CN102111442A - 一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统 - Google Patents

一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统 Download PDF

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彭雄飞
徐亮
倪孟雄
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Abstract

本发明汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其包括空调控制器与CD机的串行通信接口电路及通信协议,本接口电路以光耦为核心,实现了内部电源与端口的隔离,并且实现了5V和12V电平的转化,输出非常稳定,且驱动能力强;采用电阻限流技术,保证了IC在正常工作时发生通信端口对12V电源、对地短路时仍不会烧毁接口电路,其电流仍在IC正常承受范围之内,满足了汽车自保护功能要求,而传输数据格式定义简单可靠,发送和接收方式合理,在传输的过程中添加了数据的校验,保证了数据传输的准确性。

Description

一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统
技术领域
本发明涉及汽车电子技术领域,特别的涉及一种汽车空调控制器与外接输入输出设备的通信,即应用于空调控制器与车载CD系统之间,或空调控制器与中控台之间的通信。
背景技术
现有技术中,汽车空调控制器用于控制汽车内部的温度,控制对象包括:温度混合风门执行器、吹风模式风门执行器、新风风门执行器、压缩机、鼓风机等部件,所述汽车空调控制器分别完成以下功能:出风口温度的调节、吹风模式调节(例如吹头、吹脚、除霜、吹窗)、新风或内循环、压缩机ON/OFF、鼓风机转速调整等。控制器本身包含硬件电路、LCD显示界面、按键、以及壳体等。所述汽车空调控制器除了连接各种执行部件外,还要连接各种传感器,例如外温传感器、室内温度传感器、蒸发温度传感器、阳光传感器、水温传感器等,用于检测外部状态的变化。此外,控制器还需要与车内其它部件交流信号与状态,如车速、雨刮、倒档、A/C请求、后窗加热请求、后窗加热应答、K-Line通信等。
汽车空调控制器与人的交互是通过控制器上的按键、指示灯及LCD显示屏来实现的,但有一种设计方案是将空调控制器制作成一个控制盒(无显示、无按键),而将其按键输入集成在CD机键盘上、空调工作模式显示集成在CD机的显示单元如VFD、LCD上。这就需要控制盒能与CD机实现通信,从而实现空调吹风模式切换、温度升降、及内外气切换等按键的输入,以及空调工作模式的输出指示功能。但是,现有的通信协议相对比较复杂,而且稳定性以及可靠性较低,甚至其工作方式经常会影响客户操作空调的响应速度,发送上也不能保证显示的可靠稳定。
鉴于以上的现实需要,一种新的效果好、简单、可靠性较高的汽车空调控制器与外接设备间的通信系统的发明是势在必行的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的通信协议相对比较复杂,而且稳定性以及可靠性较低,甚至其工作方式经常会影响客户操作空调的响应速度,发送上也不能保证显示的可靠稳定等。
本发明的目的是提供一种空调控制器与CD机串行通信的接口电路与通信协议,即汽车空调控制器与外接设备间的通信系统。
一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其包括空调控制器与CD机的串行通信接口电路及通信协议,其特征在于,所述接口电路的空调控制器单片机串行通信数据发送端TX连接第一光耦U1阴极(cathode),第一光耦U1阳极(anode)通过第一电阻R1接+5V电源,第一光耦U1集电极(collector)通过第二电阻R2接+12V电源,第一光耦U1发射极(emitter)通过汽车线束、第三电阻R3连接到第二光耦U2阳极,第二光耦U2阳极通过第四电阻R4连接到地,第二光耦U2阴极直接连接到地。第二光耦U2集电极通过第六电阻R6连接到CD机单片机的串行通信数据接收端,第二光耦U2集电极通过第五电阻R5连接到+5V电源,第二光耦U2发射极直接连接到地。
CD机单片机的串行通信数据发送端TX连接第三光耦U3阴极,第三光耦U3阳极通过第七电阻R7接+5V电源,第三光耦U3集电极通过第八电阻R8接+12V电源,第三光耦U3发射极通过汽车线束、第九电阻R9连接到第四光耦U4阳极,第四光耦U4阳极通过第十电阻R10连接到地,第四光耦U4阴极直接连接到地。第四光耦U4集电极通过第十二电阻R12连接到空调控制器单片机的串行通信数据接收端RX,第四光耦U4集电极通过第十一电阻R11连接到+5V电源,第四光耦U4发射极直接连接到地。
所述5V和12V电平的转化电路为第一光耦(U1)和第三光耦(U3)。
所述12V和5V电平的转化电路为第二光耦(U2)和第四光耦(U4)。
所述限流电路为接+12V电源的的第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第八电阻(R8)及第九电阻(R9)。
所述下拉电路为接地的第四电阻(R4)及第十电阻(R10)。
传输数据量小,其中显示设备发送的为一个8位的数据位,高2位bit定义按键分类,低6位bit用于确定具体按键,预留了一定的定义空间,方便以后按键定义的扩充;空调控制器发送的也是一个8位的数据位,高4位显示分类,低4位用于确定显示内容。
对于按键数据采用中断接收,显示数据采用周期发送。
它支持全双工的,能及时的接收和发送需要传输的数据。
校验位能使接收设备知道一个位的状态,有机会判断是否有噪声干扰了通信或者传输和接收数据是否不同步。
