汽車(chē)控制系統(tǒng)的CAN總線應(yīng)用

汽車(chē)控制系統(tǒng)的CAN總線應(yīng)用摘要現(xiàn)代汽車(chē)內(nèi)安裝和使用了越來(lái)越多的電子操縱單元(ECU),大大提高了汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒服性和操作的方便性,但隨之增加的復(fù)雜電路使車(chē)內(nèi)線束增多、空間緊張、布線復(fù)雜，導(dǎo)致車(chē)身重量明顯增加，降低了車(chē)輛的可靠性，增加了修理難度。另外，各電控單元之間也需要傳遞大量的信息，有些信息是多個(gè)電控單元共享的，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的接線和布線方式不能實(shí)現(xiàn)信息共享。由于現(xiàn)代汽車(chē)的電子操縱器及外表的數(shù)量越來(lái)越多，因此現(xiàn)代汽車(chē)一樣采納CAN總線系統(tǒng)，將整個(gè)汽車(chē)操縱系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)統(tǒng)一治理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作。把CAN總線技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)的電氣操縱就能夠解決這些問(wèn)題，也是目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)制造商大力開(kāi)發(fā)和正在使用的新技術(shù)。CAN已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化操縱系統(tǒng)中，從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價(jià)位的多路接線都能夠使用CAN.例如，在汽車(chē)電子、自動(dòng)操縱、智能大廈、電力系統(tǒng)和安防監(jiān)控等領(lǐng)域,CAN都具有不可比擬的優(yōu)越性?，F(xiàn)代汽車(chē)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳感器遍布全車(chē)，其類(lèi)型多種多樣,這使得數(shù)據(jù)變得復(fù)雜，大小不盡相同，因此速率也不相同，另外車(chē)身系統(tǒng)也需要獲得驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息，以供修理人員或者駕駛者參考。因此有必要設(shè)計(jì)一個(gè)高效、可靠的網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。1.汽車(chē)CAN總線系統(tǒng).CAN的全稱(chēng)是:ControllerAreaNetwork,即區(qū)域網(wǎng)絡(luò)操縱器。CAN總線中數(shù)據(jù)在串聯(lián)總線上能夠一個(gè)接一個(gè)地傳送，所有參加CAN總線的分系統(tǒng)都能夠通過(guò)其操縱單元上的CAN總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。CAN總線是一個(gè)多路傳輸系統(tǒng)，當(dāng)某一單元顯現(xiàn)故障時(shí)可不能阻礙其他單元的工作，汽車(chē)CAN總線對(duì)不同數(shù)據(jù)的傳輸速率是不一樣的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)和ABS等實(shí)時(shí)操縱用數(shù)據(jù)實(shí)施的是高速傳輸,速率為0.125M波特率?1M波特率;對(duì)車(chē)身調(diào)劑系統(tǒng)(如空調(diào))的數(shù)據(jù)實(shí)施的是低速傳輸，傳輸速率在10?125K波特率;其他如多媒體系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)則為中速傳輸，速率在前兩者之間，如此的區(qū)分提高了總線的傳輸效率。圖1為某種客車(chē)的CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。信息輸出空調(diào)管理"XI空調(diào)控制器接日"AX總線控制器僅表板成牢CA\總線控制器輸入k診斷入口中央控制器信息輸出空調(diào)管理"XI空調(diào)控制器接日"AX總線控制器僅表板成牢CA\總線控制器輸入k診斷入口中央控制器EC總線控制器發(fā)動(dòng)曜信息妥集E以前光E(【傳感器輸入前光ECU(0\總線控制器前光里T「AN總線控制器前光EC；山刑LU車(chē)身系統(tǒng)CAN總線的要緊連接對(duì)象為：中控、門(mén)操縱器及其他一些組件。車(chē)身系統(tǒng)的操縱對(duì)象要緊是4個(gè)門(mén)上的集控鎖、車(chē)窗、行李箱鎖、后視鏡及車(chē)內(nèi)頂燈。在具備遙控功能的情形下，還包括對(duì)遙控信號(hào)的接收處理和其他防盜系統(tǒng)的操縱等等?，F(xiàn)代汽車(chē)中所使用的電子通訊系統(tǒng)越來(lái)越多，如汽車(chē)自動(dòng)診斷系統(tǒng)、自動(dòng)巡航系統(tǒng)(ACC)和車(chē)載多媒體系統(tǒng)等。系統(tǒng)和汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)之間均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2.汽車(chē)車(chē)身整體操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì).整個(gè)系統(tǒng)要緊由車(chē)內(nèi)外表、照明及信號(hào)燈組、自動(dòng)車(chē)窗電控節(jié)點(diǎn)組成。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含1個(gè)車(chē)內(nèi)外表板、4組照明、信號(hào)燈組和4個(gè)車(chē)門(mén)，共9個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中，照明、信號(hào)燈組中包括遠(yuǎn)光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、剎車(chē)燈且不同燈的安裝位置不盡相同，如圖2所示。中央操縱單元安裝在汽車(chē)外表板上，接收司機(jī)的操作指令，其余4個(gè)節(jié)點(diǎn)則分別安裝在車(chē)頭、尾部的左側(cè)和右側(cè)，與不同車(chē)燈相連，操縱車(chē)燈狀態(tài)。

