高压PTC加热器控制系统的设计

2020-06-04岳秀麟杨春华

汽车电器 2020年5期

石林，岳秀麟，杨春华

（豫新汽车热管理科技有限公司，河南新乡 453000）

1 前言

CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，是目前全球应用最广泛的开放式现场总线之一。CAN总线技术自从开发出来后，在汽车领域被极大范围地推广与使用，尤其在混合动力汽车和纯电动汽车领域，整车各电子控制单元之间通过总线进行通信。越来越多的主车厂还在CAN总线基础上增加了诊断与Bootloader功能，图1为一混动车型的网络拓扑图。

PTC加热器（包括水暖式与风暖式）做为高压、高功率、高温工作的器件，其内部大多集成控制器，通过CAN总线与整车ECU进行通信。PTC加热器需接收整车的指令来开启／关闭输出或调节输出功率，同时还要将实时的工作状态（耗电功率、故障信息等）放于总线上供ECU提取。在空调总成（HVAC）的总装车间，生产线通电检测时需要频繁启动PTC加热器，本工装可以模拟ECU控制PTC加热器的通断与PWM占空比，同时将PTC的工作状态与故障信息显示出来，保证了空调总成在线检测的有效进行。本文以风暖式PTC加热器为例设计CAN总线通信工装。

2 CAN通信工装功能介绍

此工装采用CAN2.0B总线协议，按表1中DBC数据表与PTC加热器进行通信，波特率为250kb／s。

它发给PTC加热器一种ID（0x18F00C87）的报文，控制PTC加热器的开关状态与工作占空比，同时接收PTC加热器发送的3种ID （0x18F0012A、0x18F0022A、0x18F00F2A）的报文，分析报文信息并显示出来。此工装包含4个按钮，分别实现PTC启动／停止、显示屏换页、占空比减少1、占空比增加1功能，还包含一液晶显示屏，分PTC工作信息、故障信息、占空比设置3个页面显示。

3 硬件设计

3.1 微处理器

微处理器选用Freescale公司的MC9S12XS128MAL单片机，总线速度可达40MHz，它由16位中央处理单元（CPU12X）、128KB程序Flash、8KB RAM、8KB数据Flash组成片内存储器。它的主要功能模块包括：内部存储器、内部PLL锁相环模块、MSCAN模块、1个8通道输入／输出比较定时器模块TIM、周期中断定时器模块PIT、16通道A／D转换模块ADC、1个8通道脉冲宽度调制模块PWM等。图2为其最小系统电路图。

此单片机的MSCAN模块支持CAN2.0A／2.0B协议，有两个信号引脚，分为发送（TX单片机的PM1引脚）和接收（RX单片机的PM0引脚），为TTL电平，需接收发器才能连接到CAN总线上。当TX引脚上的输出电平为低电平时，为显性状态，反之为隐性状态。

3.2 CAN收发器

本设计选用高速CAN收发器TJA1050，它是物理总线和CAN控制器之间的接口，适用的波特率范围从60kb／s到1Mb／s。TJA1050可以为总线提供差动的发送功能，且完全符合ISO 11898标准，是PCA82C250高速CAN收发器的后继产品。

图1 网络拓扑图

表1 DBC数据表

CAN控制器通过一条串行数据输出线TxD和一条串行数据输入线RxD连接到收发器，而收发器则通过两个有差动接收和发送能力的总线终端CANH和CANL连接到CAN-bus总线。通过控制引脚S可以选择两种工作模式：将引脚S搭铁或悬空可以使TJA1050进入高速模式；将引脚S边接高电平可以使TJA1050进入静音模式。图3为本工装CAN收发模块的电路图。

3.3 显示屏与按键

本设计选用MS12864R汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显示RAM （GDRAM）。支持多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等。按键输入引脚选用单片机带有中断功能的I／O口（PH0～PH3），且设计有按键防抖电容。图4为显示屏与按键模块电路图。

4 软件设计

4.1 初始化

4.1.1 总线时钟

本设计的MCU工作总线时钟选择内部锁相环（PLL）时钟，以获得更高的总线时钟频率。首先设置时钟合成寄存器SYNR和时钟分频寄存器POSTDIV，以确定PLL时钟频率（此设计POSTDIV的值为0，则fPLL=fVOC）。然后设置时钟选择寄存器的控制位PLLSEL=1，从而选定PLL时钟。

锁相环产生时钟频率fPLL以及总线时钟频率fBUS由下面公式得到：

图2 最小系统电路图

图3 CAN收发模块电路图

式中：fOSC——晶振频率，为16MHz；SYNDIV——时钟合成分频系数，设置为3；REFDIV——时钟参考分频系数，设置为1；fPLL——锁相环时钟；fBUS——总线时钟。

4.1.2 ECT定时器

图4 显示屏与按键模块电路图

S12X系列单片机具有8个16位缓冲寄存器的输入捕捉（IC）／输出比较（OC）通道。ECT定时器模块各个功能的使用，需要依据MCU型号确定可用的寄存器资源，其中主要的寄存器有：输入捕捉／输出比较选择寄存器（TIOS）、计数寄存器（TCNT）、控制寄存器（TCTL1、TCTL2）、系统控制寄存器（TSCR1、TSCR2）、中断使能寄存器TIE、中断标志寄存器（TFLG1、TFLG2）、输入捕捉／输出比较寄存器TCx等。具体程序见图5。