接口电路特征在于,空调控制器内部单片机通过串行通信数据发送端口TX发送数据波形,其电压幅值为5V、波特率为2.4Kbit/s到9.6Kbit/s,经过光耦输出波形频率不变,电压幅值升至12V并且反向(当输入端为高电平时输出为低电平),然后通过连接端子及线束输出到CD机的串行通信数据接收端,在CD机内部再次经过光耦输出脉冲频率不变,幅值降至5V并且再次反向(保证CD机内单片机接收到的数据波形特征与空调控制器发送的数据波形一致),并进入CD机内部单片机的串行通信数据接收端口RX,CD机的单片机按照通信协议对数据波形进行处理。与之相反,CD机内部的单片机通过串行通信数据发送端口TX发送数据波形,并以同样的电路形式将数据波形发送到空调控制器内部单片机数据接收端口RX,空调控制器的单片机按照通信协议对数据波形进行处理。
本接口电路以光耦为核心,实现了内部电源与端口的隔离,并且实现了5V和12V电平的转化,输出非常稳定,且驱动能力强;采用电阻限流技术,保证了IC在正常工作时发生通信端口对12V电源、对地短路时仍不会烧毁接口电路,其电流仍在IC正常承受范围之内,满足了汽车自保护功能要求。
通信协议特征在于,传输数据格式定义简单可靠,发送和接收方式合理,在传输的过程中添加了数据的校验,保证了数据传输的准确性。
本发明的有益效果是:接口电路保证了输出波形与输入波形的一致,驱动能力强,抗干扰能力强,且具有端口对12V电源和地的短接保护功能,通信协议简单稳定可靠,控制器采用中断接收,周期发送的工作方式,完全不影响客户操作空调的响应速度,发送上也能保证显示的可靠稳定。
附图说明
通过以下对本发明的实施例结合其附图的描述,可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中,附图为:
图1为本发明提供的一种空调控制器与CD机的串行通信接口电路图。
具体实施方式
本发明是应用在汽车电子技术领域的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,是在对现有的汽车空调控制器与外接设备间的通信系统的缺点的基础上作出的重大改进,具有非常重要的实践意义。
如图1所示,为本发明提供的一种空调控制器与CD机的串行通信接口电路的具体电路图,空调控制器地线与CD机地线通过端子及线束连接,空调控制器单片机串行通信数据发送端TX连接第一光耦U1阴极(cathode),第一光耦U1阳极(anode)通过第一电阻R1接+5V电源,第一光耦U1集电极(collector)通过第二电阻R2接+12V电源,第一光耦U1发射极(emitter)通过汽车线束、第三电阻R3连接到第二光耦U2阳极,第二光耦U2阳极通过第四电阻R4连接到地,第二光耦U2阴极直接连接到地。第二光耦U2集电极通过第六电阻R6连接到CD机单片机的串行通信数据接收端,第二光耦U2集电极通过第五电阻R5连接到+5V电源,第二光耦U2发射极直接连接到地。
与此类似,CD机单片机的串行通信数据发送端TX连接第三光耦U3阴极,第三光耦U3阳极通过第七电阻R7接+5V电源,第三光耦U3集电极通过第八电阻R8接+12V电源,第三光耦U3发射极通过汽车线束、第九电阻R9连接到第四光耦U4阳极,第四光耦U4阳极通过第十电阻R10连接到地,第四光耦U4阴极直接连接到地。第四光耦U4集电极通过第十二电阻R12连接到空调控制器单片机的串行通信数据接收端RX,第四光耦U4集电极通过第十一电阻R11连接到+5V电源,第四光耦U4发射极直接连接到地。
接口电路的工作原理为:
由空调控制器单片机串行通信数据发送端发送一波特率为2.4Kbit/s、幅值为5V的数据波形,经过第一光耦U1及第二光耦U2输出数据波形到CD机单片机,根据光耦的工作原理可知,当空调控制器单片机的输出信号为低电平时,第一光耦U1内部发光二极管导通从而发射极与集电极导通,因为第一光耦U1的集电极通过第二电阻R2接到+12V电源上,通过第三电阻R3和第四电阻R4连接到地,所以发射极输出的导通信号电流约为10mA,即(12v-3v)/(0.47k+0.47k)=10mA,可使第二光耦U2内部发光二极管导通,从而发射极与集电极导通,因为第二光耦U2发射极是直接连接到地的,所以由第二光耦U2集电极输出到CD机单片机的信号为一低电平。
与此相反,当空调控制器单片机的输出信号为5V高电平时,第一光耦U1不导通,输出信号被第四电阻拉为低电平,第二光耦不导通,由于第二光耦U2集电极是通过第五电阻R5连接到5V电源的,所以输出到CD机单片机的信号为5V的高电平。所以CD机单片机的输入信号与空调控制器单片机的输出信号是一致的。由于采用了同样的发送和接收电路,空调控制器单片机的输入信号与CD机单片机的输出信号也是一致的。
第二电阻R2、第三电阻R3、第八电阻R8和第九电阻R9值为0.47K,用于保证外接端口对+12V电源和对地短路时,光耦的输入电流为12V/0.47K=26mA,不超过50mA,保证光耦不会损坏。
第四电阻R4和第十电阻R10,用于当空调控制器或CD机有不确定信号输入时,将第二光耦或第四光耦输入端下拉到地,从而无输出到单片机,此设计用于防止杂波干扰。
通信协议:
数据格式定义:
  数据类型   数据位   值
  起始位   1   0
  数据位   8   见后续描述
  校验位   1   偶校验
  停止位   1
波特率:2400bit/s----9.6Kbit/s。
通信数据格式定义:
在对通信数据内容分析的基础上进行优化,尽量减少传送的数据量,传送数据时数据位的高位bit用于确定传送数据类别,低位bit用于确定具体的按键定义和显示内容。
CD机定时扫描按键,采集到有效的按键信号后,将该信号传递给空调控制器。
按键命令格式:
D7  D6  D5  D4  D3  D2  D1  D0
D7  D6
0   0   第一组按键
0   1   第二组按键
1  0  未定义
1  1  未定义
D5    第一组按键中表示TEMP+;
      第二组按键中表示TEMP-;
      1表示按下;0表示弹起;
D4    第一组按键中表示风速FAN+;
      第二组按键中表示风速FAN-;
      1表示按下;0表示弹起;
