基于AVR單片機的實用車載空調(diào)控制器電路

電子設備在汽車中的廣泛應用被認為是汽車技術(shù)發(fā)展進程中的一次革命。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展和汽車控制單元的增加，汽車電子技術(shù)正朝著集中化、智能化、網(wǎng)絡化和模塊化方向發(fā)展。車內(nèi)CAN/LIN總線網(wǎng)絡的使用使得車內(nèi)各個控制單元的數(shù)據(jù)可以共享，從而使在汽車嵌入式計算平臺上采用多變量多目標的綜合協(xié)調(diào)控制成為可能。另一方面，網(wǎng)絡化拓展了汽車的服務領域，為汽車的移動通信、移動辦公、娛樂、導航定位和遠程診斷與維修提供了技術(shù)基礎，逐步形成了汽車、家庭、社會一體化的互動體系。汽車嵌入式計算平臺在該一體化體系中擔當重要角色。

本文介紹了車載嵌入式計算平臺，它為完成汽車輔助駕駛和安全監(jiān)控、遠程診斷和維修、在線/離線導航定位、娛樂、與家庭互動等各項功能提供了很好的軟硬件平臺。下面將從汽車/家庭/社會一體化體系結(jié)構(gòu)、計算平臺的硬件體系、軟件體系三個方面進行說明。

1 汽車/家庭/社會一體化體系結(jié)構(gòu)

汽車嵌入式計算平臺為實現(xiàn)各種功能服務提供了良好的軟硬件平臺。車外網(wǎng)絡和車內(nèi)網(wǎng)絡結(jié)合構(gòu)成了汽車/家庭/社會一體化的互動體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，車內(nèi)計算網(wǎng)絡示意圖見圖2。

在圖1中，交通管理中心、汽車服務中心、互聯(lián)網(wǎng)服務中心和娛樂服務中心等共同組成汽車遠程服務平臺，家庭/辦公室和汽車組成汽車/家庭互動平臺體系。其主要提供三類服務：

(1)汽車集成服務。主要指汽車遠程診斷服務和汽車最優(yōu)控制方案服務。汽車計算平臺通過CAN/LIN總線讀取電子控制模塊(ECM)診斷產(chǎn)生的故障代碼，然后通過汽車網(wǎng)關(guān)利用無線通信技術(shù)發(fā)送至最近的汽車服務中心。汽車服務中心分析故障代碼形成診斷方案并以服務的形式發(fā)送到汽車嵌入式網(wǎng)關(guān)，經(jīng)過協(xié)議解析后再發(fā)送到汽車嵌入式計算平臺，最后通過人機接口顯示給駕駛員。汽車制造商同時向汽車提供下載最佳汽車控制方案的服務，以適合汽車在不同的行駛條件下運行。這些服務主要由汽車遠程服務平臺或汽車制造商提供。

(2)導航定位服務。運行在車載嵌入式平臺上的應用層軟件接收GPS接收儀發(fā)送的數(shù)據(jù)，借助車載的地理信息系統(tǒng)(電子地圖)實現(xiàn)導航。此外應用層軟件還可以把GPS接收的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程汽車服務平臺或第三方服務提供商，再由他們把導航信息以服務的形式發(fā)送給汽車嵌入式平臺。這些服務對準確性和及時性要求比較高。如何準確高效地傳遞這些信息成為決定這類服務質(zhì)量的關(guān)鍵。

(3) 個人/娛樂信息服務。汽車/家庭互動平臺體系使人們可以在駕駛汽車的過程中了解家中的情況，將汽車-家庭連為一體。車載信息處理(Telematics) 系統(tǒng)的地位日益突出。它通過無線通信技術(shù)將安全保密信息或娛樂信息以服務(Service)的方式傳遞至汽車。

2 汽車嵌入式計算平臺的硬件體系結(jié)構(gòu)

硬件平臺的設計必須根據(jù)其要完成的功能來確定。本項目是將汽車嵌入式網(wǎng)關(guān)集成到計算平臺中，因此，計算平臺要完成的功能主要為：與遠程服務中心的無線通信功能；導航功能；音視頻播放的功能；通過CAN/LIN總線訪問車內(nèi)電子控制模塊的功能等。基于32位ARM內(nèi)核的EP9315處理器具有良好的計算能力和豐富的外圍接口，在對其做了適當?shù)耐鈬鷶U展后設計出如圖3所示的汽車嵌入式計算平臺。

