汽車CAN總線技術(shù)研究開題報告

南 京 理 工 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計 (論文 )題目 ： 汽車 CAN 總線技術(shù)研究 指 導(dǎo) 教 師 : 2005 年 3 月 18 日 開題報告填寫要求 1開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2開題報告內(nèi)容必須用黑 墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15篇（不包括辭典、手冊）； 4 有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408 94數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004-03-15”。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 開 題 報 告 1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1 汽車上使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的必要性 隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多。較高檔的汽車中，電子系統(tǒng)的成本已經(jīng)超過總成本的 20%1，并且增長很快。汽車上新的技術(shù)增長點幾乎無一不與電子技術(shù)和信息技術(shù)的相關(guān)。車上電子裝置不斷增加，使得連接這些裝置的電子線路迅速膨脹，線束越來越復(fù)雜，布線就越來越困難，在汽車設(shè)計，裝配，維修中的負(fù)擔(dān)甚至到了無法忍受的程度；而且線路以及接頭的 增加是引起安全問題的巨大隱患。另外，線的質(zhì)量和占用的空間也都成為值得考慮的問題。質(zhì)量的增加意味著降低汽車的效率；線路直徑太大，在相當(dāng)運動部分過線非常的困難，如車窗的線束等。 因此，在電子裝置不斷增加的情況下，減少線束成為一個必須要解決的問題。使用傳統(tǒng)的點對點并行連接方法，顯然無法擺脫這種困境，基于串行信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)成為一種必然的選擇 2 車上網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀 汽車工程師協(xié)會（ SAE）按照汽車上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展，性能從底到高劃分 A 級， B級， C 級， D 級網(wǎng)絡(luò) 1。 A 級網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于要求價格底，數(shù)據(jù)傳輸速度， 實時性，可靠性要求較底的情況。如車身系統(tǒng)的門窗和后備箱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，也可以作為一些傳感器和執(zhí)行器級別的底層局部連接總線使用。 UART 就是典型的 A 級網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在， UART 在國外的汽車上已經(jīng)很少使用。 B 級網(wǎng)絡(luò)用于對數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高的系統(tǒng)，包括一些車身控制系統(tǒng)，儀表盤，底檔的實時控制系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng)等。典型的 B 級網(wǎng)絡(luò)是 J1850； C 級網(wǎng)絡(luò)主要用于可靠性和實時性要求較高的系統(tǒng)，如高檔的發(fā)動機(jī)和動力傳動系統(tǒng)的實時控制系統(tǒng)，線控系統(tǒng)等。 CAN 就是典型的 C 級網(wǎng)絡(luò)，也是國外現(xiàn)在被最廣泛使 用的一種車上網(wǎng)絡(luò)，國內(nèi)也有了少 量的發(fā)展。 D 級網(wǎng)絡(luò)要求傳輸速度 1M 以上，現(xiàn)在還沒有發(fā)展起來。 3 車上 CAN 協(xié)議的發(fā)展現(xiàn)狀 3.1 CAN 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)協(xié)議 當(dāng)提到“ CAN 標(biāo)準(zhǔn)”或“ CAN 協(xié)議”時，我們需要理解 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)中的功能性 7。這個標(biāo)準(zhǔn)包括由 ISO 參考模型的物理層（第一層）和數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），沒有規(guī)定應(yīng)用層。現(xiàn)在，數(shù)據(jù)鏈路層有兩種形式現(xiàn)在都被廣泛使用，一種是具有 11 位 ID 標(biāo)識符的 BasicCAN，另一種是帶有擴(kuò)展成 29 位 ID 標(biāo)識符的高級形式 PeliCAN，各使用者根據(jù)不同的要求有不同的選擇。汽車上一般使用 BasicCAN，也有使用 PeliCAN 的。 3.2 CAN 網(wǎng)絡(luò)高層協(xié)議（應(yīng)用層） 由于 CAN 也在非汽車自動化中被廣泛使用，幾乎同時產(chǎn)生了幾個較高層協(xié)議和開放式系統(tǒng)方法。今天， DeviceNet15， CANopen10 和 SDS15 這三種基于 CAN 的開放式系統(tǒng)已經(jīng)成熟其標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)形成。