一种控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车电子照明系统智能控制领域，尤其涉及一种控制系统及控制方法。

背景技术

随着汽车电子技术的高速发展，汽车室内照明的技术也越来越得到重视，汽车氛围灯是一种创建和装饰各种室内灯光场景功能的汽车室内照明系统。作为一种新型的室内装饰灯，氛围灯不仅可以实时调控车内装饰灯的光色与光强，更能满足不同条件下车内的动态照明。如今对氛围灯的控制大多数应用LIN通讯，LIN 通讯中每个控制器只能连接16个节点，每个节点连接LED灯珠的数目通常小于 12，所以传统的氛围灯控制系统在RGB-LED灯珠的数量上有限制，从而无法实现动态氛围灯的效果，且氛围灯安装位置大多位于空间狭小的门板或者控制台或者扶手等地方，这些空间狭小的地方散热环境相对较差，大数量的RGB-LED灯珠聚集在狭小的空间内很容易发生RGB-LED灯珠温度过高的问题；汽车对于动态氛围照明系统还需要整个系统具有较强的鲁棒性，如何有效地对动态氛围灯进行故障管理也成为了动态氛围灯系统方案一个亟待解决地问题。

发明内容

本发明公开一种控制系统，将该控制系统应用于氛围灯控制，解决了现有氛围灯控制系统对于RGB-LED灯珠数量的限制提供了一种动态氛围灯控制系统，整个系统理论上支持最多4096颗RGB-LED灯珠，进而通过对每一颗RGB-LED 灯珠的不同颜色和亮度的控制，实现动态氛围灯效果；将该控制系统应用于氛围灯过温保护，解决了大数量的RGB-LED灯珠在狭小空间内散热差，容易导致温度过高的问题，起到对动态氛围灯的过温保护作用，有效减少动态氛围灯因温度过高而发生的故障；将该控制系统应用于动态氛围灯故障检测，解决了现有氛围灯控制系统鲁棒性不强的问题，提供了一种动态氛围灯故障检测系统，实现有效地对动态氛围灯的故障管理，增强动态氛围灯系统的鲁棒性。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明公开一种控制系统，包括上位机、控制单元和执行单元。其中，上位机用于发送控制命令并接收来自执行单元的状态信息；控制单元接收所述上位机的控制命令并用以控制执行单元；执行单元用以执行所述控制单元的控制命令；其中，所述控制单元包括CAN收发器，用于实时接收来自所述上位机的控制命令，并将所述执行单元的状态信息发送给所述上位机；MCU芯片，所述MCU 芯片通过信号线读取所述执行单元的状态信息，并将所述执行单元的状态信息反馈给所述CAN收发器。

进一步地，所述执行单元包括RGB-LED灯珠，所述RGB-LRD灯珠通过两根差分信号线、一根电源线和一根地线与所述MCU芯片相连。

进一步地，所述控制系统还包括LDO供电模块，所述LDO供电模块为所述 CAN收发器和MCU芯片供电。

进一步地，所述控制系统还包括恒流源供电模块，所述恒流源供电模块为所述执行单元供电。

进一步地，所述所述RGB-LED灯珠为SeddLED-v3.0。

进一步地，所述LED驱动芯片为TI公司的TPS92663-Q1。

进一步地，所述CAN收发器可由LIN收发器替代。

上述控制系统的控制方法包括以下步骤：

所述控制系统上电，所述控制单元自检，若无故障则进入正常工作模式；

所述控制单元实时接收来自所述上位机控制命令，实时处理和分析控制命令内容，并控制所述执行单元执行控制命令；

所述控制单元检测到所述执行单元发生故障时，所述控制单元将所述执行单元的故障信息上报给所述上位机；

上位机将故障信息显示给驾驶员。

有益技术效果：

1、将本发明公开的控制系统应用于动态氛围灯控制，解决了传统氛围灯控制系统对于RGB-LED灯珠数量的限制，使得动态氛围灯控制系统理论上最多可支持4096颗RGB-LED灯珠，进而通过对每一颗RGB-LED灯珠的不同颜色和亮度的控制，实现动态氛围灯效果，且控制单元与RGB-LED灯珠通过四根线相连，电路设计简单成本低。

