基于CAN總線(xiàn)的半掛車(chē)安全預警系統設計

1 引言
半掛車(chē)指“其設計和技術(shù)特性需汽車(chē)牽引，才能正常使用的一種無(wú)動(dòng)力的道路車(chē)輛，用于載運人員和貨物”（GB/T3730.1-2001標準）。 半掛車(chē)的種類(lèi)很多，包括廂式半掛車(chē)、罐式半掛車(chē)、平板半掛車(chē)、集裝箱半掛車(chē)、車(chē)輛運輸半掛車(chē)等等。隨著(zhù)我國公路物流運輸業(yè)的發(fā)展，半掛車(chē)以其運輸效率高、運載量大、燃油經(jīng)濟性好、運輸成本低等優(yōu)勢使用越來(lái)越廣泛。隨之而來(lái)的是半掛車(chē)的安全問(wèn)題。據2006年公安交通部門(mén)統計，全國半掛車(chē)的數量約占整個(gè)機動(dòng)車(chē)保有量的5%左右，重大交通事故中，涉及到半掛車(chē)等大型貨運機動(dòng)車(chē)輛的事故占到約４７％，造成的人員死亡率占總數的約３０％。半掛車(chē)的安全隱患主要來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：一是超載現象。超載現象不僅對高速公路等交通設施造成破壞，而且使得汽車(chē)輪胎處在極大的負荷下，易引發(fā)爆胎事故；貨車(chē)超載也使得貨物更容易變得不平衡，導致車(chē)輛發(fā)生側翻傾覆的事故。二是輪胎安全，缺乏輪胎壓力溫度監測系統；因此建立半掛車(chē)的安全預警系統非常必要。
2 總體設計
半掛車(chē)車(chē)身長(cháng)度一般在 6―14 米，車(chē)身長(cháng)，電磁干擾大，汽車(chē)電子單元多而復雜，采用傳統的四輪轎車(chē)獨立的TPMS 方案信號傳輸易受干擾屏蔽，而且與其它汽車(chē)電子單元無(wú)法進(jìn)行信息交換，系統的可靠性和擴展性不好。因此設計采用基于CAN 總線(xiàn)的方式，將各輪胎氣壓、溫度監測裝置和其它諸如ABS、發(fā)動(dòng)機、儀表盤(pán)的汽車(chē)電子單元都作為一個(gè)個(gè)CAN 總線(xiàn)上的結點(diǎn)， 由一個(gè)中心預警模塊統一監測控制，可提高系統可靠性和監測效率，節省各模塊重復開(kāi)發(fā)費用。如圖1 所示。

3 系統硬件設計
3.1 CAN 總線(xiàn)的特點(diǎn)
CAN 全稱(chēng)為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。
CAN與其它總線(xiàn)結構相比有較優(yōu)越的特點(diǎn)[1]：（1）CAN總線(xiàn)為多主站總線(xiàn)，各結點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò )上的其他結點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信靈活；（2）CAN總線(xiàn)上每幀有效字節數最多為8個(gè)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，并有CRC及其他校驗措施，具有極好的檢錯效果，數據出錯率極低。（3）CAN總線(xiàn)只有兩根導線(xiàn)，系統擴充時(shí)，不需要應用層以及任何結點(diǎn)軟件和硬件的任何改變，可直接將新結點(diǎn)掛在總線(xiàn)上即可，因此走線(xiàn)少，系統擴充容易，改型靈活；網(wǎng)絡(luò )構建成本低，總線(xiàn)利用率極高；（4）數據傳輸距離可滿(mǎn)足5-15米的汽車(chē)系統，數據傳輸速率高達1Mbit/s，也可滿(mǎn)足長(cháng)達10km工業(yè)應用。
3.2 CAN 總線(xiàn)地址分配
如何來(lái)區分總線(xiàn)上的各個(gè)結點(diǎn)呢？在 CAN 總線(xiàn)上發(fā)送的每一條報文都具有唯一的一個(gè)11 位（標準幀）或29 位（擴展幀）數字的ID，可采用靜態(tài)分配地址的方法，將ID 的前3―4 位定義為結點(diǎn)地址，其余各位自行定義，寫(xiě)入各結點(diǎn)發(fā)送的幀消息中。中央結點(diǎn)接收到一個(gè)CAN 數據幀后通過(guò)檢查前3―4 為確定數據是從哪個(gè)結點(diǎn)發(fā)出的，從而做出響應的處理。CAN 總線(xiàn)狀態(tài)取決于二進(jìn)制數“0”而不是“1”，所以ID 號越小，則該報文擁有越高的優(yōu)先權。一般后輪輪胎的負荷大于前輪，因經(jīng)?？坑倚旭?，右側的輪胎負荷可能大于左側[2]，因此在輪胎結點(diǎn)地址分配時(shí)，可以將負荷較大的輪胎分配為小地址，優(yōu)先發(fā)送該結點(diǎn)數據。
3.3 中央預警模塊
中央控制模塊的硬件設計如圖 2 所示，分五個(gè)部分：一是處理器的選取和使用。處理器要求選取性能高，體積小，價(jià)格比較低，功耗小，安裝方便，安全可靠的產(chǎn)品。目前嵌入式系統中比較常用的32 位基于A(yíng)RM7 框架的S3C44B0X 處理器比較符合要求。二是存儲部件的擴展，主要用于程序燒制和運行。三是要有輸入輸出部件，使用觸摸屏作為輸入設備，LCD和音頻播放器作為輸出設備，實(shí)現胎壓和溫度門(mén)限值的輸入和實(shí)際監測數據輸出預警。四是CAN 接口電路設計，如果選取的處理器自帶CAN 接口電路當然更好，如果選取的處理器本身不帶CAN 接口功能，可通過(guò)外接CAN 控制器的方式實(shí)現數據收發(fā)（圖2 采用S3C44B0X 處理器SPI 同步串行接口與MCP2510 控制器、TJA1050 收發(fā)器相連實(shí)現CAN 接口功能）。五是要有模塊調試電路，主要是串行口和JTAG 接口的設計。