第２９卷第５期 ２０１２年５月 计算机应用与软件 Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０１２ 基于ＬＩＮ总线的车灯控制设计 李维臻 王锰 （甘肃交通职业技术学院（启明 清华研发中心甘肃兰州７３００７０） 北京１０００８４） 摘要 设计一种基于ＬＩＮ总线的网络车灯。通过ＬＩＮ总线及车载网络可以将操控指令传递到车灯控制器以控制车灯的工作状 态，也可以将车灯的故障信息传递到显示终端进行显示。利用该控制器可以实现整车车灯的操控及故障诊断，驾驶者可随时掌握车 灯的实际工作状态，为维修和更换灯具提供依据。 关键词中图分类号ＬＩＮ总线 车灯控制器ＴＰ２３ 故障诊断 车载网络 Ａ 文献标识码ＬＩＮ ＢＵＳ ＢＡＳＥＤ ＬＡＭＰ ＣｏＮＴＲｏＬ ＤＥＳＩＧＮ Ｌｉ Ｗｅｉｚｈｅｎ Ｗａｎｇ Ｍｅｎｇ ． （Ｃ．ａｎｓｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｇａｎｓｕ，Ｃｈｉｎａ） 。（Ｒ＆Ｄ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆＱｉｍｉｎｇ．Ｔｓｉｎｇｈｕａ，Ｂｅｉｎｇ １０００８４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ＬＩＮ ｂｕｓ ｂａｓｅｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃａｒ ｌａｍｐ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ＬＩＮ ｂｕｓ ａｎｄ ｃａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｍａｎｄｓ ａｒｅ ｐａｓｓｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃａｒ ｌａｍｐ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｅｉｔｈｅｒ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒ ｌａｍｐ，ｏｒ ｔｏ ｐａｓｓ ｔｈｅ ｃａｒ ｌａｍｐ’Ｓ ｆａｉｌｕｒｅ ｉ￣ｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｈｅ ｃａｒ ｌａｍｐ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃａｒ ｃａｎ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ，ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｔｏ ｇｒａｓｐ ｔｈｅ ｃａｒ ｌａｍｐ’Ｓ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ ａｔ ａｎｙ ｔｉｍｅ，ｔｈｕｓ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｅｖｉｄｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｏｒ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｌａｍｐ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＬＩＮ（Ｌｏｃｌａ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ｂｕｓ Ｌａｍｐ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｃａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ０ 引 言 现代汽车通过大量采用电子控制装置以改善汽车的舒适、 安全、环保和节能性能。