摘 要：以Microchip公司的PIC18F45K80芯片為核心，給出了具有低成本。高擴展性的實用型多功能汽車開關電器盒的設計方法。該開關電器盒除了具有對汽車啟動過程和行駛狀態參數實時監測的功能外，與其他同類產品相比，還更加注重產品的實用性和擴展性，同時具備與汽車其他設備進行通信的特有功能。

　　0 引 言

　　隨著現代汽車工業技術的不斷發展進步，車上安裝的電子設備在不斷增加，從而使汽車綜合控制系統中，有大量控制信號需要進行實時交換。CAN 總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線，已經被廣泛地推廣到汽車控制系統的各個應用領域。將CAN 總線技術應用到汽車開關電器盒中，可使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN 總線得到開關電器盒中的工作數據，又能對開關電器盒的各個繼電器進行精準的控制，從而達到減少汽車線束、提高通信可靠性、降低系統成本、避免系統功能重復、提高系統工作效率的目的。

　　1 汽車開關電器盒設計方案

　　本開關電器盒采用的是基于Microchip 公司生產的PIC18F45K80 芯片作為主芯片的設計方案。該芯片不僅具有一般單片機所具有的全部功能，還集成有硬件CAN 協議模塊，芯片內部即可完成CAN 總線通信。采用本方案具有以下幾點優勢：其一是硬件集成了CAN 協議模塊，無需外接芯片，從而降低了產品制造成本；二是無需編寫SPI 接口驅動，縮短了開發周期，提高了產品競爭力；三是本系統使用主流PIC 芯片，具有強大的可擴展性，程序可移植性高。

　　PIC18F45K80 為主控制芯片，負責系統的綜合事務處理。

　　系統功能主要分為四大部分，分別是模擬信號采樣。數字信號采集。控制信號輸出和CAN 模塊通信。模擬信號的采集包括電源電壓采樣。溫度傳感器和電流傳感器采樣。數字信號采集各個熔斷保險絲的通斷。控制信號的輸出是對整車電源繼電器K1。啟動電源繼電器K2。啟動電機繼電器K3 的控制。CAN模塊通信是單片機通過CAN 接口芯片與車上的其他設備進行通信，也是本系統研究的重點。圖1 所示是本系統的整體框圖。

　　2 汽車開關電器盒的硬件設計

　　2.1 系統主處理器PIC18F45K880

　　PIC18F45K80 系列是Microchip 的PIC18F8680。PIC18F4680 和PIC18F4580 增強型CAN 系列產品的低成本擴展產品。該單片機工作電壓范圍寬，為1。8~5。5 V，且片上內置3。3 V 穩壓器， 可作為電源基準電壓。工作溫度范圍大：-40~+125 ℃，適合汽車工作環境。工作速度最高達64 MHz，具有最大64 KB 的片內閃存程序存儲器，1 024 字節的數據EEPROM，3。6 KB 的通用寄存器（SRAM）。設有2 個內部振蕩器：INTRC （31 kHz） 和INTOSC（16 MHz）。帶擴展的看門狗定時器（WatchdogTimer， WDT），可編程周期為4 ms~131 s。

　　PIC18F45K80 包含一個增強型控制器局域網（EnhancedController Area Network ，ECAN） 模塊。 ECAN 總線模塊符合ISO 11898-1 規范。具有3 種工作模式：傳統模式（ 與現有PIC18CXX8/FXX8 CAN 模塊完全向下兼容）。增強模式。FIFO 模式或可編程發送/ 接收緩沖區。報文比特率最高可達1 Mb/s，具有6 個緩沖區可用作接收和發送報文緩沖區，3 個帶有優先級的發送報文緩沖區，2 個接收報文緩沖區和1 個接收報文組合緩沖區。

　　2.2 CAN 接口電路模塊設計與實現

　　本開關電器盒采用的是恩智浦半導體公司CAN 總線收發器芯片TJA1050 作為CAN 協議控制器和物理總線之間的接口。

　　TJA1050 可以為總線提供不同的發送性能，為CAN 控制器提供不同的接收性能。TJA1050 完全符合ISO11898 標準，傳送速度高（ 最高可達1M 波特）。具有良好的電磁兼容性和低電磁輻射（EME） 性能，并帶有寬輸入范圍的差動接收器，可抗電磁干擾（EMI）。

　　圖2 所示是TJA1050 的接口應用電路。電路中的一個120 俚牡繾鑂9，對于匹配總線阻抗起著相當重要的作用，否則，數據通信的抗干擾性和可靠性將大大降低，甚至無法通信。

　　2.3 信號采集及輸出控制電路設計

　　汽車的各種電氣工作狀態檢測是開關電器盒的重要工作職能之一，主要是由保險絲狀態采集電路。電源電壓和溫度采集電路。啟動電動機電流檢測電路組成。

　　汽車保險絲的工作狀態檢測。為了可靠。準確地檢測各保險絲的通斷情況，本系統采用了光耦隔離的方式檢測保險絲的通斷。該電器盒共有充電保險絲。暖風1~2 保險絲。開關電源保險絲。常火電源保險絲。ON 檔1~10 號保險絲。常火1~8 號保險絲等共24 路保險絲。保險絲檢測采用了光耦隔離的檢測方式，避免車上其他用電設備對電器盒系統的干擾。

　　開關電器盒需對電源電壓進行實時監測。通過電壓監測來實現高壓。低壓和發電機充電異常等三種異常報警：電壓過高報警是當電壓超過32 V 時，通過CAN 總線向儀表發出系統電壓過高報警；低電壓報警則是在車輛未啟動時，當系統電壓低于設定值23。5 V 時，要發出低電壓報警，同時超過4 min切斷電源總開關；發電機充電異常報警是指車輛啟動后，如充電正常，則當前電源電壓應大于26 V，如充電異常（ 電源電壓超過32 V 或低于26 V），則通過CAN 總線向儀表發出報警。

　　由于電壓報警僅需檢測3 個電壓值，為降低系統成本，本設計采用電阻分壓的方式來進行檢測。

　　本開關電器盒需檢測電器盒內的溫度，并通過CAN 總線將溫度數據發給儀表。系統采用的是3899 200K 的NTC（ 負溫度系數熱敏電阻） 來檢測溫度，通過與一標準電阻分壓后采樣AD 值，最后根據阻值- 溫度表格查得實際測量溫度值。

　　另外就是啟動電動機電流檢測。汽車啟動系統將蓄電池電能轉化為機械能，由啟動機帶動發動機旋轉并啟動發動機。汽車在啟動時，啟動電動機的工作電流非常大，一般可達300~600 A。為防止啟動電機的過電流對汽車電瓶及其他電路造成損壞，對啟動電動機加入了電流檢測電路。系統中選用了BYD BLY2-IOV2M電流傳感器，在開關電器盒中采用金屬銅片穿過電流傳感器腔體。該傳感器采用霍爾效應的測量原理，完全隔離式的測量方法，具有低功耗。寬測量范圍等特點。