2、将本发明公开的控制系统应用于动态氛围灯过温保护，解决了大数量RGB-LED灯珠在狭小空间散热差，容易因温度过高而发生故障的问题，起到对动态氛围灯的过温保护作用，有效减少动态氛围灯因温度过高而发生的故障。

3、将本发明公开的控制系统应用于动态氛围灯故障检测，通过MCU芯片实时监测整个系统电路的故障状态，发生故障时周期性地通过CAN总线或者 LIN总线向上位机报告系统状态，实现有效地对动态氛围灯的故障管理，增强动态氛围灯系统的鲁棒性，提高了整车电路的安全性且控制单元与RGB-LED灯珠通过四根线相连，电路设计简单成本低。

附图说明

图1为本发明控制系统应用于动态氛围灯控制的系统结构示意图；

图2为本发明实施例一种动态氛围灯控制系统控制逻辑图；

图3为本发明控制系统应用于动态氛围灯过温保护的系统结构示意图；

图4为本发明实施例一种动态氛围灯故障监测系统结构示意图；

图5为本发明实施例一种动态氛围灯故障监测系统控制逻辑图；

图6为本发明实施例中CAN收发器电路结构图；

图7为本发明实施例中MCU芯片电路结构图；

图8为本发明实施例中LIN收发器电路结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明。

将本发明的控制系统应用于动态氛围灯控制，参见图1，包括控制单元和RGB-LED灯珠。

控制单元

控制单元包括MCU芯片，MCU芯片中预设了至少一种氛围灯的控制模式，根据实际命令选择控制模式。优选地，MCU芯片为S32K144-64PIN，S32K144是 NXP公司推出一款汽车级的MCU芯片，内核是Cortex-M4F，带有FPU(Float Point Unit，浮点运算单元)和DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)功能。

控制单元通过两根差分信号线、一根电源线和一根地线与RGB-LED灯珠相连。

进一步地，动态氛围灯系统还包括上位机，上位机通过UART总线与控制单元相连，控制单元实时接收来自上位机的控制命令，若持续若干时间内，没有通过UART总线接收到上位机的控制命令，则进入故障模式并报警。

RGB-LED灯珠为SeddLED-v3.0，SeddLED-v3.0电路设计非常简单，总共只有四条线，大幅度降低了系统成本。基于2Mbit/s通讯的EMI可靠性设计，微控制器和SeddLED-v3.0之间采用双向差分通讯，延迟时间最短。微控制器可以单独诊断LED的温度和损坏。由于对每个LED进行单独寻址，有效利用了带宽，其高密度系统可以支持最多4096颗，没有颜色和亮度分档，不需要校准，减少了生产和物流成本。

本实施例的一种动态氛围灯控制系统的工作逻辑，参见图2，具体地，控制单元通过UART总线实时接收来自上位机的控制命令，控制单元实时处理和分析控制命令内容，并根据上位机发送的具体命令对RGB-LED灯珠的亮度、颜色和场景模式进行调节和变换，控制单元中的MCU芯片中预设了多种动态控制模式，可根据实际命令选择执行某一种场景模式。

若控制单元持续长时间内没有通过UART总线接收到上位机的命令，则进入故障模式并报警，并通过MCU芯片将RGB-LED灯珠调节至MCU芯片中预设的某种模式。

本实施例的控制方法包括以下步骤：

系统上电，控制单元自检，若无故障则进入正常工作模式；

进入正常工作模式后，氛围灯控制单元实时接收来自上位机的控制命令，若在预设时间内，没有通过UART总线接收到上位机的命令，则进入故障模式并报警，同时将氛围灯调节至预设的模式；

