基于LIN总线的汽车室内照明智能调控系统设计

明显诚 许博

摘  要： 汽车室内照明系统中通过LIN总线通信节点替代复杂的线束，能够实现简单、精准的照明调控。设计通过1个主节点以及2个从节点进行控制的汽车室内照明智能调控系统，系统通过光照度采集模块，利用光敏电阻采集汽车室内当前光照度;根据当前光照度信号，利用以MC56HC908GZ60芯片为核心的LIN模块，实现汽车室内照明灯控制命令的响应、传输和调控，控制命令信号通过LIN总线传输到前、后控制器中，两种控制器采用光照度恒定控制算法，实现汽车室内光照度的恒定调控。实验结果表明，该系统输出电压和电流能够保持相对稳定，在满足汽车室内照明系统需求的同时，将亮度误差控制在1%以下，实现汽车室内照明灯的精确控制。

关键词： 汽车室内照明; 智能调控; 照明调控; 信号控制; 亮度誤差; LIN总线

中图分类号： TN948.2?34; TP368                 文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2019）14?0161?04

Design of intelligent control system based on LIN bus for automotive indoor lighting

MING Xiancheng1， XU Bo2

（1. Engineering Training and Management Experiment Center， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054， China;

2. East China Institute of Computing Technology， Shanghai 200233， China）

Abstract： The LIN bus communication node is used to replace the complex wiring harness in the automobile indoor lighting system， which can achieve simple and accurate lighting control. An intelligent control system of automobile indoor lighting is designed， which is controlled by one master node and two slave nodes. The current illumination of automobile indoor is collected by photoresistor and illumination acquisition module. According to the current illumination signal， the LIN module with MC56HC908GZ60 chip as the core is used to realize the response， transmission and control of the control command of automobile indoor lighting and to control the command signals which are transmitted to front and rear controllers through LIN bus. The two controllers adopt constant illumination control algorithm to achieve constant illumination control in automobile indoor. The experimental results show that the output voltage and current of the system can keep relative stability， and the brightness error can be controlled below 1% while meeting the requirements of the automobile indoor lighting system， so as to realize the accurate control of the automobile indoor lighting.

Keywords： automobile indoor lighting; intelligent regulation; illumination regulation; signal control; brightness error; LIN bus

0  引  言

当前，基于CAN总线实现汽车室内照明控制的方式已得到越来越多的使用，然而当汽车总线节点逐渐上升，且电子技术开始向中低档汽车延伸后，基于CAN总线的汽车室内照明控制受成本限制，实用性能与性价比均有所降低[1?2]。在此情况下，基于LIN总线实现汽车室内照明智能控制方法应运而生。基于LIN总线的汽车室内照明调控系统是以普通的串行通信接口为基础。LIN主线主要应用在无需CAN性能、带宽和较为简单的控制系统中[3]，LIN子总线是对CAN网络的扩展，结合CAN网络实现对汽车的控制。由于汽车室内照明调控系统无实时性要求[4]，且汽车室内照明控制模块连接的传感器与执行器较多，适合采用LIN总线进行控制，具有系统结构简单、控制等级清晰的优点，还能降低成本提升性价比，实现汽车室内照明的精准控制。

1  汽车室内照明智能调控系统

1.1  系统整体结构

依照汽车室内照明的现实需求制定相关室内照明控制策略：白天时，汽车室内灯光熄灭;傍晚时，汽车室内光线昏暗;夜晚时，外部光线较暗，需要将汽车室内灯光调亮。为实现这一控制策略，设计基于LIN总线的汽车室内照明控制智能调控系统，系统整体结构如图1所示。

该系统结构由1个主节点和2个从节点构成，主节点的主要功能是获取中央传感器与光照度采集模块采集的光照度信号[5]，对信号实施相应处理后发送差异的报文帧头，再通过LIN总线将控制信号传输到从节点1和2中，操控前灯控制器以及后灯控制器，通过光照度恒定控制算法，完成汽车室内照明灯的恒定控制。对于从节点時前灯控制器和后灯控制器，若从节点对主节点发送的报文帧无响应，那么主节点上的报错指示灯给予相应反应，显示出现故障的从节点照明灯位置。

1.2  光照度采集模块设计

光照度采集模块中主要采用光敏电阻实现光照度采集。经过反复实验得到，光敏电阻最优安装位置为汽车车顶正上方，通常情况下光敏电阻探测范围中的环境光强均能够被光敏电阻准确采集[6]，采集到光强信息在经过数据转换处理后被发送至单片机中，单片机发射无线信号通过LIN模块实现汽车室内照明灯亮度调控，结构如图2所示。

