CN104296864A - 基于lin总线的环境光传感器及在线标定、校准及传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于LIN总线的环境光传感器，其包括感应光照采集模块、A/D采集模块、控制器模块、LIN收发模块；所述感应光照采集模块与A/D采集模块电连接；所述控制器模块分别与所述A/D采集模块和LIN收发模块电连接；LIN收发模块与外部LIN网络相连。本发明可以校准数字信号采样值，实现输出的控制信息的一致性，能够检测传感器自身发生的错误，提高了汽车环境光传感器的使用性能。

Description

基于LIN总线的环境光传感器及在线标定、校准及传输方法

技术领域

本设计涉及汽车电子传感器领域，尤其是一种基于LIN总线的环境光传感器。

背景技术

目前，汽车大灯控制已经由开始的手动控制发展到现在的智能控制。手动控制是驾驶员手动方式开关大灯，使用不方便。随着汽车电子技术的发展，现在的汽车很多是自动控制开关大灯，这就需要一款较好的传感器来实现对外界环境光的检测和数据传输处理。

传统的传感器设计存在以下局限性：传统的传感器很难实现输出一致性，由于每一批产品的元器件特性存在离散性，会导致产品特性存在差异；同时传统传感器调节阀值是基于调整电阻的方式，所以调试很不方便，很难将阀值调为一致。并且传统的传感器无法检测传感器自身发生错误的状况。

发明内容

本发明提供一种可在线标定和自动校准的基于LIN总线的环境光传感器。

一种基于LIN总线的环境光传感器，其包括感应光照采集模块、A/D采集模块、控制器模块、LIN收发模块；所述感应光照采集模块与A/D采集模块电连接；所述控制器模块分别与所述A/D采集模块和LIN收发模块电连接；LIN收发模块与外部LIN网络相连；

感应光照采集模块用于将环境光的物理信号转化为模拟电压信号，并将模拟电压信号发送至A/D采集模块；

A/D采集模块用于对接收的模拟电压信号进行采样处理得到数字信号采样值，并将数字信号采样值发送至控制器模块；

LIN收发模块用于接收BCM或上位机通过LIN总线发送的符合LIN2.0协议格式的数据给控制器模块进行处理，同时用于发送经过控制器模块处理过的符合LIN2.0协议格式的数据给BCM或上位机；

控制器模块用于对A/D采样模块的采样数字信号进行处理得到代表光强度信号的数字有效值；对LIN收发模块接收到的总线信息进行处理，并根据处理结果识别上位机或BCM发送信息的意图，并根据信息的意图进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块经由LIN总线发送到上位机或BCM。

一种基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法，其包括以下步骤：

S1、LIN收发模块接收BCM或上位机通过LIN总线发送的符合LIN2.0协议格式的数据；

S2、LIN收发模块将符合LIN2.0协议格式的数据发送给处理器模块；

S3、处理器模块根据符合LIN2.0协议格式的数据中的ID值进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块经由LIN总线发送到上位机或BCM；

当ID值为第一预定值时，环境光传感器进行校准处理；

当ID值为第二预定值时，环境光传感器进行在线标定处理；

当ID值为第三预定值时，环境光传感器进行传感器信息传输。

在本发明所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行校准处理包括以下步骤：

S1a、将任一特定光照强度设置为校准光源强度；

S2a、将校准光源强度下的电压信号标称值作为变量VALUE_STAND写入控制器模块；

S3a、感应光照采集模块获取该光照强度下模拟电压信号，并发送给A/D采样模块；

S4a、A/D采样模块将该光照强度下模拟电压信号转换为数字信号采样值，并将数字信号采样值发送给控制器模块；

S5a、控制器模块对数字信号采样值进行处理，剔除无效数字信号采样值，得到代表光强度信号的数字有效值作为AD_VALUE_CAL；

S6a、控制器模块根据AD_VALUE_CAL和VALUE_STAND得到修正系数K，K为VALUE_STAND与AD_VALUE_CAL的比值；环境光传感器在任一光照强度下的输出值为在该光照强度下的AD采样数字有效值与校准系数的乘积。

在本发明所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行在线标定处理包括以下步骤：

S1b、将任一特定光照强度设置为标定光源强度；

S2b、将环境光传感器在任一光照强度下的输出值作为标定阀值存储于控制器模块。

在本发明所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行传感器信息传输包括以下步骤：

S1c、控制器模块将任一光照强度下的输出值写入符合LIN2.0协议格式数据的其中两位字节；控制器模块将标定阀值写入数据的另两位字节；

S2c、控制器模块比较任一光照强度下的输出值和标定阀值，并将比较结果作为控制车灯的开关信号写入数据的其中另一位字节；

S3c、设置一预定值，控制器模块将预定值与任一光照强度下的输出值的比较结果作为诊断位写入数据的其中另一位字节；

S4c、控制器模块将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据发送给LIN收发模块；LIN收发模块将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据封装成LIN2.0数据包，将LIN2.0数据包通过LIN总线发送给BCM。