若氛围灯控制单元能正常接收上位机发送的控制报文，则实时处理和分析控制报文内容，并根据具体命令内容对RGB-LED灯珠的亮度、颜色、场景模式进行调节与变换；

氛围灯控制单元的MCU芯片中预设了若干种氛围灯的动态控制模式，可根据实际命令选择执行哪种场景模式的程序。

将本发明的控制系统应用动态氛围灯过温保护，参见图3，具体地包括主控制单元和从控制单元，主控制单元包括CAN收发器，实时接收来自上位机的控制命令，当RGB-LED灯珠因温度过高而发生故障时，将故障状态上报给上位机，优选地，CAN收发器为TJA1042，TJA1042是一款高速CAN收发器，可在控制器局域网(CAN)协议控制器和物理双线式CAN总线之间提供接口。该收发器专门设计用于汽车行业的高速CAN应用，可以为(微控制器中的)CAN协议控制器提供发送和接收差分信号的功能。具体地，参见图6，CAN收发器的第六引脚CANL和CAN收发器的第七引脚CANH接收来自主MCU芯片的高低电平信号，高低电平信号经过CAN收发器处理成差分信号，经过CAN收发器的第四引脚RXD 输出来自主MCU芯片的信号给上位机。

主MCU芯片，通过信号线读取与所述主控制单元相连的每一个RGB-LED灯珠的状态信息，当其中的RGB-LED灯珠发生过温情况，发送控制命令调节RGB-LED 灯珠的电流。优选地，主MCU芯片为S32K144-64PIN，S32K144是NXP公司推出一款适用于汽车的MCU芯片，内核是Cortex-M4F，带有FPU(浮点运算)和DSP (数字信号出路)功能，具体地，参见图7，主MCU芯片的第五十二引脚连接 CAN收发器的第四引脚RXD，主MCU芯片的第五十一引脚连接CAN收发器的第一引脚TXD。

从控制单元包括从MCU芯片，通过信号线读取与所述从控制单元相连的每一个RGB-LED灯珠的状态信息，当其中的RGB-LED灯珠发生过温情况，通过UART 总线向所述主控制单元发送故障信息。

主控制单元通过URAT总线与从控制单元相连，主控制单元和从控制单元通过两根差分信号线和一根电源线以及一根地线连接RGB-LED灯珠，当从控制单元监测到其所连接的某一个RGB-LED灯珠发生故障信息时，从控制单元将故障信息发送给主控制单元，主控制单元接收从控制单元发送的故障信息，同时打开主控制单元内的MCU芯片中的定时器，从控制单元向主控制单元实时更新查询的故障状态信息，当主控制单元内的MCU芯片中的定时器计时完毕且故障状态还没有消除时，则主控制单元通过URAT总线通知其他从控制单元关断RGB-LED灯珠。

作为本发明的优选实施例，动态氛围灯过温系统还包括上位机，上位机是指可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC机，屏幕上显示各种信号(液压，水位，温度等)的变化，上位机通过CAN总线与主控制单元相连，当RGB-LED 灯珠因温度过高而产生故障时，故障状态通过CAN总线上报给上位机，上位机将故障信息通过显示设备通知驾驶员。

作为本发明的优选实施例，动态氛围灯过温保护系统的主控制单元还包括第一LDO供电模块和第一恒流源供电模块，第一LDO供电模块为CAN收发器和主MCU芯片供电，第一恒流源供电模块为RGB-LED灯珠供电。

作为本发明的优选实施例，动态氛围灯过温保护系统的从控制单元还包括第二LDO供电模块和第二恒流源供电模块，第二LDO供电模块为CAN收发器和从MCU芯片供电，第二恒流源供电模块为RGB-LED灯珠供电。

作为本实施例的一种优选技术方案，RGB-LED灯珠为SeddLED-v3.0， SeddLED-v3.0前面已经介绍过，这里不再赘述。

以全车四门板为例具体介绍一下动态氛围灯过温保护系统的工作过程，四门板的动态氛围灯过温保护系统的系统架构参见图3，具体地，左前门控制单元设定为主控制器，其他右前门、左后门和右后门三门的控制单元被设为从控制单元，上位机通过CAN总线与主控制单元相连，主控制单元通过UART总线与从控制单元相连，各个控制单元通过两根差分信号线和一根电源线以及一根地线相连。

左前门的主控制单元包括CAN收发器、主MCU芯片、LDO供电模块和恒流源模块；其他三门的从控制单元包括从MCU芯片、LDO供电模块和恒流源模块。

以右前门的从控制单元所控制的某一个RGB-LED灯珠发生过温故障为例，介绍一下该动态氛围灯过温保护系统的工作过程：

右前门从控制单元内的从MCU芯片控制减小本从控制单元内控制的所有 RGB-LED灯珠的电流至预设值以降低RGB-LED灯珠的温度，同时右前门的从控制单元通过UART总线向左前门主控制单元发送故障信息。

