基于CAN总线的多路LED智能前照灯控制系统的设计和实现

徐健，邓亮，王金磊

(常州星宇车灯股份有限公司，江苏常州 213000)

0 引言

得益于电子科技飞快的发展速度，出于驾驶主动安全的考虑，智能自适应前照灯应运而生。自适应远光辅助系统(Adaptive Driving Beam，ADB)在最大限度满足驾驶员要求的同时，不产生眩目；通过安装于前挡后视镜处的外部图像处理器，检测前方车辆；在会车和跟车时，通过改变远光灯光型，构成跟随车辆轮廓改变的暗区，避免眩目。同时，最多的灯光维持在路面上，除了有其他车辆存在的特定区域，这些区域通过光型动态遮蔽，保证了夜间灯光的最大利用率，有效提高了夜间行车安全。

现有的ADB技术中，灯光的调节机构大多采用步进电机进行上、下方向以及遮光板的调节。由于采用了机械调节的方式，不可避免地存在机械磨损，所以对材料的要求高，对制造工艺的要求也很高；而且其使用寿命一般在几百万次左右、调节精度也不够高，由此引发的失效率就很高。

本文作者设计的基于CAN总线的多路LED智能前照灯控制系统，将ADB技术和LED光源矩阵技术相结合，用全电控调节方式替代了现有的机械调节方式，通过电子控制方式来控制LED光源的亮或灭，从而实现自适应照明，也解决了由于机械调节在精度、磨损等方面所引起的一系列问题。同时，使用CAN总线作为控制系统的通信总线，提高了系统通信的可靠性和容错率。综上所述，通过作者的设计可实现一种精度更高、使用寿命更长、成本更低、可靠性更好的矩阵式LED智能前照灯控制系统，其基本原理图如图1所示。

1 硬件设计

系统总体电路原理如图1所示，主要由控制单元和照明单元两部分组成。其中，控制单元包括：LED驱动模块、CAN模块、微控制器。LED驱动模块采用了TI的TPS92661-Q1，CAN收发器为TJA1041，微控制器为Freescale的MC9S12G192。而照明单元(即远光模组)由12颗LED灯珠组成。

图1 多路LED智能前照灯控制系统原理

1.1 集成CAN控制器模块的MC9S12G系列微控制器

设计的智能前照灯控制系统监控参数较少，计算不是特别复杂，选择MC9S12G192微控制器完全可以满足设计要求。MC9S12G192是由Freescale公司推出的一款专注于低功耗、高性能、低引脚数量的高效汽车级16位微控制器产品，其内嵌一个增强型MSCAN(可扩展控制器区域网络)模块，同时支持CAN2.0A/B协议。MSCAN设置有3个具有“本地优先”概念的以内部优先顺序发送的发送缓冲区和5个具有FIFO存储机制的接收缓冲区，保证了MSCAN中的数据实时发送与接收。内置的串行通信接口，满足了微控制器与LED驱动模块间的通信要求。

1.2 CAN收发器TJA1041

TJA1041是CAN控制器模块与物理总线间的接口，将CAN控制器的逻辑电平转换为CAN总线的差分电平，在两条有差分电压的总线电缆上传输数据。

TJA1041的主要特性如下：完全符合 ISO 11898 标准；速度高(高达1 Mb/s)；电磁辐射EME非常低；差动接收器具有较宽的共模范围，可抗电磁干扰(EMI)；不上电状态下的无源性能；I/O级自动适应主机控制器的电源电压；如果使用分裂终端，电压源可以稳定隐性总线电平(进一步改善EME)；只听模式；至少可以连接110个节点。

1.3 多路LED矩阵驱动芯片TPS92661-Q1

用于汽车前照灯系统的TPS92661器件是一款紧凑型高集成解决方案，适用于对应用中的大阵列高亮度LED(如汽车前灯)进行分流FET亮度调节。它包括一个12开关串联阵列(用于绕过串联电路中的单个LED)以及一个串行通信接口(通过主微控制器进行控制和管理)。此外，串联电路中各LED的打开和关闭时间可单独编程，PWM频率可通过内部寄存器调整，多个器件可同步为相同的频率和相位。

TPS92661的主要特性如下：12个串联LED旁路开关；多点UART通信接口；可编程10位脉宽调制(PWM)亮度调节；支持器件间的同步；内置相移功能；LED 开路/短路检测和故障保护及实时的故障报告。

基于上述特性，所设计的多路LED智能前照灯控制系统，单边控制12颗LED灯珠的单独亮灭。同时，也是一个可扩展的方案，通过将TPS92661级联，可实现最多8颗TPS92661驱动芯片的网络控制。也就是说，单灯最多可支持LED颗数为96颗。

2 系统软件设计

就实现的功能而言，图像处理器通过与前照灯中的控制单元相连的CAN总线将控制报文发送给微控制器，微控制器接收到控制报文后，对其进行解析和算法计算，得出需要控制亮或灭的LED光源位置后，再通过协议转换，最终将最后结果通过UART总线发送给LED驱动芯片，实现对LED光源亮或灭的控制，从而起到防炫目的效果。

控制器上电后，按照如图2所示流程工作：

第1步，系统上电，初始化各模块；

第2步，初始化完成后，对控制器的输入电压进行检测；

第3步，前照灯上电自检通过以后，启动内部定时器，主要用于ADC采用与故障检测；

第4步，前照灯进入正常工作模式后，会接收和解析外部图像处理器发送来的CAN报文；

第5步，根据解析的报文内容，判断近光灯是否打开；

第6步，若在近光灯打开的情况下，则根据解析的报文内容判断启动何种模式的远光。

图2 软件运行流程

3 测试验证

通过实车测试，当前方没有车辆的时候，控制系统会将远光全部打开，如图3所示。反之，当外部图像处理器检测到前方存在车辆时，会通过CAN总线通知前照灯控制器，关闭相应区域的LED灯珠，构成一个随车辆轮廓的暗区，从而实现防炫目的效果，如图4所示。

图3 前方无车辆，远光全亮

图4 前方有车辆，ADB远光

4 结束语

设计的基于CAN总线的多路LED智能前照灯控制系统，解决了目前市面上机械式智能前照灯由于机械调节在精度、磨损方面所引起的一系列问题。通过CAN总线接收外部图像处理器信号检测前方车辆，在会车和跟车时，通过改变远光灯光型，构成跟随车辆轮廓改变的暗区，避免眩目。此系统在实际使用中有很好的精确性和稳定性。