CAN總線(xiàn)行車(chē)記錄儀設計

CAN總線(xiàn)(CAN.bus) 是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線(xiàn)，其主要原理是把車(chē)輛上相關(guān)控制器都聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現發(fā)動(dòng)機控制器，變速箱控制器，ABS控制器，車(chē)身控制器，儀表及其它控制器的通信。CAN—bus系統除了使整車(chē)線(xiàn)束更少、更井井有條，整車(chē)重量更輕外，更大的好處是做到了全車(chē)信息即時(shí)共享。

本文探討基于CAN總線(xiàn)的行車(chē)記錄儀設計和實(shí)現，詳細闡述了系統的整體結構、硬件電路設計、軟件設計流程。所開(kāi)發(fā)的行車(chē)記錄儀用于在車(chē)輛行駛過(guò)程中實(shí)時(shí)采集汽車(chē)CAN總線(xiàn)數據信息，并將數據存儲在u盤(pán)中，以u盤(pán)為載體傳輸給PC機，可運用PC機上的軟件對數據進(jìn)行分析?？朔艘酝F場(chǎng)數據采集系統必須有一臺計算機的模式，可實(shí)時(shí)了解汽車(chē)運行期間各種數據信息變化，同步記錄行駛狀況，在車(chē)輛長(cháng)時(shí)間測試或行駛以后，記錄的數據用于分析車(chē)輛行駛性能以及各部件的運行情況，方便了標定和設計工作的進(jìn)行。

1 系統整體結構設計

由于CAN串行通訊總線(xiàn)的良好特性，被廣泛地應用于現場(chǎng)數據采集系統、汽車(chē)制造業(yè)和航空工業(yè)等領(lǐng)域。本文所設計的基于CAN總線(xiàn)數據記錄儀是應用在奇瑞汽車(chē) A5車(chē)型上的，對整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)數據進(jìn)行采集和存儲。A5是第一款應用CAN bus總線(xiàn)系統的自主品牌國產(chǎn)轎車(chē)，其CAN—bus主要應用在傳動(dòng)部，在車(chē)身部、ITS部和信息部等也有少量的應用。對A5這款首次使用CAN技術(shù)的車(chē)型進(jìn)行實(shí)時(shí)數據采集，可了解汽車(chē)運行期問(wèn)各種數據信息變化，對A5乃至后續所有車(chē)款的研發(fā)來(lái)說(shuō)，都有著(zhù)非常重要的意義。

CAN總線(xiàn)行車(chē)記錄儀的整體結構框圖如圖1所示。

CAN 總線(xiàn)行車(chē)記錄儀工作時(shí)應掛接到汽車(chē)CAN總線(xiàn)上成為一個(gè)CAN節點(diǎn)，以便采集CAN數據信息。由圖1所示，該系統不僅采集車(chē)內的CAN總線(xiàn)消息，還可根據需要實(shí)時(shí)采集模擬信號量。液晶屏用來(lái)顯示采集的各路信號值，具有掉電保護功能，重新通電后，即可恢復顯示原有數據。采集到的數據除了用液晶屏實(shí)時(shí)顯示給用戶(hù)外，還可通過(guò)USB接口芯片CH375 將之存儲到u盤(pán)中，供實(shí)驗員拿回實(shí)驗室分析使用，如要實(shí)現存儲功能，按下存儲開(kāi)關(guān)即可。

圖1 系統整體結構

2 系統硬件設計

根據系統的整體結構，硬件電路主要有如下幾個(gè)大模塊：主控制器模塊、液晶模塊、CAN驅動(dòng)器模塊、電源模塊、CH375接口電路模塊。

2.1 主控制器模塊

系統CPU采用Freescale公司的MC9S12XD 系列單片機。它是控制和通信部分的核心，不僅負責系統初始化設置及報文接收，而且實(shí)現有關(guān)的數據判斷處理和顯示。片內集成了構成單片機控制系統和數據采集系統所需的幾乎全部模擬和數字外設及其它功能部件，其主要特點(diǎn)如下：

