基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)車(chē)身線(xiàn)束設計

0 前言

隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電器、電子設備在汽車(chē)上安裝使用。在為人們帶來(lái)方便、舒適的同時(shí)，卻使車(chē)內線(xiàn)束增多、空間緊張、布線(xiàn)復雜，從而導致車(chē)身重量明顯增加、運行可靠性降低、故障維修難度增大。另外，各電控單元之間傳遞的大部分信息是可由多個(gè)電控單元共享的，而傳統的點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式不能實(shí)現信息共享。相應的，將CAN總線(xiàn)技術(shù)運用于車(chē)身電控單元線(xiàn)束設計即可輕松解決以上問(wèn)題。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是博世公司開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。和其它現場(chǎng)總線(xiàn)相比，性?xún)r(jià)比較高。CAN采用多主競爭總線(xiàn)形式，廢除傳統的站地址編碼方式，代之以對數據信息進(jìn)行編碼，最多可標識2032(2.0A)或5億(2.0B)多個(gè)數據塊。數據通訊速率最大可達1Mbps(距離40m)，能充分滿(mǎn)足信息的實(shí)時(shí)需要。短幀數據結構最長(cháng)8個(gè)字節，占用總線(xiàn)時(shí)間很短，受干擾概率低。另外，CAN在錯誤檢測及自恢復能力方面的優(yōu)勢，有力地保證了數據通訊的可靠性。

1 總體結構

車(chē)身網(wǎng)絡(luò )常由車(chē)內儀表、照明及信號燈組、自動(dòng)車(chē)窗、座椅等電控節點(diǎn)組成。本系統中，網(wǎng)絡(luò )中包含車(chē)內儀表板和四組照明、信號燈組共五個(gè)節點(diǎn)。其中，照明、信號燈組中包括遠光燈、近光燈、轉向燈、霧燈、倒車(chē)燈、剎車(chē)燈，且不同燈的安裝位置不盡相同。如圖1：中央控制節點(diǎn)安裝在汽車(chē)儀表板上，接收司機的操作指令；其余四個(gè)節點(diǎn)則分別安裝在車(chē)頭、尾部的左側和右側，與不同車(chē)燈相連，控制車(chē)燈狀態(tài)。CAN總線(xiàn)將所有節點(diǎn)連接起來(lái)，組成一個(gè)汽車(chē)內部控制網(wǎng)絡(luò )。由于每個(gè)CAN節點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò )連接只用兩根線(xiàn)：CAN_H線(xiàn)、CAN_L線(xiàn)，從而大大減少了線(xiàn)束使用量。

圖1 總體結構圖

2 CAN節點(diǎn)結構

本系統中，CAN節點(diǎn)采用以下電路結構：ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收發(fā)器(PCA82C250)Atmel AT89C5 1單片機是一種低功耗、低電壓、高性能的8位CMOS單片機，片內含有4KB Flash ROM，4個(gè)I/O口共32個(gè)I/O引腳，都可供用戶(hù)使用，而且其輸出引腳和指令系統都與MCS-51兼容，靈活性高且價(jià)廉。獨立CAN控制器PHILIPS SJAl000主要完成CAN的通信協(xié)議，支持CAN 2.0A/B協(xié)議，支持11/29位標識碼，具有擴展的64字節接收緩沖器，通信位速率可達1Mbps，即使在惡劣環(huán)境中也可正常、穩定地工作。PHILIPS PCA82C250是一種通用CAN收發(fā)器，是CAN控制器與物理總線(xiàn)之間的接口，對總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送能力、對CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。節點(diǎn)主要電路見(jiàn)圖2(中央控制節點(diǎn)中AT89C51的P1端口與各車(chē)燈開(kāi)關(guān)相連，其余節點(diǎn)的P1端口連接車(chē)燈)。

圖2 節點(diǎn)電路原理圖

3 報文傳輸

CAN2.0B給出了標準幀和擴展幀兩種報文格式，二者的主要區別在于報文所含標識符的位數不同，標準幀包含11位標識符，擴展幀包含29位標識符?？紤]到系統的可擴展性和與其它系統的兼容性，本系統使用擴展幀格式。

報文中的標識符描述數據的含義，不同的幀的標識符不同。每個(gè)節點(diǎn)的接收器通過(guò)對幀進(jìn)行接收濾波來(lái)確定此幀是否與自己有關(guān)，接收有關(guān)的，濾掉無(wú)關(guān)的。標識符同時(shí)定義了報文的靜態(tài)優(yōu)先權?？偩€(xiàn)空閑時(shí)，任何單元都可以開(kāi)始傳送報文，具有較高優(yōu)先權報文的單元可以獲得總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)權。車(chē)輛駕駛過(guò)程中，駕駛員根據需要控制儀表板上的車(chē)燈開(kāi)關(guān)。中央控制節點(diǎn)實(shí)時(shí)監測每個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)變化，若發(fā)生變化則向總線(xiàn)上發(fā)出控制信號；其它節點(diǎn)對信號報文進(jìn)行有選擇地接收、處理，并產(chǎn)生對相應車(chē)燈狀態(tài)的控制。表1中，每種車(chē)燈信號擁有一種報文標識符(除ID.20-ID.13外，其它位均為0)。

由于不同車(chē)燈在保障車(chē)輛安全行駛方面的重要性有輕重之分，車(chē)燈對應信號的優(yōu)先級也應有所區別。表1中各報文的優(yōu)先級由高到低排列為：剎車(chē)燈、倒車(chē)燈、應急燈、轉向燈、近光燈、遠光燈、霧燈。由于在同一時(shí)間總線(xiàn)上最多只能傳輸一個(gè)信號，當有多個(gè)信號同時(shí)發(fā)送時(shí)，優(yōu)先級高的報文先傳輸，優(yōu)先級低的報文后傳輸。

表1 報文定義

表1中，節點(diǎn)對報文有選擇性地接收，這是通過(guò)設置每個(gè)節點(diǎn)的驗收濾波器實(shí)現的。驗收濾波器由驗收代碼寄存器(ACR)和驗收屏蔽寄存器(AMR)組成，每個(gè)節點(diǎn)的設置如表2所示。