D3    第一组按键中表示AUTO;
      第二组按键中表示FRT;
      1表示按下;0表示弹起;
D2    第一组按键中表示RR;
      第二组按键中表示内外循环键;
      1表示按下;0表示弹起;
D1    第一组按键中表示MODE;
      第二组按键中表示A/C;
      1表示按下;0表示弹起;
D0    第一组按键中表示OFF;
      第二组按键中表示C/F;
      1表示按下;0表示弹起;
由空调控制器向显示面板发送数据位定义----VFD、LCD及LED显示。
显示部分分为两部分,一部分用于在VFD、LCD屏上显示空调的控制状态,另一部分用于点亮CD机按键的指示灯。
显示字命令格式:
D7  D6  D5  D4  D3  D2  D1  D0
D7  D6  D5  D4
0   0   0   0   OFF(整个VFD显示/不显示)
0   0   0   1   AUTO(VFD、LED)
0   0   1   0   FRT(VFD、LED)
0   0   1   1   MODE(VFD)
0   1   0   0   风速FAN(VFD)
0   1   0   1   设定温度十位(VFD)
0   1   1   0   设定温度个位(VFD)
0   1   1   1   设定温度小数位(VFD)
1   0   0   0   设定温度的小数点与摄氏度(VFD)
1   0   0   1   环境温度十位(VFD)
1   0   1   0   环境温度个位(VFD)
1   0   1   1   环境温度小数位(VFD)
1   1   0   0   环境温度的小数点、摄氏度与OUT SIDE TEMP(VFD)
1   1   0   1   RR(LED)
1   1   1   0   内外循环(LED)
1   1   1   1   A/C(LED)
D3  D2  D1  D0  OFF(VFD显示/不显示)
    0           VFD不显示;
    1           VFD显示;
D3  D2  D1  D0  AUTO(VFD、LED)
0               AUTO不显示;
1               AUTO显示;
D3  D2  D1  D0  FRT(VFD、LED)
0   0   0   0   FRT不显示;
1   0   0   0   FRT显示;
0   1   0   0   除霜符号显示;
0   0   1   0   除霜符号不显示;
D3  D2  D1  D0  MODE(VFD)
0   X   X   X   MODE不显示;
1   0   0   0   MODE显示FACE;
1   0   0   1   MODE显示BI-LEVEL;
1   0   1   0   MODE显示FOOT;
D3  D2  D1  D0  风速FAN(VFD)
0   X   X   X   风速不显示;
1   0   0   0   风速0;
1   0   0   1   风速1;
1   0   1   0   风速2;
1   0   1   1   风速3;
1   1   0   0   风速4;
1   1   0   1   风速5;
D3  D2  D1  D0  设定温度十位(VFD)、个位(VFD)、小数位(VFD)
                环境温度十位(VFD)、个位(VFD)、小数位(VFD)
0   0   0   0   显示0;
0   0   0   1   显示1;
0   0   1   0   显示2;
0   0   1   1   显示3;
0   1   0   0   显示4;
0   1   0   1   显示5;
0   1   1   0   显示6;
0   1   1   1   显示7;
1   0   0   0   显示8;
1   0   0   1   显示9;
其它编码        不显示;
D3  D2  D1  D0  设定温度的小数点与摄氏度符号(VFD)
0               不显示;
1               显示;
D3  D2  D1  D0  环境温度的小数点与摄氏度符号(一个独立VFD显示段)、
                     “-”符号(一个独立VFD显示段)、
                     OUT SIDE TEMP(一个独立VFD显示段);
0   X   X       不显示;
1   0   0       正温度显示,显示OUT SIDE TEMP;
1   0   1       正温度显示,不显示OUT SIDE TEMP;
1   1   0       负温度显示,显示OUT SIDE TEMP;
1   1   1       负温度显示,不显示OUT SIDE TEMP;
D3  D2  D1  D0  RR(LED)
0               不显示;
1               显示;
D3  D2  D1  D0  内外循环(LED)
0               不显示;
1               显示;
D3  D2  D1  D0  A/C(LED)
0               不显示;
1               显示;
发送和接收方式部分
空调控制器:
发送:周期性发送,周期为10ms
接收:接收中断
显示设备:
发送:立即发送
接收:轮询或中断均可
上述优选实施例的描述使本领域的技术人员能制造或使用本发明。这些实施例的各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的,这里定义的一般原理可以被应用于其它实施例中而不背离本发明的精神或范围。因此,本发明并不限于这里示出的实施例,而要符合与这里揭示的原理和新颖特征一致的最宽泛的范围。