砂*0—遠(yuǎn)光ffTg霧燈早皈近光燈Ifi霧光砂*0—遠(yuǎn)光ffTg霧燈早皈近光燈Ifi霧光燈燈轉(zhuǎn)向燈V

Iff?美信號(hào)輸人中央控制點(diǎn)圖2車(chē)燈總線操縱結(jié)構(gòu)圖弱靠*舸冏豐軍燈燈燈NCASH[軍建左?[「軍后右LflggA」1燈罕點(diǎn)門(mén)控單元不但通過(guò)CAN總線接收中央操縱單元指令，還接收車(chē)門(mén)上的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入，依照指令和開(kāi)關(guān)信號(hào)，門(mén)控單元做出相應(yīng)的動(dòng)作，然后把執(zhí)行結(jié)果發(fā)往中央操縱單元，門(mén)控單元功能如圖3所示。將所有節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，組成一個(gè)汽車(chē)內(nèi)部操縱網(wǎng)絡(luò)。由于每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)連接只用兩根線CANH線和CANL線,從而大大減少了線束的使用量。中央操縱節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)CAN收發(fā)器及CAN操縱器相連，單個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一個(gè)單片機(jī)操縱器、一個(gè)CAN收發(fā)器和一個(gè)CAN操縱器。中央操縱節(jié)點(diǎn)接收各節(jié)點(diǎn)發(fā)送的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),通過(guò)綜合運(yùn)算、判定做出相應(yīng)的操縱命令，這些命令將通過(guò)CAN總線傳送至各節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)由單片機(jī)作為操縱器,

它用于采集現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)，并執(zhí)行中央操縱節(jié)點(diǎn)發(fā)送的各項(xiàng)命令，這些命令將最終傳送至各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如車(chē)門(mén)電機(jī)、車(chē)燈、車(chē)窗繼電器等。圖3門(mén)控單元功能圖3.汽車(chē)檢測(cè)線操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì).國(guó)內(nèi)的汽車(chē)檢測(cè)線大多采納2級(jí)分布式運(yùn)算機(jī)操縱方式，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。第1級(jí)為工位操縱級(jí)，由分布在各工位上的工位機(jī)完成測(cè)控工作，要緊擔(dān)負(fù)檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行操縱、數(shù)據(jù)采集和通信等任務(wù)。第2級(jí)為監(jiān)督治理級(jí)，由主控機(jī)完成測(cè)控工作，具有安排檢測(cè)程序、擔(dān)負(fù)全線調(diào)度、綜合判定檢測(cè)結(jié)果、儲(chǔ)備并集中打印檢測(cè)結(jié)果報(bào)告單和治理數(shù)據(jù)庫(kù)等功能。主控機(jī)CAN卡圖4CAN總線運(yùn)算機(jī)操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.CAN總線運(yùn)算機(jī)操縱系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)了基于CAN總線，以嵌入式系統(tǒng)為工位機(jī)的汽車(chē)檢測(cè)線運(yùn)算機(jī)操縱系統(tǒng),其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。該系統(tǒng)以CAN總線技術(shù)為核心，采納總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3個(gè)工位由ARM微操縱器組成的嵌入式系統(tǒng)代替工業(yè)操縱運(yùn)算機(jī)連接到CAN總線上，主控機(jī)和登錄機(jī)采納一般運(yùn)算機(jī)，它們通過(guò)CAN卡與3個(gè)CAN總線工位節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交換。CAN總線工位節(jié)點(diǎn)把采集到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)調(diào)理變換后，送到ARM微操縱器中，最后變成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)ARM微操縱器中的CAN操縱器處理后，由CAN收發(fā)器通過(guò)總線與主控機(jī)進(jìn)行CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)交換。