本发明提供的基于LIN总线的环境光传感器，能够在线实现代表环境光强弱的数值进行软件校准以确保产品输出一致性，跟传统的通过硬件调节方式比较效率更高；大灯开启或关闭光强阈值通过上位机在线标定，和传统方式相比可以不用打开外壳的情况下进行阀值修改；由于传感器数据信息是基于LIN格式协议发送，传输数据的信息较多，除了代表光照强度的信息外，还有预定的开关大灯信息、代表传感器工作正常与否的诊断信息等信息；由于通过数字信息代替传统的模拟数据传输，数据传输的距离更远，抗干扰能力更强，保密性较好。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的基于LIN总线的环境光传感器的结构示意图；

图2是基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法流程图；

图3是图2中环境光传感器进行校准处理的子流程图；

图4是图2中环境光传感器进行在线标定处理的子流程图；

图5是图2中环境光传感器进行传感器信息传输的子流程图。

具体实施方式

如图1所示，在本发明实施例的一种基于LIN总线的环境光传感器中，其包括感应光照采集模块10、A/D采集模块20、控制器模块50、LIN收发模块30；所述感应光照采集模块10与A/D采集模块20电连接；所述控制器模块50分别与所述A/D采集模块20和LIN收发模块30电连接；LIN收发模块30与外部LIN网络相连。

外部LIN网络包括LIN总线40、上位机60、BCM70(车身控制系统)。

感应光照采集模块10用于将环境光的物理信号转化为模拟电压信号，并将模拟电压信号发送至A/D采集模块20；

A/D采集模块20用于对接收的模拟电压信号进行采样处理得到数字信号采样值，并将数字信号采样值发送至控制器模块50。

LIN收发模块30用于接收BCM70或上位机60通过LIN总线40发送的符合LIN2.0协议格式的数据给控制器模块50进行处理，同时用于发送经过控制器模块50处理过的符合LIN2.0协议格式的数据给BCM70或上位机60。

控制器模块50用于对A/D采样模块20的采样数字信号进行处理得到代表光强度信号的数字有效值；对LIN收发模块30接收到的总线信息进行处理，并根据处理结果识别上位机60或BCM70发送信息的意图，并根据信息的意图进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块30经由LIN总线40发送到上位机60或BCM70。

如图2所示，本发明实施例提供一种基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法，其包括以下步骤：

S1、LIN收发模块30接收BCM70或上位机60通过LIN总线40发送的符合LIN2.0协议格式的数据；

S2、LIN收发模块30将符合LIN2.0协议格式的数据发送给处理器模块50；

S3、处理器模块50根据符合LIN2.0协议格式的数据中的ID值进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块30经由LIN总线40发送到上位机60或BCM70。

当ID值为第一预定值时，环境光传感器进行校准处理。

可选地，第一预定值为0x21。

当ID值为第二预定值时，环境光传感器进行在线标定处理。

可选地，第二预定值为0x20。

当ID值为第三预定值时，环境光传感器进行传感器信息传输。

可选地，第二预定值为0x16。

可选地，如图3所示，在本发明实施例提供的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行校准处理包括以下步骤：

S1a、将任一特定光照强度设置为校准光源强度。

S2a、将校准光源强度下的电压信号标称值作为变量VALUE_STAND写入控制器模块50。

S3a、感应光照采集模块10获取该光照强度下模拟电压信号，并发送给A/D采样模块20。

S4a、A/D采样模块20将该光照强度下模拟电压信号转换为数字信号采样值，并将数字信号采样值发送给控制器模块50。

S5a、控制器模块50对数字信号采样值进行处理，剔除无效数字信号采样值，得到代表光强度信号的数字有效值作为AD_VALUE_CAL。

将A/D采集模块20采样检测的数字信号采样值命名为AD_VALUE，第一平均值SUM_AVE，第二平均值SUM_AVE_1，标定阀值参数VALUE_FLASH。具体为如下的数据处理方式：

随机采集60组采样数据：

$\mathrm{AD}\_\mathrm{VALUE}=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{AD}00& \mathrm{AD}01& ...& \mathrm{AD}05\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ \mathrm{AD}54& \mathrm{AD}55& ...& \mathrm{AD}59\end{array}\right]$