Claims (10)

1.一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其包括空调控制器与CD机的串行通信接口电路及通信协议,其特征在于,所述接口电路的空调控制器单片机串行通信数据发送端TX连接第一光耦U1阴极(catbode),第一光耦U1阳极(anode)通过第一电阻R1接+5V电源,第一光耦U1集电极(collector)通过第二电阻R2接+12V电源,第一光耦U1发射极(emitter)通过汽车线束、第三电阻R3连接到第二光耦U2阳极,第二光耦U2阳极通过第四电阻R4连接到地,第二光耦U2阴极直接连接到地。第二光耦U2集电极通过第六电阻R6连接到CD机单片机的串行通信数据接收端,第二光耦U2集电极通过第五电阻R5连接到+5V电源,第二光耦U2发射极直接连接到地。
2.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,CD机单片机的串行通信数据发送端TX连接第三光耦U3阴极,第三光耦U3阳极通过第七电阻R7接+5V电源,第三光耦U3集电极通过第八电阻R8接+12V电源,第三光耦U3发射极通过汽车线束、第九电阻R9连接到第四光耦U4阳极,第四光耦U4阳极通过第十电阻R10连接到地,第四光耦U4阴极直接连接到地。第四光耦U4集电极通过第十二电阻R12连接到空调控制器单片机的串行通信数据接收端RX,第四光耦U4集电极通过第十一电阻R11连接到+5V电源,第四光耦U4发射极直接连接到地。
3.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,所述5V和12V电平的转化电路为第一光耦(U1)和第三光耦(U3)。
4.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,所述12V和5V电平的转化电路为第二光耦(U2)和第四光耦(U4)。
5.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,所述限流电路为接+12V电源的的第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第八电阻(R8)及第九电阻(R9)。
6.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,所述下拉电路为接地的第四电阻(R4)及第十电阻(R10)。
7.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,所述显示设备发送的为一个8位的数据位,高2位bit定义按键分类,低6位bit用于确定具体按键,并预留方便以后按键定义的扩充的定义空间,空调控制器发送的也是一个8位的数据位,高4位显示分类,低4位用于确定显示内容。
8.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,对于按键数据采用中断接收,显示数据采用周期发送。
9.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,其支持全双工,能及时的接收和发送需要传输的数据。
10.如权利要求1所述的一种汽车空调控制器与外接设备间的通信系统,其特征在于,校验位能使接收设备知道一个位的状态,以根据上述位的信息判断是否有噪声干扰了通信或者传输和接收数据是否不同步。
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