1.3  LIN模块结构设计

LIN模块的主要功能是根据光照度采集模块采集的当前汽车室内光照度信号，实现汽车室内照明灯控制命令的响应、传输和调控。汽车室内照明智能调控系统根据使用者设定的控制命令，快速进行相应响应，当汽车室内照明灯出现问题时，使用者根据指示灯了解故障信息。由于汽车室内照明不具备实时性要求，采用传输速率上限为25 Kb/s的LIN总线，控制汽车室内照明灯，满足用户控制要求，同时节省费用，性价比较高。LIN模块结构如图3所示。

LIN模块的核心为MC56HC908GZ60芯片，该芯片中ESCI通道、定时器通道、CAN通道和A/D转换通道的数量分别为1，2，1和15。其中，ESCI通道与LIN收发器连接，主要作用是实现LIN通信[7];两个定时器通道之一用来判断LIN通信内定时。

LIN收发器采用LIN总线单线物理接口器件MC33399，其传输速率为1～25 Kb/s，包含正常模式与睡眠模式两种工作模式[8]。

1.4  软件设计

1.4.1  LIN节点程序流程设计

基于LIN总线的汽车室内照明智能调控系统，将LIN总线的主节点波特率设定在9 500 b/s以上，从节点采用自动检测法确定波特率，若从节点确定的波特率与主节点比特率差距较大，那么显示故障提醒，通信中断[9]。因为主节点发送的主机任务与从节点发送的从机任务共同构成LIN总线的整个报文帧，所以主节点和从节点程序均循环查询主机或从机任务。其中主节点程序流程如图4所示。

1.4.2  光照度恒定控制算法

用[Nr]，[Nz]分别表示人工光照度、外界自然光照度，其中[Nz]包括[No]和[Nm]，表示直射光照度和漫射光照度。汽车室内照明自适应调节是以[Nr+Nz]达到[ΔN]来恒定的，即：

[N=Nr+Nz]    （1）

式中，[N]为汽车室内光照度。

若汽车室内目标光照度为[ΔN]，需要调控[Nr]为：

[Nr=No+Nm-ΔN] （2）

依据工作面的平均光照度判定整个汽车室内光照度[10]。采用系数法确定汽车室内的平均光照度，在结合工作面上的有效光通量[Δθ]和额定光通量[θ]，计算光利用系数，计算公式如下：

[CU=Δθθ]  （3）

由于汽车室内照明智能调控系统中，[Er≈Eav]，因此调控灯具光通量能够实现汽车室内光照度[E]的恒定调控。车光照度调控公式为：

[Δθ=No+Nm-ΔNL·E·I·θ] （4）

基于给定的自然光照度，根据式（4）调控车灯照度，实现汽车室内光照度的恒定。

2  实验分析

实验通过Proteus软件模拟本文设计的汽车室内照明智能调控系统的调控效果，以某型号行车为试验对象，在实验对象上安装本文系统，并对其驱动电路实施仿真，以验证本文系统的可行性。驱动电路的电压与电流仿真结果如图5所示。

分析图5得到，图5a）中，当初始时间为0时，驱动电路输出电压也为0。经过数毫秒的延迟后出现上升趋势，在330 ms左右后呈现稳定状态，随着时间的不断提升，输出电压持续保持稳定。图5b）中，实验对象驱动电路的输出电流走势同输电电压走势大致相同。在初始时刻，电流值同样为0，经过330 ms左右呈现稳定状态，输出电流持续稳定后，同样与时间轴保持相对平行状态;而输出电流波动会导致汽车室内照明灯的光照度出现波动。当输出电流波动频率达到110 Hz以上时，通常照明灯光强度变化不显著，输出电流的平均值稳定，汽车室内照明灯的光强度在整体上保持均匀状态。

在汽车外部环境亮度有所差异的条件下，采用本文系统进行控制时，得到汽车室内照明灯的自动调控数据如表1所示。对比本文系统获取的数据和基于模糊神经网络的汽车室内照明智能调控系统获取的实验数据（见表2），验证本文系统的控制精度。

对比表1和表2的实验结果可得，本文系统调控汽车室内照明灯的光照度误差未超过1%，而基于模糊神经网络的系统调控汽车室内照明灯的光照度误差均在2%以上。实验结果说明，本文系统对汽车室内照明灯的控制精度较高，可满足汽车室内照明控制的要求。

3  结  论

本文设计基于LIN总线的汽车室内照明智能调控系统，在LIN总线控制下，通过LIN模块根据光照度采集模块采集的光照度结果，对用户控制命令进行响应、传输和调控，前、后灯控制器基于控制信号，采用光照度恒定控制算法，实现室内照明系统的智能调控。实验结果表明，本文系统在满足汽车室内照明系统需求的同时，能够精准控制照明灯亮度。

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