基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統

0 引言

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。CAN( Cont ro ller Ar ea Netw ork) 數據總線(xiàn)是一種適用于汽車(chē)環(huán)境的汽車(chē)局域網(wǎng)。它屬于多路傳輸系統中的一種， 是由德國博世( Bosch) 公司在20 世紀80 年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制單元與測試儀器之間的數據交換而應用開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。目前，在汽車(chē)設計領(lǐng)域中， CAN 幾乎成了一種必須采用的技術(shù)手段， 尤其是在歐洲， 如奔馳、寶馬、保時(shí)捷等都采用CAN 總線(xiàn)實(shí)現汽車(chē)內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。此外， 美國汽車(chē)廠(chǎng)也將控制器聯(lián)網(wǎng)系統逐步由Class2 過(guò)渡到CAN。CAN 國際標準只定義了物理層和數據鏈路層， 實(shí)際應用中， 一些廠(chǎng)家和公司又定義了相應的應用層規范， 使CAN 的應用更加廣泛和可靠。

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。CAN 信號傳輸介質(zhì)為普通雙絞線(xiàn)， 通信速率最高可達1 Mbps/ 40 m， 直接傳輸距離可達10 km/ 5 Kbps。

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。CAN 的信號傳輸采用短幀結構， 每一幀的有效字節數為8 個(gè)， 因而傳輸時(shí)間短， 受干擾的概率低， 由于其采用CRC16 的校驗方式， 誤碼率僅為3 10- 5 。當節點(diǎn)嚴重錯誤時(shí)， 具有自動(dòng)關(guān)閉的功能， 以切斷該節點(diǎn)與總線(xiàn)的聯(lián)系， 使通信線(xiàn)上的其他節點(diǎn)機通信不受影響， 具有較強的抗干擾能力?？刂破骶植烤W(wǎng)( CAN) 屬于現場(chǎng)總線(xiàn)范疇， 它是一種有效支持分布式控制或實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò )。

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。CAN 作為汽車(chē)環(huán)境中的微控制器通訊， 在車(chē)載各電子控制裝置ECU 之間交換信息， 形成汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò )。比如: 發(fā)動(dòng)機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中， 均嵌入CAN 控制裝置。但是CAN 總線(xiàn)多路傳輸系統還沒(méi)有實(shí)際應用到汽車(chē)前照燈。傳統的汽車(chē)系統布線(xiàn)工作量很大， 一旦線(xiàn)路發(fā)現故障， 診斷工作十分困難， 同時(shí)由于數據傳輸線(xiàn)很長(cháng)， 導致傳輸速度下降，可靠性、實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。CAN 總線(xiàn)技術(shù)作為最有前途的現場(chǎng)總線(xiàn)之一， 依靠其可靠性高， 適應環(huán)境能力強， 糾錯能力突出， 性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)成為解決這一問(wèn)題的新選擇。正是基于這種研究背景， 本文研究并開(kāi)發(fā)出了基于CAN 總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統。

1 CAN 控制器SJA1000

1. 1 SJA1000 的硬件結構和功能

CAN 的通信協(xié)議主要由CAN 控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現CAN 總線(xiàn)協(xié)議部分和微控制器接口部分組成。不同型號的CAN 總線(xiàn)通信控制器， 實(shí)現CAN 協(xié)議部分電路的結構和功能大都相同， 而與微控制器接口部分的結構及方式存在一些差異。SJA1000是一種獨立CAN 控制器， 是PHILIPS 公司首推新一代控制器。支持CAN 2. 0B 協(xié)議。

SJA1000 的主要特性如下:

器件管腳和電器特性均和PCA82C200 兼容; 時(shí)鐘頻率24 MHz; 支持CAN 協(xié)議2. 0 標準位速率可達1 Mb/ s;同時(shí)支持11 位標識符和29 位標識符; 擴展的接收緩沖器( 增至64 B， PCA82C200 只有20 個(gè)字節) ; 對不同微處理器的接口; 可編程的CAN 驅動(dòng)器輸出。

SJA1000 具有兩種工作模式: 基本模式和Peli 模式。其中基本模式符合CAN 協(xié)議2. 0A 標準， 和PCA82C200 兼容。設置時(shí)鐘分頻器( CDR: Clock divider Reg ister) 的最高位模式選擇位( CDR. 7) ， 可在基本模式和Peli 模式之間切換。

1. 2 CAN 收發(fā)器82C250 的硬件結構和功能

82C250 是CAN 控制器與物理總線(xiàn)間的接口， 最初主要應用于汽車(chē)高速控制場(chǎng)合。它向總線(xiàn)提供了差動(dòng)的發(fā)送能力， 向CAN 控制器提供了差動(dòng)的接收能力。

82C250 主要特性如下: 與ISO/ DIS11898 標準兼容; 高速( 最高可達1 Mb/ s) ; 具有抗汽車(chē)環(huán)境下的瞬間干擾， 保護總線(xiàn)能力; 降低射頻干擾( Radio FrequencyInterference， RFI) 的斜率( slope) 控制; 熱防護; 防護電池與地之間發(fā)生短路; 低電流待機方式; 某一個(gè)節點(diǎn)掉電不會(huì )影響總線(xiàn); 可有110 個(gè)節點(diǎn)相連接。

基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)前照燈多路傳輸系統

2 系統硬件電路圖設計

2. 1 汽車(chē)前照燈線(xiàn)路示意圖

汽車(chē)前照燈傳統供電線(xiàn)路示意圖和汽車(chē)前照燈多路總線(xiàn)傳輸系統示意圖如圖1， 圖2 所示。

圖1 汽車(chē)前照燈傳統供電線(xiàn)路示意圖

圖2 汽車(chē)前照燈多路總線(xiàn)傳輸系統示意圖

2. 2 系統硬件電路原理圖

CAN 智能節點(diǎn)電路圖的設計是本系統的核心， 下面給出詳細的CAN 節點(diǎn)硬件電路設計。

圖3 是汽車(chē)汽車(chē)前照燈的CAN 總線(xiàn)多路傳輸系統的硬件電路原理圖。從圖中可以看出， 電路主要由三大塊組成。第一塊是前照燈的開(kāi)關(guān)電路部分， 主要包括微控制器89C51 單片機、獨立CAN 通信控制器SJA1000， CAN 總線(xiàn)收發(fā)器82C250; 第二塊是上位機，包括CAN 總線(xiàn)適配卡以及數據顯示部分; 第三塊是前照燈的用電器電路部分， 主要包括的也是微控制器89C51 單片機、獨立CAN 通信控制器SJA1000， CAN總線(xiàn)收發(fā)器82C250。需要說(shuō)明一點(diǎn)的是， 本系統用4 個(gè)發(fā)光二極管來(lái)代替具體的汽車(chē)前照燈中的近光燈，遠光燈， 示寬燈， 霧燈。

圖3 系統硬件電路原理圖

微處理器89C51 負責SJA1000 的初始化， 通過(guò)控制SJA1000 實(shí)現數據的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

SJA1000 的AD0 ~ AD7 連接到89C51 的P0 口，SJA1000 的連接到89C51 的P2. 0， P2. 0 為0 時(shí)，CPU 片外存儲器地址可選中SJA 1000， CPU 通過(guò)這些地址可對SJA1000 執行相應的讀/ 寫(xiě)操作。SJA1000的ALE 分別與89C51 的引腳相連， 接89C51 的， 89C51 也可以通過(guò)中斷方式訪(fǎng)問(wèn)SJA1000。