EP9315是高度集成的片上系統(tǒng)處理器。它擁有200MHz ARM920T處理器及支持Linux、Windows CE和其他許多嵌入式操作系統(tǒng)的存儲器管理單元(MMU)。EP9315內(nèi)置一個高性能1/10/100 Mbps以太網(wǎng)媒體存取控制器(MAC)及外部接口，可連接SPI、I2S音頻、Raster/LCD、IDE存儲外設、小鍵盤和觸摸屏等。該器件還集成了運行速度為12Mbps的三端口USB 2.0全速主機和3個UART。PCMCIA接口的無線網(wǎng)卡提供遠程網(wǎng)絡的訪問功能，可以實現(xiàn)對遠程服務中心網(wǎng)絡服務器的訪問。IDE接口的電子硬盤用來存放地理信息系統(tǒng)，為導航軟件提供電子地圖。GPS接收儀通過串口與EP9315處理器相連，提供實時的車輛地理位置信息。觸摸屏是人機輸入界面，用來完成各種用戶信息的設置。LCD顯示屏和揚聲器是人機輸出界面，可以播放MPEG4視頻或提示語音報警信息。CAN/LIN總線接口可以掛接汽車內(nèi)的 CAN/LIN總線，提供對車內(nèi)CAN/LIN總線的訪問。基于上述硬件平臺所設計的軟件能很好地完成計算平臺所要完成的各項功能。

3 汽車嵌入式計算平臺的軟件體系結(jié)構(gòu)

軟件平臺采用嵌入式Linux設計。上文已對軟件部分要實現(xiàn)的功能進行了一定的描述。其中導航任務是一個實時任務，而Linux不具有實時功能，因此需要改進Linux，使其支持實時任務。基于實時Linux的軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示。

系統(tǒng)上電后，首先啟動LINux操作系統(tǒng)，然后啟動QT引擎，再啟動 QT主程序。在LCD顯示屏上顯示各個應用程序的選擇按鈕，通過觸摸屏按下相應的按鈕，即會啟動相應的應用程序。下面介紹主要應用程序的執(zhí)行流程。

(1)導航應用程序。導航程序啟動后，用戶通過觸摸屏輸入旅程的起始地點和目的地點。導航軟件把該起始地點和目的地點發(fā)送到導航服務中心(本項目中為無線局域網(wǎng)中一臺計算機)，并且每隔一定時間調(diào)用導航API從串口1接收GPS接收儀發(fā)送的當前車輛的實時地理位置數(shù)據(jù)，再調(diào)用通信API，通過無線網(wǎng)卡把該地理位置數(shù)據(jù)發(fā)送到導航服務中心。導航服務中心根據(jù)接收到的旅程起始地點和目的地點計算出最優(yōu)行使路徑，并且每接收到車輛位置信息時，都計算出當前車輛所在的位置，把包含當前車輛位置和應該行使路徑的小范圍的位置圖像發(fā)送到車輛。車上的導航軟件把接收到的圖像在LCD上顯示出來，通過該圖像司機就可以了解車輛當前的位置和下一步要行使的路線。

(2)診斷應用軟件。診斷服務軟件啟動后，該軟件調(diào)用診斷API讀取連接在CAN/LIN總線上的各個ECU的故障代碼，然后再調(diào)用通信API把這些代碼發(fā)送到汽車服務中心(本項目中是與導航服務中心相同的計算機)。汽車服務中心分析故障代碼，確定出汽車的具體故障情況，把最終結(jié)果通過無線網(wǎng)發(fā)送到汽車嵌入式平臺。汽車嵌入式平臺通過無線網(wǎng)卡接收這些數(shù)據(jù)，診斷服務軟件讀取該數(shù)據(jù)，并在LCD上顯示。

(3)汽車/家庭互動應用軟件。當在汽車嵌入式平臺上運行家庭/汽車互動系統(tǒng)軟件時，該軟件在LCD上顯示家庭中的各個電器及其狀態(tài)。當用戶通過觸摸屏發(fā)出改變某個電器狀態(tài)的命令時，汽車/家庭互動軟件調(diào)用家庭API函數(shù)把該命令發(fā)送到家庭網(wǎng)關(guān)(由社會第三方服務公司提供)。在家庭網(wǎng)關(guān)上運行著實現(xiàn) OSGI協(xié)議的軟件，該軟件可以完成所接收到的命令，并把執(zhí)行的結(jié)果發(fā)送到汽車嵌入式平臺。

(4)安全監(jiān)控軟件。CCD攝像頭把汽車行駛車道的圖像輸入到DSP處理系統(tǒng)，DSP處理系統(tǒng)對圖像數(shù)據(jù)進行分析，并把分析結(jié)果送到在汽車嵌入式平臺上運行的安全監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件分析該數(shù)據(jù)。如果汽車偏離行駛車道，監(jiān)控軟件則調(diào)用多媒體API通過揚聲器或者在LCD上顯示信息提醒駕駛員，從而實現(xiàn)安全監(jiān)控和報警功能。