這三個標(biāo)準(zhǔn)給人留下一個印象，那就是它們具有相同的功能性，雖然這三個標(biāo)準(zhǔn)采用的方法不盡相同，最明顯的不同是信息標(biāo)示符的使用。信息標(biāo)示符的使用在 SDS 里是基于完整的預(yù)定義方式，而在 CANopen 里信息標(biāo)示符的 使用是向系統(tǒng)設(shè)計者或綜合者保持開放， DeviceNet 的信息標(biāo)示符的使用也自由但相對有些限制?，F(xiàn)在，汽車上使用 DeviceNet 較多。 4 CAN系統(tǒng)的組建方法 4.1 CAN節(jié)點的組成 CAN 節(jié)點主要由 CAN 控制器 16， CAN 驅(qū)動器，單片機(jī)（或其它智能裝置）組成。在使用 CAN 總線時，首先就要考慮使用什么樣的 CAN 控制器。 CAN 控制器有集成的和獨立的兩種形式，集成的 CAN 控制器成本底，速度快，可靠性高；獨立的 CAN 控制器兼容性好，軟件可以實用于其它系統(tǒng)，適應(yīng)性強(qiáng) 16。如： Bosch 公司就廣泛使用 集成的 CAN 控制器。 4.2 常見的 CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對系統(tǒng)的特性有很大的影響， CAN 網(wǎng)絡(luò)一般使用總線結(jié)構(gòu)，所以 CAN 網(wǎng)絡(luò)又稱作 CAN 總線， CAN 總線又有多種連接方法。 CAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇的原則是：在同樣的硬件參數(shù)下，盡量提高網(wǎng)絡(luò)的電磁兼容性。另外，為實現(xiàn)一些特定的要求，有時需要采用一些特殊結(jié)構(gòu)，如無線連接，多終端的星形結(jié)構(gòu)等 1。 5 CAN總線的應(yīng)用現(xiàn)狀 CAN總線在國外已經(jīng)被廣泛的研究和接收，在國內(nèi)也有一些的研究，主要集中在汽車行業(yè)和高等院校。 1995年， 北京航空航天大學(xué)的教授鄔寬明指導(dǎo)他的研究生完成了 一個 CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2，用于食堂刷卡機(jī)的連網(wǎng)，并且投入使用后獲得了好評。在這之前類似的系統(tǒng)都是使用 RS232進(jìn)行通信的，其穩(wěn)定性，傳輸速度和傳送距離都不及 CAN總線。 2000年，浙江大學(xué)的葛林等三人寫了一篇論文，關(guān)于 CAN總線在汽車中的應(yīng)用研究。研究了 CAN總線的速度 17，抗干擾性和通用性等問題。最后得出結(jié)論： CAN總線能夠滿足汽車的需要。 2001年，吉林大學(xué)的程芳提出了一個車上控制系統(tǒng) CAN總線通信的實現(xiàn)方法 18。采用 SAEJ1939通信協(xié)議在載貨車上實現(xiàn)了 CAN通信，設(shè)計了 ABS控制器和變 速器控制器的各個數(shù)據(jù)的高層通信協(xié)議。 2002年，江蘇大學(xué)的劉惠等設(shè)計了一個基于 CAN總線的客車后置發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng) 19。該系統(tǒng)是汽車局域網(wǎng) CAN總線在現(xiàn)代客車上的具體應(yīng)用，采用 89C52單片機(jī)+SJA1000CAN控制節(jié)點為核心設(shè)計了基于 CAN總線的客車后置發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)利用單片機(jī)通過傳感器對發(fā)動機(jī)的冷卻水溫、機(jī)油壓力、轉(zhuǎn)速、車速等信號進(jìn)行采集，再用 CAN總線傳輸所有信號，簡化了汽車線束。文中還給出了數(shù)據(jù)采集通訊軟件。 同一年，中國人民解放軍軍事交通學(xué)院的趙慧敏，朱先民，王明國，趙 方庚，姜丁，吳曉等，提出了一種評價 CAN總線系統(tǒng) EMC的一種新方法 20。介紹了評價汽車控制器局域網(wǎng)絡(luò) CAN總線系統(tǒng)電磁兼容性 EMC的基本標(biāo)準(zhǔn)，給出了單線 CAN容錯 CAN和高速CAN等不同 CAN總線系統(tǒng)的測試裝置、評價標(biāo)準(zhǔn)及評價方法。 同一年， Pisa 大學(xué)的 F. Baronti, D. Lunardini, R. Roncella and R. Saletti等 ， 寫了一篇關(guān)于 CAN總線在摩托車上應(yīng)用的文章 ： Low-Cost CAN-Based Communication system for High-End Motor-Scooter6. 研究了廉價的 CAN總線在摩托車上使用的可能性。 6 CAN前景展望 盡管 CAN 協(xié)議已經(jīng)有 15 年的歷史，但它仍處在改進(jìn)之中?，F(xiàn)在， CAN 在全球市場上仍然處于起始點，當(dāng)?shù)玫街匾晻r誰也無法預(yù)料 CAN 總線系統(tǒng)在下一個 10-15 年內(nèi)的發(fā)展趨勢。這里需要強(qiáng)調(diào)一個現(xiàn)實，近幾年美國和遠(yuǎn)東的汽車廠商將會在他們所生產(chǎn)汽車的串行部件上使用 CAN 。另外大量潛在的新應(yīng)用，例如娛樂，正在呈現(xiàn)。 CAN 不僅可用于客車，也可用于家庭消費。同時，結(jié)合高層協(xié)議應(yīng)用的特殊保安系統(tǒng)對 CAN 的需求也正在穩(wěn)健增長。德國專業(yè)委員會 BIA 和德國安全標(biāo)準(zhǔn)權(quán)威 TV 已經(jīng)對一些基于CAN 的保安系統(tǒng)進(jìn)行了認(rèn)證， CANopen-Safety10 是第一個獲得 BIA 許可的 CAN 解決方案。 