基于 CAN 总线的客车空调控制系统的

基于 CAN 总线的客车空调控制系统的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与实现① 卢长军 (郑州宇通客车有限公司 　郑州 　450016) 摘 　要 　为提高空调系统的可靠性和乘客舒适性 ,引入了 CAN 总线来组成客车空调控制系统 ,本文详细介绍了该系统 的硬件、软件设计及实现方法 ,同时对 CAN 总线的特点也做了介绍。 关键词 　CAN 总线 　客车空调 　系统设计 中图分类号 　TP31 Design and Implementation of Bus Air - condition Control System Based on CAN Bus Lu Changjun (Zhengzhou Yutong Bus Co.Ltd. ,Zhengzhou　450016) Abstract 　For enhancing reliability of air - condition system and passenger amenity ,we introduce CAN bus to construct bus air - con2 dition control system. CAN bus , systemic hardware ,software design and implementation method are introduced in retail . Key words 　CAN bus , bus air - condition , system design Class number 　TP31 1 　引言 目前我国客车一般采用预置式车用空调 ,该类 型空调的控制面板安装于司机附近的仪表盘上 ,功 率控制器安装于车顶上方 ,每一项功能分别通过独 立的导线进行连接 ,由于空调控制功能较多 ,客车 车身长 ,造成现在的客车空调控制线质量常常大于 50 公斤 ,增加了汽车的自重 ,较多的连接线也使得 空调控制系统的故障率较高 ,故障难于排查 ,接线 方式繁杂。由于接线不便 ,目前客车空调的温度传 感器仅仅在空调的总出风口处放置一个 ,但是客车 的车身长 ,靠近发动机的地方温度较高 ,向阳一侧 的温度也高于阴面处的温度 ,司机运动量大 ,而乘 客运动量小等因素造成不同位置的乘客对温度的 需求不尽相同。目前 ,全部采用在每个座位上方设 置可调节的出风口 ,由乘客手动调节 ,造成部分冷 气被白白浪费 ,同时也意味着部分能源被浪费、汽 车污染物排放增大。所以采用新的控制方式 ,提高 空调系统的可靠性、减少能源浪费成为客车空调系 统更新的重要内容。 针对目前空调控制系统的缺陷 ,我们认为车内 引入通讯网络来管理客车空调系统是非常必要的。 汽车网络能够灵活方便的集成各子系统从而实现 更复杂的系统 ,同时减少了车内线束和车重量 ,减 少了由电控单元带来的成本的增加 ,并且提高了系 统的可靠性。车内通讯网络种类很多。汽车电子 协会 (SAE)将车内通讯网络分成四类。 表 1 　车内通讯网络分类 网络 类别 速度 应用 A 类 < 10kbit/ s低速 提高方便性的应用 ,如车身电 子 ,包括车灯、车窗车门的控制 , 电动后视镜的调整等 B 类 10 - 125kbit/ s中速 一般信息传递 ,如车内气候控 制 ,包括空调和加热单元等 C类 125kbit/ s -1Mbit/ s高速 实时控制 ,如动力总成 D 类 > 1Mbit/ s 多媒体应用 ,如 Internet ,数字电 视硬件实时功能 ,如 X - by - wire 应用 841　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　计算机与数字 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第 34 卷 ① 收到本文时间 :2005 年 9 月 14 日 　　依循上表建议 ,我们采用中速 CAN 总线要求 的器件 ,构建了适用于客车空调控制器的 CAN 总 线系统。在满足系统对传输速率需求的前提下 ,尽 可能的采用低速器件 ,能够降低系统的构建成本 , 减少电磁干扰。 2 　系统设计 CAN 总线是一种串行多主站控制器局域网总 线 ,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串性 通讯网络。CAN 总线有如下基本特点 : ·废除传统的站地址编码 ,代之以对通信数据 块进行编码 ,可以多主方式工作。 ·具备实时能力 ,采用非破坏性仲裁技术 ,当 两个节点同时向网络上传数据时 ,优先级低的节点 主动停止数据发送 ,而优先级高的节点可不受影响 继续传输数据 ,有效避免了总线冲突。 ·采用短帧结构 ,每一帧的有效字数为 8 个 , 数据传输时间短 ,受干扰的概率低 ,重新发送的时 间短 ; ·每帧数据都有 CRC 检验及其它检错措施 ,保 证了数据传输的高可靠性 ,适于在高干扰环境下使 用 ; ·节点在错误严重的情况下 ,具有自动关闭总 线的功能 ,切断它与总线的联系 ,以使总线上其他 操作不受影响 ; ·可以点对点 ,一对多及广播集中方式传送和 接受数据。 