传统的汽车控制系统多采用继电器和 独立模式控制，导致电控单元针脚数增加，车内线柬过多且布线 复杂，从而造成严重的电磁干扰，使系统的可靠性下降。应用 ＣＡＮ／ＬＩＮ总线技术取代传统的线束，有效缩减线束数量，使车 内各种信息的交换变得更加安全、迅捷、高效。 ＬＩＮ是一种用于汽车中分布式电子系统的新型低成本串行 １车灯控制器硬件结构设计 采用ＮＥＣ的微控制器７８Ｆ９２３４以及英飞凌智能功率器件 ＢＴＳ７２４Ｇ设计汽车前照灯控制模块，微控制器采用ＮＥＣ的 ７８Ｆ９２３４，７８Ｆ９２３４内部的异步串行接口支持ＬＩＮ总线通讯，除 了可以设置通信的数据宽度、波特率外，还可以发送ＬＩＮ总线中 的同步中断位，可以通过相应的寄存器设置同步中断位的宽度 为１３—２０位 。ＭＣ３３３９９为ＬＩＮ总线驱动芯片，该芯片的作用 是将单片机ＵＡＲＴ发出的电平信号转成ＬＩＮ总线电平信号，同 时将ＬＩＮ总线上的１２Ｖ电平信号转换成单片机的１ＴｒＬ电平信 通信网络。它由汽车厂商开发，专门应用于低端系统，作为 ＣＡＮ的辅助网络或子网络。在不需要ＣＡＮ总线的带宽和多功 号 。ＢＴＳ７２４Ｇ是英飞凌推出的智能功率开关器件。负载可 以是阻性负载、感性负载或容性负载，最适用于带高浪涌电流的 负载，如车灯、后视镜等，从而取代传统的继电器、熔断器和离散 电路的传统汽车灯光控制方法，避免采用太多的分立元件，减小 能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的串行通信，使用 ＬＩＮ总线可以大大节省成本…。典型的ＬＩＮ总线主要应用在车 门、转向盘、座椅、空调、照明灯、温度传感器、交流发电机等 ｊ。 本文设计了一种基于ＬＩＮ总线控制的汽车前照灯，通过 ＬＩＮ总线及车载网络可以将操控指令传递到车灯控制器以控制 车灯的工作状态，也可以将车灯的故障信息传递到显示终端进 行显示。利用该控制器可以实现整车车灯的操控及故障诊断， 模块体积，同时提高了模块的ＥＭＣ特性。该芯片具有短路保 护、过载保护、电流限制、过温关断、过压保护、电源反接保护、掉 地与欠压保护和静电保护等保护功能。ＢＴＳ７２４Ｇ内部集成了四 通道功率开关，能提供７．３Ａ的驱动电流。ＢＴＳ７２４Ｇ的引脚组 收稿日期：２０１１—０４—１５。李维臻，副教授，主研领域：汽车电子技 术。王锰，工程师。 以方便驾驶者了解车灯的实际工作状态，为维修和更换灯具提 供依据。 第７期 李维臻等：基于ＬＩＮ总线的车灯控制设计 ２９９ 成、引脚定义及功能分别如图１和表１所示 。 ｌ ２０ ２ １９ ３ １８ ４ １７ ５ １６ ６ １５ ７ ，ｌ４ ８ １３ ９ １２ １Ｏ ｌ１ 图１ ＢＴＳ７２４Ｇ引脚定义 袭１ ＢＴＳ７２４Ｇ引脚功能． １，１０，ｌ１，１２ ｖｂｂ 电潭 Ｅ极输入 ２ ＧＮＤＩ／２ 避 ｌ和通道２的 ｌ５，ｉ６，ｌ９，２０ 地 ３ １ 辅Ａ拄串１ Ｊ脚． １８ ｄ 黼ｌ边嘲蒲输出 ｛脚 ５ ＩＮ２ 描电平有效 １７ Ｏ０＂ｆ２ ７ ｌＮ３ １４ ＯＵＴ３ ９ ＩＮ４ １３ ＯＬｒｒ哇 ４ ＳＴｔ／２ 诊断反馈引脚 ６ ＧＮＤ３／４ 通道３和通道４的 ８ ＴＳ３／４ 地 现有测试改装用轿车前大灯组合灯含有四个灯，分别为远 光灯（５５ｗ）、近光灯（５５Ｗ）、位置灯（５Ｗ）和转向灯（２１Ｗ），拟 采用两片ＢＴＳ７２４Ｇ来驱动。将ＢＴＳ７２４Ｇ中的诊断管脚复用的 两个通道的控制端和相应的输出端并联用来驱动其中某一路灯 （一个灯），可实现一片ＢＴＳ７２４Ｇ驱动两路灯，如图２所示。每 一片ＢＴＳ７２４Ｇ有四条信号线（两条控制线及两条诊断线）与微 控制器相连，这样就通过两片ＢＴＳ７２４Ｇ实现了四个灯的驱动， 能提供的驱动电流达到１４Ａ。如图３所示为带ＬＩＮ总线的车灯 控制器通过网关与车载ＣＡＮ通信，从ＣＡＮ网络接收开关信息 从而实现车灯的控制，车灯控制器将车灯的诊断信息通过网关 发送到智能车载终端上显示。 ＬＩＮ总线驱动 ＭＣ３３３９９ ｌ ７ Ｉ ＬＩＮ总线 微控制器 ７８Ｆ９２３４ Ｊ Ｌ Ｊ 。 