解讀CAN總線(xiàn)行車(chē)記錄儀系統電路 —電路圖天天讀（165）

　　CAN總線(xiàn)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。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。

　　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

　　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。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：

　?。?）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。

　　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：

　?。?）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。

　?。?）單片機和液晶單獨供電。主電源正常工作時(shí)，整個(gè)系統的電源由主電源供給，一旦主電源掉電，備用電池只給單片機供電，供單片機完成關(guān)閉文件處理，而液晶因掉電而不工作。因液晶的功耗較大而備份電池電力有限，此種分開(kāi)2路的供電方式不但能提供關(guān)閉文件的電源需要，而且還節約了電池電力。當然，備份電池不可能長(cháng)時(shí)間使用，只能用于系統緊急關(guān)閉文件處理，為此設計了電源檢測信號，一旦檢測出主電源掉電，既啟用蜂鳴器和發(fā)光二極管來(lái)提醒用戶(hù)電源供電不正常，需工作人員檢查記錄儀電源接頭。

　　CI-I375接口電路模塊

　　本系統中的USB 接口芯片選用的南京沁恒電子公司的CH375，該芯片支持主機方式和設備方式．它具有8位數據總線(xiàn)和讀、寫(xiě)、片選控制線(xiàn)以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機的系統總線(xiàn)上。還內置了處理Mass—Storage海量存儲設備的專(zhuān)用通訊協(xié)議的固件，外部單片機可以直接以扇區為基本單位讀寫(xiě)u盤(pán)。讀選通信號RD#、寫(xiě)選通信號WR#、片選信號CS#均是輸入信號且低電平有效，CS#是中斷請求輸出信號，也是低電平有效。而A0信號用來(lái)區分命令和數據，當A0=1時(shí)可以寫(xiě)命令，當A0=0時(shí)可以讀寫(xiě)數據，8位雙向數據總線(xiàn)與單片機的PA端口（PA0-PA7）相連，并口傳輸。其硬件上支持自動(dòng)檢測USB設備連接功能，在主機方式下正常連接時(shí)，其ACT#腳輸出低電平，因此使ACT# I腳外接上拉電阻并串聯(lián)一發(fā)光二極管，可用來(lái)標示USB設備是否正常連接。

　　在布PCB時(shí)，盡量使7805芯片布在板子邊緣且散熱比較好的地方，并且遠離液晶屏幕。因為在實(shí)際過(guò)程中，經(jīng)過(guò)測試，7805芯片產(chǎn)生大量的熱量，如果長(cháng)時(shí)間使用并且靠近液晶屏幕，將會(huì )影響液晶的顯示效果。另外，盡量使電源模塊的發(fā)光二極管靠近電源接口，USB模塊的發(fā)光二極管靠近USB模塊，并且以顏色區分開(kāi)，方便用戶(hù)觀(guān)察。本系統所開(kāi)發(fā)的行車(chē)記錄儀已成功的運用于A(yíng)5車(chē)的3萬(wàn)公里、5萬(wàn)公里等各種路試，準確記錄了行車(chē)過(guò)程中的重要數據，對于研究人員進(jìn)行性能分析、故障分析、以及標定工作提供了重要的數據依據。在已具備CAN 總線(xiàn)的車(chē)輛上使用基于CAN的行車(chē)記錄儀，可大幅度降低系統復雜度，并降低成本。對于不同的車(chē)型，只需軟件的少許修改而不需要更改硬件，使得記錄儀具有極高的靈活性和可移植性，從而廣泛應用于各種車(chē)型。