亞東技術學院教師產學研究計畫成果報告
車輛電路配線系統簡化之研究
計畫編號： 95-5-02-008
執行期限：96 年 3 月 1 日至 96 年 11 月 20 日
主持人：郭有順 單位名稱：機械系
合作廠商：華育機電企業有限公司
摘要 本研究係利用 MCS-51 單晶片微電腦之串列埠通訊功能，嘗試簡化車輛之電路配 線，同時仍能發揮車輛之正常操控性能。ㄧ、創作理念
車上所使用的許多控制組件在近年來逐漸導入電腦化後，汽車科技在短時間內便有 相當驚人的進步，尤其是便利的操作系統與豐富的行車訊息，更是大大提高了行車安全 與便利性。然而在配備升級的同時，越來越繁複的線組，也成為車輛設計時一個必須解 決的重要課題。本研究嘗試簡化車輛之電路配線，同時仍能發揮車輛之正常操控性能。二、學理基礎
串列埠 MCS-51 系列的所有編號的單晶片微電腦都提供了串列通訊埠的功能。串列通訊埠 的優點是使用較少的傳輸線就可傳送資料，在做遠距離的通訊時可大量節省材料。 由於MCS-51的串列埠是全雙工(full duplex)的通訊埠，所以擁有同時發射與接收的 能力。 而且，MCS-51的串列埠具有緩衝器，所以欲發射資料或接收資料只要對特殊功 能暫存器SBUF 進行存取即可，使用上甚為方便。 MCS-51 系列的串列埠一共有 4 種工作模式，分別稱為模式 0、模式 1、模式 2、 模式 3，我們可用特殊功能暫存器 SCON 的 SM0 和 SM1 位元選擇其工作模式，也可用 REN 位元控制接收功能是否動作。 多處理機通訊 MCS-51 的串列埠可以從事一種很重要的通訊模式--多處理機通訊(multiprocessor communication)。多處理機通訊如圖 1 所示，可使一群 MCS-51 互相傳送資料。在實際 的應用中， 我們可將主控制器安裝在車輛的綜合開關總成內，而將各副控制器分別裝 在子系統內，當主控制器需要存取某一個副控制器的資料時，只需由「主 MCS-51」送 出該副控制器的位址碼，就可與被呼叫到的「副 MCS-51」互相通訊。圖1 多處理機通訊 串列埠工作於模式2及模式3時，發射端的MCS-51除了會發射累積器A的內容之外， 還會發射 TB8的內容，接收端的MCS-51則會將對方發射過來的TB8之內容存入自己的 TB8 內 。 此 發 射 端 的 TB8 在 多 處 理 機 通 訊 中 扮 演 很 重 要 的 角 色 。 欲 通 訊 時 ， 主 (master)MCS-51」先發射出「位址碼」然後才發射出「資料」，而「副 (slave)MCS-51」 則根據所接收到的位址碼而判斷接下來的資料是不是要送過來給它接收的。可是，不管 是位址碼或資料，實際上都是由一串0和1組成的，副「MCS-51」要如何分辨現在「主 MCS-51」發射出來的到底是位址碼還是資料呢?因為當「主MCS-51」的TB8=1 時表示 所發射的是位址碼，TB8=0時表示所發射的是資料，所以各「副MCS-51」必須先令 「RI=0，SM2=1」，以便「主 MCS-51」發射出位址碼時可利用TB8=1 的信號，使「副 MCS-51」產生串列埠中斷而去位址 0023H 執行中斷副程式。而各「副 MCS-51」的中 斷副程式必須有判斷位址碼的功能，以明暸此次「主MCS-51」是要和哪一個「副MCS-51」 通訊，而符合此次位址碼的「副 MCS-51」則要在中斷副程式中令「RI=0，SM2=0」以 便接收資料。其餘位址碼不符的「副MCS-51」則仍然保持「RI=0，SM2=1」的狀態， 以便隨時接收「主MCS-51」所發射的位址碼。 接著，由於「主 MCS-51」會先令 TB8=0 才發射資料，所以資料只會被 SM2= 0 那 個「副 MCS-51」所接收。其餘的「副 MCS-51」由於 SM2=1 而且「主 MCS-51」發射 過來的 TB8=0，所以所接收之資料會被串列埠自動放棄。
三、 主題內容
本研究之構想為將下列之車輛操控電路之子系統， 1、 綜合開關總成 2、 頭燈系統 3、 方向燈系統 4、 剎車燈系統 5、 雨刷系統 6、 電動車窗系統 予以模組化，每一個子系統皆由主系統(總開關系統)控制，子系統與主系統都利用 MCS-51 單晶片微電腦來設計控制電路，而子系統與主系統之間的通訊，則可利用 MCS-51 單晶片微電腦之串列埠，如此，即可達成車輛之正常操控功能並大量簡化車輛 之電路配線。四、方法與技巧
本計畫所設計之車輛電路配線架構，如圖 2 所示，包含綜合開關總成、雨刷系統、 電動窗系統、前綜合燈總成、後綜合燈總成等。 綜合開關總成 MCS-51 模組 MCS-51 模組 MCS-51 模組 MCS-51 模組 左前燈 總成 左後綜 合燈總 雨刷系 統 • • • • • • 電動窗 系統 右後綜 合燈總 右前燈 總成 MCS-51 模組 MCS-51 模組 MCS-51 模組 圖 2 車輛電路配線架構 綜合開關總成: 包含頭燈近燈、頭燈遠燈、小夜燈、方向燈、緊急警示燈、煞車燈、倒車燈、雨刷、 電動窗等控制開關，當任何一個開關 ON 時，信號會經由 8051 模組的串列埠傳送至各 個 8051 子模組。前綜合燈總成: 分成右前綜合燈總成及左前綜合燈總成，包含頭燈、方向燈、緊急警示燈、小夜燈 等，當綜合開關總成的頭燈近燈開關 ON 時，右前及左前頭燈同時亮。 後綜合燈總成: 分成右後綜合燈總成及左後綜合燈總成，包含方向燈、緊急警示燈、小夜燈、煞車 燈、倒車燈等，當綜合開關總成的緊急警示燈開關 ON 時，右前、左前、右後、左後等 四個緊急警示燈同時亮。 雨刷系統: 當綜合開關總成的低速雨刷開關 ON 時，雨刷會以低速掃動。 電動窗系統: 電動窗系統主要是利用直流馬達正反轉運動，帶動電動窗機構使電動窗作上下運動 而達到開啟與關閉電動窗的動作。當電動窗的向下開關 ON 時，電動窗會開啟。當電動 窗的向上開關 ON 時，電動窗會關閉。
五、成果貢獻
本計畫所執行之『車輛電路配線系統簡化之研究』，已完成硬體電路配線系統。而 軟體程式之設計，目前則遭遇關鍵問題，尚待努力突破，將再繼續進行軟體程式設計之 測試與研究。 車輛電路配線系統簡化後之硬體電路配線照片六、參考文獻
[1] 蔡朝陽，蔡承佑編著，全華科技圖書股份有限公司，單晶片微電腦8051/8951原理與應用，民國九十 三年六月。