Ｉ Ｉ １ 『１ ｒ １ ｒ Ｔ 智能功率器件 智能功率器件 ＢＴＳ７２４Ｇ ＢＴＳ７２４Ｇ 图２前照灯ＬＩＮ总线驱动原理图 图３车灯控制总线通信示意图 ２车灯故障诊断的实验与测试 本试验采用的单片机调试软件为：Ｃ语言编译器ＣＣ７８ＫＯＳ Ｖ２．０１，调试器ＩＤ７８ＫＯＳ．ＱＢ Ｖ３．０１，应用程序自动生成软件Ａｐ． ｐｌｉｌｅｔ２ ｆｏｒ ７８Ｋ０ＳＫＢ１＋Ｖ２．４ｌ，工程管理软件ＰＭ＋ｖ６．３Ｏ，程序 烧写软件ＱＢＰ Ｖ２．２２，仿真器配套软件ＭＩＮＩＣＵＢＥ Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ Ｖ１． ４１。调试用设备为：电源，万用表，示波器。所测得的结果如表 ２所示。其测试流程如图４所示。 表２ ＢＴＳ＇／２４Ｇ测试结果 ＩＮ３、ＩＮ４对应的 ＩＮ３、ＩＮ４对应的 ＩＮ３、ＩＮ４对应的 负载均开路 负载均短路 负载均正常 ＩＮ３ ＩＮ４ ＳＴ３／４ ＩＮ３ ＩＮ４ Ｓ１３／４ ＩＮ３ ＩＮ４ ｓ１【３／４ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｌ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ 方波 Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｌ Ｌ Ｈ Ｌ 方波 Ｈ Ｌ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ Ｈ 方波 Ｈ Ｈ Ｈ 注：Ｌ为１ＴＬ的低电平；Ｈ为ＴｒＬ高电平。 图４ ＢＴＳ７２４Ｇ测试流程图 ＩＮ３和ＩＮ４为ＢＴＳ７２４Ｇ其中两个通道的控制脚，这两个通 道复用诊断脚ＳＴ３／４。将ＩＮ３和ＩＮ４对应的输出端同时开路， 按表２中的ＩＮ３和ＩＮ４的控制信号控制ＢＴＳ７２４Ｇ，同时测量 ＳＴ３／４的管脚电平。将ＩＮ３和ＩＮ４对应的输出端同时短路，可 以得到ＳＴ３／４随着ＩＮ３和ＩＮ４控制信号的不同而变化的情况。 将ＩＮ３和ＩＮ４对应的输出端同时接经过测试并且能正常工作的 车灯负载，可以得到ＳＴ３／４随着ＩＮ３和ＩＮ４控制信号的不同而 变化的情况。在车灯控制其中ＩＮ３和ＩＮ４两个通道的控制脚和 ３００ 计算机应用与软件 ２０１２丘 输出脚是并联使用的。由表２可以看出，将ＩＮ３和ＩＮ４及其输 旋转、缩放、亮度以及噪声的影响，在未进行精确匹配的情况下， 匹配成功率在９０％以上。 出端并联后，在控制脚为低电平的时候，只有当负载开路时，诊 断脚的输出才为低电平，因而以此作为诊断负载开路的条件。 如果负载不开路，就在控制脚输出高电平，如果负载短路，则诊 以下两组图像为实验图像。图４为低空俯拍普通的居民建 筑物图像，图像大小为４０２ ｘ３１３，图４（ｂ）为ｌｔｕ ４（ａ）缩小１倍， 断脚输出方波，方波的周期为５毫秒｛如果负载正常，则诊断脚 输出高电平。ＢＴＳ７２４Ｇ芯片的一个重要特征是在控制脚输出高 电平时，如果负载短路，则在诊断脚输出的方波信号相对于控制 信号有２毫秒的延时。为此，在诊断正常和短路的时候，在控制 脚输出高电平后，需要延时２毫秒，才能检测诊断脚的状态，可 以循环采集诊断脚的管脚电平，如果电平为高，则将计数变量加 一，只要循环采集的时间大于５ｍｓ就可以完成诊断，完成循环 采集诊断脚的电平后，如果计数值与循环的次数相同或非常接 近，则表明诊断脚输出为高电平；如果计数值与循环的次数相差 较多，则表明诊断脚输出为方波。 ３ 结语 试验表明，该控制器能克服现有车灯控制方式中通过开关 状态来检测车灯状态而产生的误判，能检测车灯线路连接状态， 通过ＬＩＮ总线可以将车灯线路的连接状态及车灯的工作状态反 馈到车载显示终端，使驾驶、维修人员能及时掌握前照灯工作状 态，以确保车灯的正常工作。该控制方式可以用于电源为１２伏 或２４伏车型的各类车灯控制。 参考文献 ［１］张军，董长兴，等．汽车总线系统检修［Ｍ］．北京：北京理工大学出 版社，２０１０． ［２］吴文琳，吴丽霞．汽车车载网络系统原理与维修精华［Ｍ］．北京：机 械工业出版社，２００８． ［３］ＮＥＣ用户手册ｊ８ＫＯＳ／ＫＢ１＋８位单片微控制器［Ｍ］．