60组采样数据求和： $\mathrm{SUM}\_\mathrm{AD}=\underset{i=1}{\overset{60}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{AD}\_\mathrm{VALUE}---\left(a\right)$

60组采样数据求和值的第一平均值： $\mathrm{SUM}\_\mathrm{AVE}=\frac{\mathrm{SUM}\_\mathrm{AD}}{60}---\left(b\right)$

处理完后再一次将采集的采样数据中的每一个跟第一平均值SUM_AVE进行比较，当比较差值大于所需要求的差值(预设差值)，则去除此次采样数据，如果比较差值满足要求，则累加此数据到总计算数据总和SUM_AD_1中，最后求和确定后计算第二平均值SUM_AVE_1。(m个数据满足和第一次平均值差值在要求的范围内)

m个满足条件的采样数据：

$\mathrm{AD}\_\mathrm{VALUE}=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{AD}00& \mathrm{AD}01& ...& \mathrm{AD}05\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ .& .& .& .\\ \mathrm{AD}54& \mathrm{AD}55& ...& \mathrm{ADm}\end{array}\right]$

m次比较差值满足要求采样数据求和： $\mathrm{SUM}\_\mathrm{AD}\_1=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{AD}\_\mathrm{VALUE}$ $\left(c\right)$

m次比较差值满足要求采样数据求和平均值得到第二平均值：

$\mathrm{SUM}\_\mathrm{VAE}\_1=\frac{\mathrm{SUM}\_\mathrm{AD}\_1}{m}---\left(d\right)$

经过上述(a)(b)(c)(d)四步，先求和，然后求取平均值，根据每一次的采样与第一平均值进行对比，排除明显检测有问题的采样数据，再重复一次累加求和求平均值(c)(d)运算，这样就可以实现对采样数据的滤波和排除异常值的处理。可以排除AD采样里面的采样数据杂值、错值问题，实现采集的采样数据的准确性，从而得到代表光强度信号的数字有效值作为AD_VALUE_CAL

S6a、控制器模块50根据AD_VALUE_CAL和VALUE_STAND得到修正系数K，K为VALUE_STAND与AD_VALUE_CAL的比值；环境光传感器在任一光照强度下的输出值为在该光照强度下的AD采样数字有效值与校准系数的乘积。

通过本发明实施例，可以使得环境光传感器在生产出来后在任一相同的光照强度下保持输出的一致性。

可选地，如图4所示，在本发明实施例提供的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行在线标定处理包括以下步骤：

S1b、将任一特定光照强度设置为标定光源强度。

S2b、将环境光传感器在任一光照强度下的输出值作为标定阀值存储于控制器模块50。

通过实施本发明实施例，可以环境光传感器与车身系统向匹配。

可选地，如图5所示，在本发明实施例提供的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行传感器信息传输包括以下步骤：

S1c、控制器模块50将任一光照强度下的输出值写入符合LIN2.0协议格式数据的其中两位字节；控制器模块50将标定阀值写入数据的另两位字节。

S2c、控制器模块50比较任一光照强度下的输出值和标定阀值，并将比较结果作为控制车灯的开关信号写入数据的其中另一位字节。

S3c、设置一预定值，控制器模块50将预定值与任一光照强度下的输出值的比较结果作为诊断位写入数据的其中另一位字节。

S4c、控制器模块50将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据发送给LIN收发模块30；LIN收发模块30将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据封装成LIN2.0数据包，将LIN2.0数据包通过LIN总线40发送给BCM70。

可选地，控制车灯开关的控制信息的符合LIN2.0协议格式数据结构包括：

数据结构的第一位字节为车灯开关信息位，第二位字节为任一光照强度下的输出值的高8位，第三位字节为任一光照强度下的输出值的低8位，第四位字节为标定阈值的高8位，第五位字节为标定阈值的低8位，第六位字节为诊断位。