DeviceNet-Safety 也會馬上跟進(jìn)，全球分級協(xié)會的領(lǐng)導(dǎo)者之一 Germanischer Lloyd 正在準(zhǔn)備提議將 CANopen 固件應(yīng)用于海事運輸 8。 參考文獻(xiàn) : 1 秦貴和 .車上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2003 2 鄔寬明 .CAN 總線原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計 .北京 ,北京航空航天大學(xué)出版社 ,1996 3 王練 .CAN 在大眾汽車中的應(yīng)用 .上海大眾 ,2000 4 周立功 .單片機(jī)與 TCP/IP 綜合應(yīng)用技術(shù) .廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司 ,2003 5 Mohsin M. Jamali, etc. A CAN Based Real-time Embedded System for DC Motor Control. SAE Paper 2002-01-0444 6 F. Baronti, etc. Low-cost CAN-Based Communication System for High-End Motor-Scooter. SAE Paper 2002-01-2154 7 ISO-IS 11898, Road vehicles - Interchange of digital information - Controller Area Network (CAN) for high speed communication, 1993 8 Bosch, CAN specification, Version 2.0, 1991, Robert Bosch GmbH 9 PHILIPS SJA1000 stand-alone CAN controller product specification 2000 Jan 04 10 周立功 . CANstarter-I 開發(fā)套件應(yīng)用指南 V1.1， 2003 11 饒運濤 .現(xiàn)場總線 CAN 原理與應(yīng)用技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社， 2003.6 12 廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司 .SJA1000 獨立的 CAN 控制器 ,2003 13 周立功 .單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計 .北京航空航天大學(xué)出版社 ,2001 14 黃維通 .Visual C+面向?qū)ο笈c可視化程序設(shè)計 .清化大學(xué)出版社 ,2003 15 CiA DS 201-207,CAN Application Layer for Industrial Applications, 1996 16 PHILIPS. SJA1000 stand-alone CAN controller product specification, 2000 17 葛林 .CAN 通信網(wǎng)絡(luò)在汽車中的應(yīng)用研究 .汽車技術(shù) ,2000 18 程芳 .車輛控制系統(tǒng) CAN 總線通信的實施方法 .汽車工程 ,2001.5 19 劉惠 .基于 CAN 總線的客車后置發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng) ,車輛與動力技術(shù) ,2002 20 趙慧敏，朱先民，王明國，趙方庚，姜丁，吳曉等，評價 CAN 總線系統(tǒng) EMC 的一種 新方法汽車電器， 2001，第 7 期 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1本課題要解決的問題： 對汽車 CAN 總線技術(shù)進(jìn)行研究。自行設(shè)計，研制一個典型的汽車電控系統(tǒng)，組建一個由三個 CAN 節(jié)點組成的 CAN 網(wǎng)絡(luò)。第一個 CAN 節(jié)點 作為控制中心，它檢測所有的輸入；接收第二個 CAN 節(jié)點的反饋信息并進(jìn)行處理，系統(tǒng)有三個方面的輸入 : 速度控制 ,正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn) , 轉(zhuǎn)動 /停止。第二個 CAN 節(jié)點根據(jù)第一個節(jié)點的指令控制一個馬達(dá)，產(chǎn)生各種不同的控制信號；并且監(jiān) 聽傳感器的反饋信號，通過 CAN 總線反饋給第一個節(jié)點 。第三個節(jié)點是以 PC 作為節(jié)點的控制器，用于監(jiān)控整個 CAN 網(wǎng)絡(luò)。主要要解決以下幾個問題： 1 熟悉 CAN 總線的傳輸協(xié)議。 2 制作 CAN 節(jié)點電路板。 3 選用合適的電機(jī)和傳感器。 4 編寫 CAN 控制器的初始化程序。 5 制定本網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層協(xié)議。 6 編寫兩個 MCU 節(jié)點的控制程序。 7 編寫 PC 節(jié)點的 Windows 應(yīng)用程序。 8 系統(tǒng)調(diào)試，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的測試。 2本課題所擬采用的研究手段： 學(xué)習(xí)，實驗和創(chuàng)新相結(jié)合，首先學(xué)習(xí)相關(guān)的知識，可以獲取廣東周立功單片機(jī)有 限公司的技術(shù)支持。 使用 Keil 軟件進(jìn)行軟件仿真， 在實驗板 CANstarter-1 上做演示，進(jìn)行硬件 仿真 。最后完成所以程序，制作電路板完成整個系統(tǒng)。 3通過本課題要完成的目的： 1 綜合運用本科四年所學(xué)的基礎(chǔ)知識。 2 提高自己分析與解決問題的能力