(1)MC9S12XD系列帶有獨特的XGATE協(xié)處理器，本系統中CAN信號的接收是由中斷程序完成的，而中斷處理程序交給XGATE來(lái)處理，這樣將減輕CPU負荷，提高系統的反應速度。

(2)帶有l6個(gè)模數轉換通道，給采集模擬信號提供了硬件支持，并可編程選擇精確到10位精度。

(3)帶有5個(gè)MSCAN模塊，內部集成有CAN控制器，對CAN 模塊的配置實(shí)質(zhì)上轉化為了對單片機相應寄存器的配置，使用方便靈活。

(4)背景調試模式BDM 的支持，使得芯片的調試極為方便，加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

(5)豐富的中斷源，為系統在非操作系統支持下運行提供了充分的保障。

2.2 液晶顯示模塊

系統采用的是WYM19264液晶，分3屏顯示，每屏可顯示容量為64x64的點(diǎn)陣。該液晶外部接口采用20腳針式插座，與單片機的連接電路也比較簡(jiǎn)單，其中片選信號CS1、CS2分別與單片機的PH6、PH5相連，控制信號RS、R/W、EN分別與PK4、PJ1、PJ0相連，8條數據線(xiàn) (DBO~DB7)則連接PB端口的8個(gè)引腳(PB0-PB7)，實(shí)行并口傳輸。

2.3 CAN驅動(dòng)器模塊

CAN 驅動(dòng)器接口芯片選用PAC82C250，它是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)的接口， 主要是為汽車(chē)中高速通訊(高達1Mbps)應用而設計的。此器件對總線(xiàn)提供差分發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力，具有抗汽車(chē)環(huán)境中的瞬間干擾而保護總線(xiàn)功能。其管腳8(Rs)允許選擇不同的工作模式：高速、待機、斜率控制，本系統中將管腳8接地，選用其高速模式。而RX、TX則與單片機CAN模塊引腳相連，本系統中選用的是CAN0模塊，即分別與RXCAN0、TXCAN0連接。

2.4 電源模塊

記錄儀電源取自12V車(chē)載蓄電池電源，該電源除供系統工作外，還擔負點(diǎn)火、照明、信號等設備的供電，電源波動(dòng)大，干擾嚴重，由于汽車(chē)在行駛過(guò)程中，可能遇到路面狀況比較惡劣的情況，會(huì )出現記錄儀電源接口由于劇烈震動(dòng)所造成的松動(dòng)或接觸不良，因此電源模塊必須精心設計才能滿(mǎn)足需求。

電源模塊電路簡(jiǎn)圖如圖2所示，其中U1是由電池提供的6V備份電源，U2(主電源)是車(chē)載12V電源，該電源模塊被分成2路，經(jīng)7805穩壓后的+5v 電壓?jiǎn)为毥o液晶供電，經(jīng)4275轉換后的VCC給整個(gè)單片機及輔助電路供電。系統正常工作時(shí)，D1處于截止狀態(tài)，備份電池不起作用，一旦失去主電源供給，則D1迅速導通，備份電源自動(dòng)啟動(dòng)為系統供電。

圖2 電源模塊

電源模塊此種設計方案有2個(gè)原因，如下所示：

(1) 備用電池的采用。記錄儀存儲采集數據，即將采集數據按順序寫(xiě)進(jìn)為記錄文件所分配的簇中，當采集結束時(shí)實(shí)驗員斷開(kāi)存儲開(kāi)關(guān)或者因掉電而采集被迫終止，單片機都需要做關(guān)閉記錄文件這一重要處理。關(guān)閉文件就是將文件實(shí)際長(cháng)度和采集數據記錄總數寫(xiě)進(jìn)文件相關(guān)頭中。假如不正確關(guān)閉文件，或者因為掉電來(lái)不及關(guān)閉文件，Windows將無(wú)法找到文件的末尾，PC機軟件也因找不到采集數據的末尾而無(wú)法打開(kāi)文件，此時(shí)，所做的采集工作將因此失敗。為了防止因掉電而無(wú)法關(guān)閉文件，本系統采用了備用電池。