CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表研究
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這里給出一種基于CAN(Controller Area Network)總線(xiàn)的汽車(chē)儀表設計方案。該儀表利用CAN總線(xiàn)使其成為車(chē)身網(wǎng)絡(luò )一部分，遵循SAE J1939協(xié)議讀取發(fā)動(dòng)機轉速、水溫等信息。儀表還能接收傳感器的車(chē)速、油量、油壓、制動(dòng)氣壓等信號并顯示，為駕駛員提供實(shí)時(shí)車(chē)輛工況。所設計的儀表主要應用于重型運輸車(chē)等領(lǐng)域，在某重型車(chē)輛工廠(chǎng)進(jìn)行的試驗結果表明，該儀表能夠滿(mǎn)足數據可靠性及實(shí)時(shí)性等要求。
1 CAN總線(xiàn)及SAE J1939協(xié)議
1．1 CAN總線(xiàn)及SAE J1939協(xié)議簡(jiǎn)介
CAN總線(xiàn)屬于現場(chǎng)總線(xiàn)的范疇，是德國B(niǎo)osch公司在20世紀80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制和測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò )。CAN總線(xiàn)的通信實(shí)時(shí)性強，數據傳輸速率可高達1 Mb／s，通信介質(zhì)可以是雙絞線(xiàn)、同軸電纜或者光導纖維，通過(guò)標準的插接件能夠方便的連接。CAN總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，是目前應用最廣泛的一種汽車(chē)總線(xiàn)。
SAE J1939協(xié)議是美國汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )SAE(Societv of Automotive Engineer)發(fā)布的以CAN2．0B作為網(wǎng)絡(luò )核心協(xié)議的車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )串行通信和控制協(xié)議。J1939是參照ISO的開(kāi)放式數據互聯(lián)模型定義的7層基準參考模型而制定的。該協(xié)議明確規定汽車(chē)內部ECU的地址配置、命名、通訊方式以及報文發(fā)送優(yōu)先級等，并且對汽車(chē)內部各個(gè)具體的ECU通訊作了詳細的說(shuō)明。它使用多路復用技術(shù)，為汽車(chē)上的各種傳感器、執行器和控制器提供建立在CAN總線(xiàn)基礎上的標準化的高速網(wǎng)絡(luò )連接，在車(chē)載電子裝置之間實(shí)現高速數據共享，有效地減少了電子線(xiàn)束的數量，提高了車(chē)輛電子控制系統的靈活性、可靠性、可維修性和標準化程度，更大程度地發(fā)揮了CAN優(yōu)異的性能。
1．2 SAE J1939數據幀格式
SAE J1939數據幀是以PDU(協(xié)議數據單元)為單位，共由優(yōu)先權(P)、保留位(R)、數據頁(yè)(DP)、PDU格式(PF)、PDU細節(Ps)、源地址(SA)及數據域(Date Field)等7個(gè)域組成。除了數據域之外的PDU對應于CAN擴展幀的29位標識符。其中PS是1個(gè)8位段，其定義取決于PF值。若PF值小于240，PS是目標地址(DA)。若PF值介于240和255之間，則PS為組擴展(GE)。
有些CAN數據幀不是在PDU中定義，包括SOF、SRR、IDE、RTR、控制域部分、CRC域、ACK域和EOF域。這些域是由CAN定義的，SAE J1939不作修改。
2 CAN總線(xiàn)汽車(chē)儀表設計
2．1 儀表整體設計
該汽車(chē)儀表系統由數據采集、處理以及顯示3個(gè)模塊組成。其中數據采集模塊負責接收車(chē)輛的各種數據，并將數據預處理后發(fā)送至微處理器。其中模擬量信號、脈沖信號以及開(kāi)關(guān)量信號等傳感器信號在各傳感器處采集后，分別經(jīng)過(guò)分壓、濾波整形以及光電隔離后發(fā)送至微處理器。而發(fā)動(dòng)機轉速、水溫和故障代碼等CAN總線(xiàn)數據通過(guò)發(fā)動(dòng)機CAN模塊發(fā)送至CAN總線(xiàn)后，通過(guò)CAN收發(fā)器進(jìn)行接收。微處理器接收到需要的數據后，根據預定的算法對數據進(jìn)行處理，并將處理結果輸出。顯示模塊包括指針、LCD以及各種信號燈的顯示。微處理器將發(fā)動(dòng)機轉速、車(chē)速等結果輸出至電機驅動(dòng)器，驅動(dòng)器驅動(dòng)步進(jìn)電機轉動(dòng)，從而帶動(dòng)指針顯示；微處理器直接驅動(dòng)LCD顯示及LED燈的亮滅。汽車(chē)儀表系統結構如圖1所示。
根據對汽車(chē)儀表的整體分析，汽車(chē)儀表盤(pán)由3個(gè)分表盤(pán)組成，左分表盤(pán)顯示發(fā)動(dòng)機轉速、油量等數據，右分表盤(pán)顯示車(chē)速、油壓等數據，中分表盤(pán)用于放置LCD顯示屏以及各種指示燈。儀表指針全部采用步進(jìn)電機驅動(dòng)。儀表接收到的各種數據中，從CAN總線(xiàn)獲取發(fā)動(dòng)機轉速、水溫以及電壓，從各種傳感器獲取車(chē)速、油量、氣壓以及油壓。
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