第一位字节为车灯开关信息位，可选地，0x14和0x08分别对应关灯信息和开灯信息。

第二位字节为任一光照强度下的输出值的高8位。

第三位字节为任一光照强度下的输出值的低8位。

第四位字节为标定阈值的高8位，第五位字节为标定阈值的低8位。

第六位字节为诊断位，其数据包含了传感器工作是否正常，AD检测及工作是否异常等的信息。诊断位的值可以是预定值与任一光照强度下的输出值的比较结果。

本实施例中的输出数据结构包含了多种信息，包含大灯开关信号，诊断环境光传感器的输出是否正确的诊断位以及任一光照强度下的输出值和标定阀值等信号。

本发明提供的基于LIN总线的环境光传感器，能够在线实现代表环境光强弱的数值进行软件校准以确保产品输出一致性，跟传统的通过硬件调节方式比较效率更高；大灯开启或关闭光强阈值通过上位机在线标定，和传统方式相比可以不用打开外壳的情况下进行阀值修改；由于传感器数据信息是基于LIN格式协议发送，传输数据的信息较多，除了代表光照强度的信息外，还有预定的开关大灯信息、代表传感器工作正常与否的诊断信息等信息；由于通过数字信息代替传统的模拟数据传输，数据传输的距离更远，抗干扰能力更强，保密性较好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能性一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应超过本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机储存器、内存、只读存储器、电可编程ROM、电可檫除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于LIN总线的环境光传感器，其包括感应光照采集模块、A/D采集模块、控制器模块、LIN收发模块；所述感应光照采集模块与A/D采集模块电连接；所述控制器模块分别与所述A/D采集模块和LIN收发模块电连接；LIN收发模块与外部LIN网络相连；

感应光照采集模块用于将环境光的物理信号转化为模拟电压信号，并将模拟电压信号发送至A/D采集模块；

A/D采集模块用于对接收的模拟电压信号进行采样处理得到数字信号采样值，并将数字信号采样值发送至控制器模块；

LIN收发模块用于接收BCM或上位机通过LIN总线发送的符合LIN2.0协议格式的数据给控制器模块进行处理，同时用于发送经过控制器模块处理过的符合LIN2.0协议格式的数据给BCM或上位机；

控制器模块用于对A/D采样模块的采样数字信号进行处理得到代表光强度信号的数字有效值；对LIN收发模块接收到的总线信息进行处理，并根据处理结果识别上位机或BCM发送信息的意图，并根据信息的意图进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块经由LIN总线发送到上位机或BCM。

2.一种基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法，其包括以下步骤：

S1、LIN收发模块接收BCM或上位机通过LIN总线发送的符合LIN2.0协议格式的数据；

S2、LIN收发模块将符合LIN2.0协议格式的数据发送给处理器模块；

S3、处理器模块根据符合LIN2.0协议格式的数据中的ID值进行相应数据处理和准备并得到相应的数据信息，将所述数据信息经由LIN收发模块经由LIN总线发送到上位机或BCM；

当ID值为第一预定值时，环境光传感器进行校准处理；

当ID值为第二预定值时，环境光传感器进行在线标定处理；

当ID值为第三预定值时，环境光传感器进行传感器信息传输。

3.根据权利要求2所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行校准处理包括以下步骤：

S1a、将任一特定光照强度设置为校准光源强度；

S2a、将校准光源强度下的电压信号标称值作为变量VALUE_STAND写入控制器模块；

S3a、感应光照采集模块获取该光照强度下模拟电压信号，并发送给A/D采样模块；

S4a、A/D采样模块将该光照强度下模拟电压信号转换为数字信号采样值，并将数字信号采样值发送给控制器模块；

S5a、控制器模块对数字信号采样值进行处理，剔除无效数字信号采样值，得到代表光强度信号的数字有效值作为AD_VALUE_CAL；

S6a、控制器模块根据AD_VALUE_CAL和VALUE_STAND得到修正系数K，K为VALUE_STAND与AD_VALUE_CAL的比值；环境光传感器在任一光照强度下的输出值为在该光照强度下的AD采样数字有效值与校准系数的乘积。

4.根据权利要求3所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行在线标定处理包括以下步骤：

S1b、将任一特定光照强度设置为标定光源强度；

S2b、将环境光传感器在任一光照强度下的输出值作为标定阀值存储于控制器模块。

5.根据权利要求4所述的基于LIN总线的环境光传感器的在线标定、校准及传输方法中，环境光传感器进行传感器信息传输包括以下步骤：

S1c、控制器模块将任一光照强度下的输出值写入符合LIN2.0协议格式数据的其中两位字节；控制器模块将标定阀值写入数据的另两位字节；

S2c、控制器模块比较任一光照强度下的输出值和标定阀值，并将比较结果作为控制车灯的开关信号写入数据的其中另一位字节；

S3c、设置一预定值，控制器模块将预定值与任一光照强度下的输出值的比较结果作为诊断位写入数据的其中另一位字节；

S4c、控制器模块将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据发送给LIN收发模块；LIN收发模块将写入六位字节的符合LIN2.0协议格式数据封装成LIN2.0数据包，将LIN2.0数据包通过LIN总线发送给BCM。