当左前门主控制单元接收到右前门从控制单元发送的故障信息后，通过CAN 总线向上位机发送故障信息，同时还通过UART总线向左后门从控制单元和右后门从控制单元发送RGB-LED灯珠调节亮度的指令。

左后门从控制单元和右后门从控制单元接收到左前门主控制单元发送的调节RGB-LED灯珠的亮度指令后，调节各自控制的所有RGB-LED灯珠的电流至预设值，确保整车的氛围灯目视亮度一致。

当上位机接收到左前门主控制单元发送的故障信息后，通过仪表或者车机显示屏等方式向驾驶员报警。

当左前门主控制单元接收到右前门从控制单元发送的故障信息时，同时打开主MCU芯片内部的定时器，同时，发生故障的右前门从控制单元向左前门主控制单元实时更新查询的故障状态信息，当定时器模块计时结束时，故障状态还没有消除时，则左前门主控制单元通过UART总线向所有从控制单元发送关断 RGB-LED灯珠的指令，所有的从控制单元接收到指令后和主控制单元一起关断 RGB-LED灯珠。

将本发明的控制系统应用于动态氛围灯故障监测，参见图4，包括控制单元，控制单元包括CAN收发器或者LIN收发器：通过CAN总线或者LIN总线接收信号；优选地，CAN收发器为CAN收发器为TJA1042，TJA1042前面已经介绍过这里不再赘述。具体地，参见图6，CAN收发器的第六引脚CANL和CAN收发器的第七引脚CANH接收来自MCU芯片的高低电平信号，高低电平信号经过 CAN收发器处理成差分信号，经过CAN收发器的第四引脚RXD输出来自MCU芯片的信号给上位机。

同时，可以用LIN收发器来代替CAN收发器，优选地，LIN收发器为TJA1021， LIN收发器的的第6引脚接收来自MCU芯片的高低信号，高低电平信号经过CAN 收发器处理成差分信号，经过LIN收发器的第四引脚输出来自MCU芯片的信号给上位机。

MCU芯片，实时监测整个系统电路的故障状态，发生故障时周期性地通过 CAN总线或者LIN总线向上位机报告系统状态。优选地，MCU芯片为 S32K144-64PIN，S32K144是NXP公司推出一款适用于汽车的MCU芯片，内核是 Cortex-M4F，带有FPU(浮点运算)和DSP(数字信号出路)功能，具体地，参见图7，MCU芯片的第五十二引脚连接CAN收发器的第四引脚RXD，MCU芯片的第五十一引脚连接CAN收发器的第一引脚TXD；或者MCU芯片的第三十四引脚连接LIN收发器的第四引脚RXD，MCU芯片的第三十三引脚连接LIN收发器的第一引脚TXD

作为本实施例的优选技术方案，该动态氛围灯故障监测系统还包括上位机，上位机通过CAN总线或者LIN总线与控制单元相连。

作为本实施例的优选技术方案，该动态氛围灯故障监测系统的控制单元还包括LDO供电模块，LDO供电模块为MCU芯片和CAN收发器或者LIN收发器供电。

动态氛围灯故障监测系统还包括RGB-LED灯珠，RGB-LED灯珠为 SeddLED-v3.0，SeddLED-v3.0前面已经介绍过这里不再赘述。动态氛围灯故障监测系统的工作逻辑，参见图5，具体的流程如下：

氛围灯控制单元上电；

MCU芯片及各模块初始化；

工作电压监测，是否满足9～16V。若不满足，则持续等待；若满足，则进进入正常工作模式。

通过CAN收发器或者LIN收发器接收CAN/LIN控制报文，并根据控制命令对 RGB-LED灯珠的亮度和颜色进行调节；

当用户操作动作停止时，CAN/LIN控制报文虽周期性发送但报文内容不变时，转为对RGB-LED灯珠的故障监测，当发生故障时，通过CAN/LIN总线进行报警，且障发生后用户的所有的调节操作均无法执行，直至故障消失，系统恢复正常状态。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。