基于英飞凌MCU的专用车辆并行遥控系统设计_高欣.pdf

汽车电器2023年第2期基于英飞凌 MCU 的专用车辆并行遥控系统设计*高欣，涂朝辉，陈鑫凯，赵朋，孙帅，吴珂（河北省智能装备数字化设计及过程仿真重点实验室唐山学院，河北 唐山063000）【摘要】工程车辆的作业环境恶劣危险，并行于车载控制系统的一套遥控系统，能让操作人员相对自由地选择安全位置和环境对车辆动作进行遥控操作。本研究基于英飞凌 MCU 进行了输入输出接口、CAN 通信、串口通信等硬件和软件系统设计，实现了并行于工程车辆车载控制系统的遥控功能，能降低工程车辆操作风险，改善作业环境。【关键词】英飞凌；MCU；并行；遥控；工程车辆中图分类号：U463.6文献标志码：A文章编号：1003-8639（2023）02-0041-03The Design Design of Parallel Remote Control System for Engineering Vehicle Based on Infineon MCU*GAO Xin，TU Zhao-hui，CHEN Xin-kai，ZHAO Peng，SUN Shuai，WU Ke（Key Lab of Intelligent Equipment Digital Design and Process Simulation，Tangshan University，Tangshan 063000，China）【Abstract】The working environment of engineering vehicles is harsh and dangerous.A set of remote controlsystem parallelled to the on-board control system allows the operator to select a safe location and environmentrelatively freely，which realized the remote control of vehicle movements.Based on Infineon MCU，this research hasdesigned the hardware and software systems such as input/output interface，CAN communication，serial communication，etc.It has realized the remote control function paralleled to the engineering vehicle on-board control system，whichcan reduce the operational risk of engineering vehicles and improve the operating environment.【Key words】infineon；MCU；parallel；remote control；engineering vehicles收稿日期：2022-12-29*基金项目：2021年大学生创新创业训练计划项目，主持人陈鑫凯、孙帅；唐山市科技计划项目（21130206D）：2020年第二批产学合作协同育人项目立项项目。作者简介高欣（1974），男，硕士，副教授，1997年以来一直从事车辆工程和机械电子工程领域的教学和科研工作。1研究背景水泥罐车、挖掘机等工程车辆的作业环境恶劣危险，现场作业会使得车辆操作人员身处险境，如图1所示，而一套便捷的遥控系统可以让操作人员自由地选择相对安全的环境对车辆动作进行远距离控制，可以降低现场作业风险，不必拘泥于驾驶室操作台，更容易观察现场的作业条件，改善作业品质。遥控系统作业可以有效减少人员伤亡，降低风险损失，整体提高工作效率和安全性。目前遥控大多通过红外、无线电信号、蓝牙、WIFI等无线数据链路进行发射和接收，发射端的按钮信号被接收端转换为开关信号，实现车载开关设备的控制1。但是，目前车载控制器在工程车辆中逐渐普及，其大多采用CAN通信方式，现有遥控系统不能转换为车载CAN信息，不能实现与现有车辆车载总线的接口。本项目研发了一种专用车辆通用的并行遥控系统，以水泥罐车、挖掘机等工程车辆为研究对象，实现车辆作业遥控功能。专用车辆并行遥控系统主要实现水泥罐车常规操作、挖掘机液压缸控制、方向阀、油门等，该系统支持作业人员遥控车辆动作，控制权限与驾驶室操作面板并行，遥控信息能够转化为常用的车载CAN协议信息，同时兼顾车载数字设备的开关信号输出，通用性更强。2并行遥控系统整体设计2.1并行遥控系统的通信流程设计如图2所示，系统分为发射端模块、接收端模块，其中发射端用于操作人员手持，接收端模块为车载设备固定于车辆，发射端和接收端之间通过无线链路完成通信。图1工程车辆作业环境危险现场Design research/设计研究41DOI:10.13273/ki.qcdq.2023.02.025Auto electric parts No.02，20232.2通信方式和通信协议的选定目前更多的工程车辆车载操作台与执行设备之间采用CAN通信，一般工程车辆车载控制器都选择CAN接口通信2，因此，车端选定CAN通信。发射端和车端之间的无线联络选用WIFI无线传输。2.3系统设计如图3所示，并行遥控系统系统由发射端、接收端两部分子系统组成。1）发射端。