基于汽車(chē)CAN總線(xiàn)的老化測試系統的設計

0 引言

汽車(chē)上用的電子設備的可靠工作與優(yōu)良性能關(guān)系者駕駛者的生命安全。車(chē)用電子設備出廠(chǎng)前要求對設備內部電路板進(jìn)行長(cháng)時(shí)間老化測試，以檢測電路板在高溫環(huán)境和各種輸入信號條件下，是否仍正常工作。只有經(jīng)過(guò)老化測試的電路板才能出廠(chǎng)。由于需要老化測試的電路板數量巨大，要求該系統能同時(shí)老化測試許多塊被檢測電路板，因此設計了本老化測試系統。整個(gè)老化測試由 1個(gè)通信模塊、 10個(gè)測試模塊、1個(gè)溫控模塊及上微機軟件構成。本老化檢測系統的系統結構圖如圖 1所示。

圖 1 系統結構圖在本系統中，每個(gè)檢測模塊最多可同時(shí)檢測 10塊電路板，共有 10個(gè)檢測模塊，因此，整個(gè)系統在一次老化檢測過(guò)程可以同時(shí)檢測100塊電路板。檢測模塊將檢測的數據通過(guò) CAN通信送給通信模塊，由通信模塊通過(guò)串行通信發(fā)送給上位機，由上位機軟件對檢測數據進(jìn)行解析，判斷被測電路板的工作狀態(tài)，顯示每一塊被測電路板的工作狀態(tài)，存儲每塊被測電路板的檢測數據，生成歷史報表。上位機軟件還向操作員提供良好而方便的人機交互界面，操作員通過(guò)該界面，可以設置系統老化的時(shí)間、溫度與測試模式。

1 通信模塊設計

通信模塊在老化系統中處于核心地位，它完成兩方面的任務(wù)：一方面，通過(guò)串行異步通信與上位機通信，接收用戶(hù)通過(guò)上位機發(fā)來(lái)的控制命令，向上位機發(fā)送檢測的數據。另一方面，通過(guò) CAN通信方式與 10個(gè)檢測模塊及 1個(gè)溫控模塊通信，向檢測設備發(fā)送命令和采集數據。通信模塊的硬件系統框圖如圖 2所示。

1.1 硬件設計

通信模塊采用 C8051F040作為核心。C8051F040具有許多優(yōu)點(diǎn)。1.采用高速 8051微控制器內核，流水線(xiàn)結構，大部分指令的執行時(shí)間為一或兩個(gè)系統時(shí)鐘周期。

2.有 4352字節的內部 RAM和 64K字節的 FLASH，滿(mǎn)足大多數應用設計對存儲空間的需要，無(wú)需外接存儲器，因而了簡(jiǎn)化系統設計。

3.配置多種端口，如 SPI、SMBus和 UART。

4.C8051F040內置標準 CAN控制器，只要外接 CAN通信接口芯片就可以進(jìn)行通信，方便實(shí)現 CAN總線(xiàn)通信，提高通信的可靠性。

由于 C8051F040集成的是 CAN控制器，要使實(shí)現 CAN總線(xiàn)通信，還需要外接 CAN總線(xiàn)收發(fā)器，常用的 CAN總線(xiàn)收發(fā)器有 Philips公司的 PCA82C250收發(fā)器、高速 TJA1050收發(fā)器等。本設計采用了 TJA1050高速 CAN收發(fā)器，TJA1050具有電磁輻射低、防短路、不上電時(shí)對總線(xiàn)無(wú)影響等特點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，C8051F040的 CAN控制器引腳CANTX、CANRX和收發(fā)器 TJA1050之間并不直接相連，而是通過(guò)由高速光耦 6N137構成的隔離電路后再與 TJA1050相連，這樣就可以很好的實(shí)現了 CAN總線(xiàn)上各節點(diǎn)的電氣隔離。增加隔離電路雖然增加了節點(diǎn)的復雜性，但它卻提高了節點(diǎn)的穩定性和安全性。此外，為避免信號反射，導致通信的可靠性與抗干擾能力下降，甚至無(wú)法通信，因此，在 CAN總線(xiàn)的兩端需要加有 2個(gè) 120歐姆的總線(xiàn)阻抗匹配電阻。由于 C8051F040的端口電壓為 3.3V，串行通信電路采用的電平轉換芯片為 MAX3232。

1.2 軟件設計

1.2.1 串行通信程序設計

通信模塊一方面通過(guò)串行通信接收上位機的命令，主要命令有啟動(dòng)、停止和參數設置命令。用戶(hù)通過(guò)參數設置命令為系統設置不同參數，可以保證老化的正確進(jìn)行。另一方面通過(guò)串行通信向上位機發(fā)送檢測到的數據。為簡(jiǎn)化設計，通信模塊和上位機的串行通信采用固定長(cháng)度的信息幀格式，一幀信息包括幀頭、有效數據或命令、 CRC16校驗位等。通信模塊接收上位機信息通過(guò)中斷方式實(shí)現。在中斷服務(wù)程序中，每接收到一個(gè)幀頭后，開(kāi)始接收后面若干字節的信息，經(jīng) CRC16校驗有效后，就認為是一個(gè)有效的信息幀，按照約定的串行通信協(xié)議解析該信息幀，取出其中的有效命令。通信模塊每收到一個(gè)有效命令幀，向上位機發(fā)送一幀應答信息。為保證通信正確，上位機軟件對通信采用超時(shí)機制。如果上位機在發(fā)出一

由于通信模塊接收命令和處理命令速度的不同步，為保證上位機發(fā)來(lái)的每條命令得到執行，需要將有效命令放入到命令緩存隊列的隊尾。該命令緩存隊列采用環(huán)形結構，接收的有效命令被放到隊尾，而主程序從命令緩存隊列的頭部取出一條命令，進(jìn)行后期處理。為方便從命令緩存隊列存放或存取一條命令，在實(shí)現命令緩存隊列時(shí)，采用了二維數組結構，即數組的每一個(gè)元素為一條固定長(cháng)度的有效命令。通過(guò)選取適當的隊列長(cháng)度，可以保證在正常工作中，保證命令緩存隊列不會(huì )產(chǎn)生溢出。本設計中，命令緩存隊列的數據結構如下：

unsigned char s_queue[QUEUE_LEN][CMD_PACK_LEN];
unsigned char s_front;
unsigned char s_rear;}

通信模塊向上位機發(fā)送檢測數據時(shí)，按照約定的串行通信協(xié)議把一組完整的檢測數據組裝成一個(gè)信息幀發(fā)送。為簡(jiǎn)化設計，該信息幀的發(fā)送不采用中斷方式，而是采用查詢(xún)方式完成。為減少 C8051F040的等待時(shí)間，結合 C8051F040的時(shí)鐘頻率，串行通信采用了的波特率為 57600bps。經(jīng)過(guò)在現場(chǎng)測試，在此波特率下進(jìn)行串口通信，沒(méi)有引起通信的錯誤。