主控機(jī)對(duì)傳感器檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)一步分析、處理和儲(chǔ)備，完成了系統(tǒng)的在線檢測(cè)和運(yùn)算機(jī)操縱。本設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)：1.采納基于32位高性能ARM微操縱器的嵌入式系統(tǒng)作為工位機(jī)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)操縱運(yùn)算機(jī)。以ARM為核心的嵌入式系統(tǒng)具有體積小、功耗低及程序固化在閃存芯片上等特點(diǎn)，可有效節(jié)約系統(tǒng)成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝及調(diào)試,增加系統(tǒng)穩(wěn)固性和可靠性。2.采納CAN總線代替以太網(wǎng)來(lái)完成各工位機(jī)之間的通信。以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的硬件成本、軟件開(kāi)發(fā)費(fèi)用專(zhuān)門(mén)高。而CAN總線使用一般雙絞線作為傳輸介質(zhì)，采納總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基于優(yōu)先權(quán)的仲裁方式，由CAN操縱器實(shí)現(xiàn)硬件糾錯(cuò)，利用CAN構(gòu)成檢測(cè)通信網(wǎng)絡(luò)，不僅組網(wǎng)自由、擴(kuò)展性強(qiáng)及實(shí)時(shí)性好，還具有自診斷和監(jiān)控能力。因此使用CAN總線替代以太網(wǎng)應(yīng)用于汽車(chē)檢測(cè)線能夠提高系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)固性，降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及后期愛(ài)護(hù)的成本。3.采納隔離CAN收發(fā)器代在以往的設(shè)計(jì)方案中需要高速光耦，電源隔離模塊及CAN收發(fā)器等分立元件才能實(shí)現(xiàn)的帶隔離的CAN收發(fā)電路。CTM1050T接口芯片能夠?qū)崿F(xiàn)帶隔離的CAN收發(fā)電路，同時(shí)隔離電壓能夠達(dá)到DC2500V,不但提高了CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，保證各節(jié)點(diǎn)之間在電氣上是完全隔離和獨(dú)立的，而且簡(jiǎn)化了CAN智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)。5.工位機(jī)軟件設(shè)計(jì).工位機(jī)軟件要緊由數(shù)據(jù)采集程序、CAN總線通信程序組成。本文要緊介紹CAN總線通信程序的軟件設(shè)計(jì)，包括CAN操縱器的初始化、數(shù)據(jù)接收與數(shù)據(jù)發(fā)送。（1）.CAN操縱器的初始化。CAN操縱器的初始化只有在復(fù)位模式下才能夠進(jìn)行。初始化工作要緊通過(guò)對(duì)CAN操縱器相關(guān)寄存器寫(xiě)入相應(yīng)的操縱字來(lái)確定CAN操縱器的工作模式，它要緊包括：硬件使能和配置引腳連接、軟件復(fù)位、設(shè)定通信波特率、配置CANX作模式、配置發(fā)送優(yōu)先級(jí)模式、配置驗(yàn)收濾波器、設(shè)置中斷使能寄存器、設(shè)置錯(cuò)誤警告等。（2）.數(shù)據(jù)接收。接收程序流程如圖5所示。圖5接收程序流程至此數(shù)據(jù)從CAN總線到CAN接收緩沖區(qū)是由CAN操縱器自動(dòng)完成的。接收程序只要從接收緩沖區(qū)讀取要接收的信息即可。接收程序能夠采納查詢(xún)方式或中斷方式。在某一段時(shí)刻內(nèi),CAN總線并不總是在活動(dòng)，為了提高效率，可采納中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務(wù)子程序中，讀取CANICR寄存器,判定是否有接收中斷標(biāo)志，有則讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。為了防止接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)溢出，可開(kāi)創(chuàng)一個(gè)循環(huán)接收數(shù)據(jù)隊(duì)列來(lái)臨時(shí)儲(chǔ)備數(shù)據(jù)，主程序可通過(guò)查詢(xún)?cè)撽?duì)列來(lái)獲得總線數(shù)據(jù)。（3）.數(shù)據(jù)發(fā)送。發(fā)送程序負(fù)責(zé)把按照CAN協(xié)議格式轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上。發(fā)送時(shí)只要將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN協(xié)議的幀格式組合成一幀報(bào)文，然后判定是否有閑暇的發(fā)送緩沖區(qū)。CAN操縱器為了提高大量數(shù)據(jù)的發(fā)送效率，每個(gè)CAN操縱器配有3個(gè)獨(dú)立的發(fā)送緩沖區(qū)，發(fā)送時(shí)要依照緩沖區(qū)的實(shí)際情形有選擇性地把數(shù)據(jù)寫(xiě)入3個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)之一。它們的狀態(tài)能夠通過(guò)查詢(xún)寄存器得知，只有當(dāng)其中有閑暇的發(fā)送緩沖區(qū)時(shí)才可將數(shù)據(jù)寫(xiě)入。在啟動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)的命令后,CAN操縱器要將緩沖區(qū)內(nèi)