是1986 年由Bosch公司領先推出的一種最初應用於現代汽車微控製器通信的多主機局部網
，實現車裁各類電子控製裝置之間的信息交換。國際標準組織ISO為其製訂 了規範CAN總線的國際標準

，CAN已被公認為幾種最有前途的現場總線之一，它在當今自動控製領域的發展中將發揮出越來越重要的作用。CAN協議建立在國 際標準組織ISO的開放係統互連參考模型OSI基礎上，主要工作在物理層、數據鏈路層和應用層，用戶可在其基礎上開發適合實際係統需要的應用層通信協議。 信號的傳輸一般采用雙絞線
、同軸電纜或光纖。CAN總線係統通信距離遠，通信速率高，最高通信速率可達1Mbit／s，當信號傳輸距離達到10km時，仍 可提供高達5kbit／s的數據傳輸速率。由於CAN總線的這一特點

，使其更利於構成大係統。

2 係統硬件設計

2.1 空調控製係統結構

由於整個汽車係統是一個複雜的控製係統，可以將其分成若幹個模塊或子係統，每個子係統負責完成一定的功能。各個控製 單元都通過CAN總線連接在一起，構成總線型結構的局域網絡。雖然CAN中各個節點處於對等的地位
，但為了更好協調各個控製單元，以整車控製器作為核心控 製單元部分，控製其他電控單元的運行和係統動力的分配。係統CAN總線結構圖如圖1所示。空調控製係統一方麵作為整個汽車係統的一個子係統

，同時也作為 CAN總線上的一個節點，其主要功能是通過CAN總線接收主控節點的控製命令及將空調相關數據傳送給主控節點，完成汽車空調的開啟、溫度設定、車內外溫度 采集等控製。空調係統與CAN總線上的整車控製器的通信至關重要


，而空調控製部分又涉及到高壓部分，為了整車係統的安全和可靠，將空調係統的CAN通訊部 分和壓縮機驅動部分分開設計，兩者之間通過光電耦合器進行電氣隔離，保證空調係統與整車的通訊安全、可靠。

2.2 硬件設計

由於空調控製係統的智能節點處理的信息量不是很大，主要完成和主控節點即整車控製器的通信

，其次負責對空調控製器的 控製和幾路溫度模擬量的采集以及顯示控製，因此，選用通用性較好

、開發較靈活的微控製器(MCU)和獨立CAN控製器及CAN總線驅動器方案完成
，智能節 點硬件設計原理如圖2所示。其中，智能節點中微控製器選用P89C51Rx2，CAN接口由獨立控製器SJA1000和CAN總線驅動器 PCA82C250組成。SJA1000作為微控製器MCU的片外擴展芯片
，SJA1000和MCU之間的數據傳送通過MCU數據端口P0來完成，數據接 收信號用中斷方式，以提高數據處理的實時性。CAN控製器SJA1000通過總線驅動器PCA82C250連接在物理總線上。PCA82C250器件提供 對總線的差動發送能力和對CAN控製器的差動接受能力，采用差分驅動有助於抑製汽車等惡劣電氣環境下的瞬變幹擾。為增強CAN總線節點的抗幹擾能 力
，SJA1000的TX0和RX0並不直接與82C250的TXD和RXD相連
，而是通過高速光耦與82C250相連，這樣就很好地實現了收發器與控製 器之間的電氣隔離，保護智能節點核心電路安全工作，並實現了總線上各CAN節點間的電氣隔離。為了進一步增強係統抗幹擾能力，可在總線入口處並接雙向穩壓 管guan，限xian製zhi線xian路lu上shang可ke能neng出chu現xian的de短duan時shi尖jian峰feng過guo電dian壓ya和he增zeng加jia共gong模mo抑yi製zhi線xian圈quan以yi消xiao除chu共gong模mo信xin號hao的de幹gan擾rao。此ci外wai
，通tong信xin信xin號hao在zai線xian路lu上shang傳chuan輸shu時shi，信xin號hao傳chuan輸shu到dao導dao線xian的de端duan點dian時shi會hui發fa生sheng反fan射she
，反fan 射信號會幹擾正常信號的傳輸。為消除這種影響，可在CAN總線兩端並接2個120Ω的電阻起到匹配總線阻抗和消除反射的雙重作用。若忽略這些措施
，會使數 據通信的抗幹擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信。