基于 CAN 总线的上述特点 ,我们将空调控制 系统设计为如图 1 的形式。 图 1 　系统硬件配置 系统在车厢中前后左右均布了 6 个带有 CAN 总线的温度传感器 ,以得到车厢内不同位置的准确 温度值 ,空调控制面板 ,接收司机对车厢温度希望 值的设定 ,并显示出空调控制执行器传输过来的故 障代码 ,便于维修人员检测空调系统 ,进行及时维 修 ,减少故障排除的工作量。 3 　硬件实现 温度传感器采用 LM35 温度传感器 ,该温度传 感器测量范围为 - 50 ℃～150 ℃,测量精度为 0. 5 ℃,输出为线性 ,便于控制器编程 ,控制器选用 freescale 公司推出的 MC68HC908GZ8 ,片内具有看 门狗 ,上电复位 ,内置振荡器 ,低压保护 ,AD 转换等 模块 ,无需外部元件就可以与 LM35 构成一个小型 的 CAN 节点型温度传感器 ,便于车身安装。 空调控制面板功能主要为接收司机对空调系 统的设定 ,车厢内温度的实时显示 ,以及空调故障 码的显示和声音报警。VFD 显示屏能显示自由控 制的复杂图形 ,比LCD 和LED 更能突出视觉效果 , 亮度高 ,对比度高 ,并且更加精确和可靠。这些特 性使 VFD 非常适合用作车用显示屏 ,基于 VFD 上 述的特点 ,我们根据空调显示面板需要显示的内 容 ,合理布置 ,设计了一款图文相配的空调面板控 制器 ,如图 2 所示。 图 2 　空调控制面板图案 显示器能够分别显示设定温度值 ,车内实际温 度值 ,车外温度值 ,是否新风 ,风速大小等内容。简 洁易懂 ,方便操作。 空调控制执行单元 ,该单元是空调控制系统的 核心所在 ,它完成对六个温度传感器的温度读取 , 与空调控制面板之间的通讯 ,以得到司机对环境温 度的设定和向空调控制面板发送故障代码 ,以达到 不同位置的出风量的不同控制 ,在满足乘客对温度 要求的前提下 ,减少风机的工作量 ,减少能耗。采 用离散型的 FID 算法来逼近设定值 ,能够取得较高 精度的控制 ,将受控对象可以看成是一个惯性系 统 ,用一阶惯性环境和一个延迟环节来近似。其近 似传递函数为 : G(S) = K/ [ (1 + TS) ×(1 +τS) ] 在本系统中 ,由于 T > >τ,故只需进行比例积 分调节即可。最终将温度控制转化为控制器的 PWM 波形进行控制 ,达到实现温控的目标。 4 　软件实现 系统的软件包含三个独立的程序 :1. 温度传感 器部分 ;2. 控制面板部分 ;3. 空调控制执行部分。 框图分别如下 : 941第 34 卷 (2006)第 6 期 　　　　　　　　　　　　　　　　计算机与数字工程 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 图 3 　空调控制面板软件流程图 5 　结语 系统除了连线简单 ,提高了乘客舒适度以外 , 图 4 　空调控制执行 软件流程图 还具有故障诊断和自保护功能 ,更重要的是 ,它提 高了空调系统的燃油经济性 ,通过装车实际运行结 果发现 ,该系统与原有系统在相同工况条件运行做 比较 ,该空调控制系统能够节省 15 %的油耗 ,降低 了客车运行成本 ,减少了汽车尾气排放。取得了良 好的社会和经济效益。 参 考 文 献 [1 ]姚天任 ,孙洪 ,现代数字信号处理 [M] . 武汉 :华中理工 大学出版社 ,1999 [2 ] Freescale Inc ,MC908GZ8 Data sheet ,www. freescale. com , 2004 [3 ]SAE ,surface vehicle standard J1939 ,2000 中国造船工程学会电子技术学术委员会会刊 舰 船 电 子 工 程 中国期刊网中国学术期刊 (光盘版)全文收录期刊 中国学术期刊综合 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 数据库来源期刊 中国核心期刊 (遴选)数据库收录 万方数据库 —数字化期刊群全文上网 中文科技期刊数据库全文收录期刊 ISSN 1672 - 9730 CN 42 - 1427/ U 欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎广告惠顾 《舰船电子工程》编辑部 武汉市 74223 信箱 　430074 027 - 87534308 http : ∥jcgc. chinajournal . net . cn http : ∥jcdzgc. periodicls. net . cn E - mail :jcgc @public. wh. hb. cn 广告经营许可证号 :4201114002687 051　　　 　　　　　　　　　　　　　　基于 CAN 总线的客车空调控制系统的设计与实现 　　　　　　　　　 　第 34 卷