２００５． ｆ ４］Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＴｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｍｃ３３３９９／Ｄ．Ｒｅｖ．４．０『Ｍ］．２００１． ［５］ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｅｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＧ．Ｄａｔａｓｈｅｅｔ ＢＴＳ７２４Ｇ『Ｍ］．２００３． （上接第２５５页） 向直方图，得到梯度方向的叠加值，一个特征点由２×２共４个 因子点组成，每个因子点有８个方向向量信息，这样能够增强算 法的抗噪能力，增强系统容错性，１６个４×４子块即有１２８个向 量描述符，组成１２８维的ＳＩＦＴ特征向量，将特征向量进行长度 归一化处理，去除光照、对比度等变化对图像的影响 ｊ。 １．５ ＳＩＦＴ图像匹配 生成两幅待匹配图像的ＳＩＴＦ向量描述后，计算关键点特征 向量的欧式距离，以此作为Ａ、Ｂ两幅图像中对应关键点的相似 性判定值。取图像Ａ的某个关键点，在图像Ｂ中找出与图像Ａ 中与此关键点欧式距离最近的两个关键点，若这两个关键点的 最近距离与次近距离的比值小于某个阈值，则认定此两点为匹 配点。Ｌｏｗｅ推荐阈值为０．８＿２ Ｊ。 ２实验分析 实验平台为Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ操作系统，Ｅ６３００ ＣＰＵ，１Ｇ内存的 Ｐｃ机，编程环境为Ｍａｔｌａｂ７．０。根据上述实验步骤，对传统ＳＩＦＴ 算法和采用Ｆｏｒｓｔｎｅｒ特征提取算子改进的ＳＩＦＴ算法进行比较。 对多幅低空无人机拍摄图像进行识别 图像均受到不同程度的 并顺时针旋转４５。。图５为较高空俯拍建筑物图像，图像大小 为９３６×６２４，图５（ｂ）具有一定的光照和噪声影响。由表１可以 看出，针对旋转、光照等影响，改进后ＳＩＦＴ算法与原算法相比， 匹配率和计算速度都有一定程度的提高，错误匹配点有所减少。 ■ （ａ） Ｃｏ） 图４低空俯拍图像匹配结果 ＿（ａ］ ■＿ （ｂ） 图５较高空俯拍图像匹配结果 表１实验结果对比 第一组实验 第二组实验 匹配点数 原算法 ５２ ５６ 改进算法 ３４７ ３８９ 错误匹配点数 原算法 ５ ２ 改进算法 ｌ９ ９ 匹配率％ 原算法 ９１．２％ ９６．５％ 改进算法 ９２．３％ ９７．７％ 原算法 ４．２３ ３．１６ 匹配时间Ｓ 改进算法 ２８．３５ ２４．５３ ３ 结语 由实验结果得出，采用Ｆｏｒｓｔｎｅｒ特征提取算子改进的ＳＩＦＴ 算法能够提高无人机图像的识别与匹配效率，满足无人机图像 应用的需求。但本文只对特征点提取阶段进行了研究，对特征 点的匹配算法还需要进一步改进，进一步提高算法的准确性与 实时性。 参考文献 ［１］蔡志浩，燕如意，王英勋．无人机遥感多载荷任务规划方法［Ｊ］．上 海交通大学学报，２０１１，４５（２）：２６７—２７１． ［２］Ｌｏｗｅ Ｄ．Ｄｉｓｔｉｎｃｔｉｖｅ ｉｍａｇｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ ｓｃａｌｅ－ｉｎｖａｒｉａｎｔ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｊｏｕｒｎａｌ ｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｖｉｓｉｏｎ，２００４． ［３］邱建国，张建国，李凯．基于Ｈａｒｒｉｓ与ＳＩＦＴ算法的图像匹配算法 ［Ｊ］．测试技术学报，２００９，２３（３）：２７１—２７４． ［４］柯涛，张永军．ＳＩＦＴ特征算子在低空遥感影像全自动匹配中的应 用［Ｊ］．２００９，３４（４）：２３—２６． ［５］刘清，林土胜．基于数学形态学的图像边缘检测算法［Ｊ］．华南理 工大学学报：自然科学版，２００８，３６（９）：ｌ１３—１１６． ［６］张春美，龚志辉，孙雷．改进ＳＩＦＦ特征在图像匹配中的应用［Ｊ］． 计算机工程与应用，２００８，４４（２）：９５—９７．