節點中MCU除了與CAN控製器連接外，還需要完成空調係統的控製和數據采集

，采集的數據主要有車內溫度、空調設定 溫度、空調盤管溫度、車外溫度
、日照強度

、壓力保護等模擬量，根據采集的數據通過閉環控製方式
，給空調壓縮驅動器發出啟動指令和運行頻率
，同時壓縮機驅動 器會實時將壓縮機的運行狀態傳遞給MCU。根據狀態信息，MCU會做出相應的處理。

圖2中無刷直流壓縮機驅動控製部分，其核心控製芯片采用TI公司的電機控製專用數字信號處理器 TMS320LF2407，由於其運算速度的快速性，能夠保證係統複雜算法的實現和轉子何置的檢測。位置檢測通過檢測反電動勢的方法來實現，DSP除了完 成驅動信號的發生和位置檢測外，還接受空調智能節點的指令來啟動壓縮機和反饋壓縮機運行狀態。
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3 係統軟件設計

空調控製係統軟件設計主要包括智能節點部分和壓縮機控製部分，智能節點主要完成有關初始化；溫度采樣；接收主控節點 的控製指令及發送相關數據，如空調允許的功率上限等；檢測空調開關狀態和設定溫度值；發送給空調控製器的啟動信號以及運行頻率信號；檢測壓縮機的運行狀態 和故障處理等。壓縮機控製器部分主要完成壓縮機的驅動信號的產生
、位置檢測信號的處理和接受空調智能節點的起停信號和運行頻率等。限於篇幅，這裏隻對控製 節點部分程序進行討論。控製節點的主程序流程圖如圖3所示。

對於智能節點軟件設計 而言
，主要是節點初始化、報文發送和接收。而要使節點能夠正常工作，關鍵是節點的初始化要正確。節點的初始化主要是指係統上電後對微處理器和CAN控製器 SJA1000進行的初始化，以確定工作主頻

、波特率和輸出特性等。對P89C51Rx2的初始化可根據具體的控製對象進行
，主要是對中斷
、定時器的使用 與設置等，這裏不作詳細介紹。此處主要介紹SJA1000的初始化。由於SJA1000內部無微處理器

，故其初始化仍要通過P89C51Rx2對其進行編 程實現。SJA1000初始化程序流程如圖4所示。SJA1000的初始化應在複位模式下進行，所以在SJA1000初始化程序中首先要將工作方式置為複 位模式
，之後要設置驗收濾波方式
、驗收屏蔽寄存器(AMR)和驗收代碼寄存器(ACR)、波特率參數和中斷允許寄存器(IER)等。CAN協議物理層中的 同步跳轉寬度和通信波特率的大小由定時寄存器BTR0、BTR1的內容決定。這裏需要指出的是：對於一個係統中的所有節點，這兩個寄存器的內容必須相同， 否則將無法進行通信。初始化設置完成後，將複位請求位置“0”
，SJA1000就可以進入工作狀態，執行正常的通信任務。

設計的CAN智能節點具有很高的可靠性和較優的性能價格比，尤其使用獨立CAN控製器實現智能節點具有實現方便和很 好(hao)的(de)通(tong)用(yong)性(xing)等(deng)特(te)點(dian)。整(zheng)個(ge)空(kong)調(tiao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)實(shi)現(xian)和(he)主(zhu)控(kong)製(zhi)節(jie)點(dian)的(de)通(tong)信(xin)和(he)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)壓(ya)縮(suo)機(ji)的(de)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)，各(ge)項(xiang)運(yun)行(xing)參(can)數(shu)達(da)到(dao)設(she)計(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。文(wen)中(zhong)設(she)計(ji)的(de)汽(qi)車(che)空(kong)調(tiao)控(kong)製(zhi) 係統已經在燃料電池汽車上進行了實際運行，能夠滿足設計要求。