发射端遥控器按钮的开关量输入单片机，单片机接收并判断按键ID，并形成键盘状态数据信息，单片机将键盘状态数据信息以TTL电信号输出，TTL-CAN模块将TTL信号转换为CAN信息，在经CAN-WIFI模块将CAN信息转换为WIFI无线信号传输至接收端。2）接收端。接收端安装于工程车辆(车端)，其通过无线WIFI形式接收控制信息，CAN-WIFI模块转换WIFI信号转换为CAN信号，CAN信号接入车载控制器的CAN总线，同时，TTL-CAN模块将CAN信息转换为TTL信号输入进单片机，单片机做解算和判断后输出开关信号，控制车载开关设备，并行于驾驶室实现车辆动作功能。3）双向通信链路。为便于调试和后续远程监控功能的开发，目前的方案设计了发射端和接收端的双向通信链路。3系统硬件选型和硬件系统设计3.1硬件系统组成与原理如图4所示，系统硬件选型如下。其他为12V、5V电源灯，模块选型单一，便于开发调试和生产组织。1）发射端：TC264单片机、TTL转CAN模块、CAN转WIFI模块（GCAN-211模块）。2）接收端：TC264单片机、TTL转CAN模块、CAN转WIFI模块（GCAN-211模块）。3.2TC264单片机发射端和接收端为两片TC264单片机负责接收开关量、串口通信、输出开关量、逻辑判断、数据打包、数据解析等。3.3TTL转CAN模块TC264的P14.0和P14.1引脚连接TTL转CAN模块（图5）的TX和RX引脚，发送端TTL转CAN模块负责将单片机信号的TTL信号转成CAN进行传输，发送端TTL转CAN模块负责再将CAN信息转换为TTL信号输入单片机，CAN总线连接通信电缆为CAN_H和CAN_L，模块通过AT指令或者串口调试工具配置为数据透传模式。3.4CAN转WIFI模块发射端和接收端的CAN转WIFI模块（图6）负责将CAN_H和CAN_L线路的CAN信息和WIFI信号之间互相转换。3.5系统电气连线设计如图7所示，发射端通过P23.1、P32.4、P13.1、P15.0、P21.2、P21.3、P21.4和P21.5作为8个按键，接收端通过P13.2、P15.4、P33.10、P33.13、P20.8、P00.1、P22.3、P00.2作为车端数字开关量输出DO1-DO8，其中CAN_H、CAN_L为车载CAN总线。发送端的设计主要分为4个部分：发送TC264单片机、TTL转CAN模块、WIFI转CAN模块、电源等。发送端程序包括按键识别、消抖、数据打包、串口数据传输等，TC264单片机通过P14.0和P14.1端口发送数据给TTL转CAN模块，该图3并行遥控系统组成设计图2并行遥控系统的通信链路示意图图4专用车辆并行遥控系统硬件系统原理图图5TTL转CAN模块图6CAN转WIFI模块设计研究/Design research42汽车电器2023年第2期图9遥控器三维设计图转换模块负责将信号转换成CAN信号进行发送，TTL转CAN模块的CAN-L和CAN-H引脚口连接WIFI转CAN模块的CAN-L和CAN-H引脚，其将转换CAN信号传输给CAN转WIFI模块，该模块将CAN信号转换成WIFI无线信号对外传输。接收端的设计主要分为4个部分：WIFI转CAN模块、TTL转CAN模块、接收TC264单片机、电池组。WIFI转CAN模块接收WIFI信号之后通过WIFI转CAN模块将其信号转成CAN信号并发送到TTL转CAN模块，该模块将CAN信号转成单片机可以识别的信号输入TC264单片机，TC264单片机接收到信号后解析并进行相关判断，输出为DI0-DI8的控制信号实现相应的动作和姿态控制，同时并联的CAN_H、CAN_L跟车载控制器的CAN接口连接，通过车载控制器CAN信息完成车辆控制。3.6AURIX软件设计使用英飞凌开发软件AURIX Development Studio构建开发环境框架，测试程序的编写烧录，发射端单片机对8个按键的对应串口进行编程，选择P23.1、P32.4、P13.1、P15.0、P21.2、P21.3、P21.4和P21.5作为8个按键的发送引脚口，接收 端 选 择 P13.2、P15.4、P33.10、P33.13、P20.8、P00.1、P22.3和P00.2作为8个动作的输出端口，编程完成后将程序分别烧录在发射单片机和接收单片机。AURIX DevelopmentStudio编程界面如图8所示。3.7无线遥控器外壳结构设计利用三维建模软件Solidworks对无线遥控器外壳进行设计和模拟装配，做必要的有限元分析，验证其设计的合理性，如图9所示。本课题所设计的无线遥控器体积小，可以通过螺栓固定在方便使用的地方，也可以通过无线遥控器上的两个手柄拿在手上，方便实时操作，满足各种情况安装需求。4系统调试并行遥控系统通过验证可以实现相关控制动作，图10为控制信号传到接收端单片机的测试实验，右侧开发板为信号发射端，手指按动右侧开发板上按键控制绿色LED灯点亮，经无线网络通信，控制左侧开发板上绿色LED灯显示为相同的状态，能实现无线遥控，控制挖掘机做出相应的规定动作。5结论本课题实现了基于英飞凌TC264的发射和接收遥控系统的硬软件设计、制作和试验，该系统与工程车辆车载控制系统无线并行，实现了CAN通信传输、WIFI通信对工程车辆的遥控并行控制。后期在产品人机工程学、成本控制等方面要进行更深入的研究。参考文献：1魏骞骞.可远程传输数据的小型露点仪研制D.济南：山东大学，2021.2张玉宽.采装一体机远程监控系统设计D.淮南：安徽理工大学，2021.（编辑凌波）图7发射端/接收端电气连线图图8AURIX Development Studio编程界面图10调试试验现场Design research/设计研究43