基于藍牙的汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )信號無(wú)線(xiàn)測量系統

1 引言

汽車(chē)工作過(guò)程中，對各系統的運行參數的實(shí)時(shí)測量可方便地實(shí)現對汽車(chē)運行狀態(tài)的分析與故障診斷。用傳統的有線(xiàn)方式連接汽車(chē)診斷接口或檢測傳感器輸出值的方法存在著(zhù)布線(xiàn)和設備使用等方面的不方便。如果能把汽車(chē)各系統中的參數值無(wú)線(xiàn)、快速、準確地測量出來(lái)，利用功能強大的微機系統進(jìn)行分析和處理將大大方便汽車(chē)運行狀態(tài)的監控。本文提出并實(shí)現了一種利用單片機組成CAN系統，利用藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)對汽車(chē)運行數據進(jìn)行采集與處理的方法。

隨著(zhù)汽車(chē)電子的發(fā)展，汽車(chē)內電子產(chǎn)品越來(lái)越多，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、底盤(pán)和車(chē)身等電控系統中的電控單元數量不斷增加，同時(shí)它們之間的通信也越來(lái)越重要。在汽車(chē)內利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，可大大提高系統之間信息傳遞的可靠性，同時(shí)可大大減少汽車(chē)線(xiàn)束的數量，降低汽車(chē)電氣系統的成本。近年來(lái)，CAN系統在汽車(chē)內的應用越來(lái)越廣泛。CAN（ControllerAreaNetwork）是控制局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早由德國B(niǎo)OSCH公司推出，用于汽車(chē)內部測量與執行部件的數據通信。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好和獨特的設計，已廣泛的應用于控制系統的各檢測和執行機構之間的數據通信。CAN總線(xiàn)符合ISO11898標準，最大傳輸速率可達1Mbps,最大傳輸距離為10km,傳輸介質(zhì)可為雙絞線(xiàn)。它具有如下的一些技術(shù)特性：

1）多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權的總線(xiàn)仲裁技術(shù)；

2）采用短幀結構，受干擾概率低，每幀信息都有CRC檢驗及其他檢錯措施；

3）對嚴重錯誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線(xiàn)的功能，使總線(xiàn)的其他操作不受影響。

在汽車(chē)運行過(guò)程中，車(chē)載射頻裝置如汽車(chē)立體聲系統、GPS導航設備、衛星數字音頻無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)（SDARS）裝置、GSM無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器以及其它電器設備均可能造成干擾或受到干擾，這些射頻干擾信號會(huì )對汽車(chē)無(wú)線(xiàn)系統的數據流造成不良影響。如果應用傳統的無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)，傳輸的數據的速率和準確率都不能很高，從而不能實(shí)現快速、準確地進(jìn)行數據的傳輸，而把藍牙無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)用在汽車(chē)上可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。
本文所用藍牙模塊采用英國CSR公司的BC417芯片，并與SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A構成了模塊。

圖1　藍牙模塊原理圖

此模塊的主要特點(diǎn)如下：

1）采用CSR主流藍牙芯片，符合藍牙V210標準。

2）串口模塊上底板帶有RS232接口和TTL接口，任選一種接口使用，使用313～5V電源。串口對用戶(hù)而言是透明的。

3）藍牙芯片采用向前糾錯編碼，通信效率高，自動(dòng)跳頻，抗干擾能力強。

4）波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600,1382400,可在程序中根據實(shí)際需要設置。

5）休眠電流：小于1MA,工作電流：40MA。

2　系統硬件結構原理圖

本文利用MICROCHIP公司的內嵌CAN控制器的18F4580芯片與CAN收發(fā)器芯片MCP2515構成CAN網(wǎng)絡(luò )系統，并用18F4580芯片自帶的10位AD傳感器實(shí)現了對汽車(chē)發(fā)動(dòng)機節氣門(mén)位置信號的測量，同時(shí)利用智能數字傳感器DS18B20對發(fā)動(dòng)機的水溫信號進(jìn)行測量。利用藍牙模塊把測量的信號無(wú)線(xiàn)傳給上位機，利用VC++編寫(xiě)數據接收與處理的程序實(shí)現數據的實(shí)時(shí)顯示與存儲，并可顯示數據值隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線(xiàn)圖，測量結果直觀(guān)。系統的硬件原理圖如圖2所示。

圖2　測量系統原理圖

3　發(fā)動(dòng)機節氣門(mén)位置信號與水溫信號的測量

3.1　節氣門(mén)信號信號的測量

這里測量的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上節氣門(mén)位置傳感器為一可調電阻型，節氣門(mén)位置輸出信號為0～5V的電壓信號，根據節氣門(mén)的實(shí)際開(kāi)度與輸出電壓的關(guān)系，對測量的電壓信號進(jìn)行標定，根據實(shí)測的電壓信號即可換算成節氣門(mén)的開(kāi)度。所以這里用PIC18F4580單片機內嵌的10位AD轉換電路完成對節氣門(mén)位置傳感器輸出電壓的測量，為提高測量精度，對單片機AD的5V基準電壓進(jìn)行了與系統電源隔離穩壓處理。

本系統利用Microchip公司的MPLAB開(kāi)發(fā)環(huán)境嵌入PICC18C程序編譯器，用C程序編寫(xiě)了數據采集與CAN數據的收發(fā)程序，其中AD轉換子程序用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，程序兼顧了C程序的模塊化和可維護性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有了匯編語(yǔ)言高效率的優(yōu)點(diǎn)。

信號通過(guò)CAN控制器用擴展幀格式發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò )上。其中數據采集與CAN數據的發(fā)送子程序如下：

InitSPI（）；//SPI接口初始化

Init_MCP2515（）；//MCP2515初始化

……

TRISA=0B00000001;//AN0>>>>DCinputDC通道上輸入，打開(kāi)RA0

ADCON0=0B00000001;//AN0通道，允許ADC工作，

ADCON1=0B00001110;//除RA0為模擬輸入口外，其他RA口跟RE口均為普通數字口

ADCON2=0B10100001;//轉換結果右對齊，8TAD,1/8FOSC。

#asm

ADCON0EQU0FC2H

GOEQU001H

bsfADCON0,GO//開(kāi)始轉換

ADWAIT:

btfscADCON0,GO

gotoADWAIT//等待轉換完成

#endasm

write_MCP2515（TXB0CTRL,0x03）；//設置為發(fā)送最高優(yōu)先級

write_MCP2515（TXB0SIDH,0xFF）；//EID28--21

write_MCP2515（TXB0SIDL,0xEB）；//EID20--EID18,擴展幀使能，EID17--EID16

write_MCP2515（TXB0EID8,0xFF）；//EID15--EID8

write_MCP2515（TXB0EID0,0xFF）；//EID7--EID0

write_MCP2515（TXB0DLC,0x02）；//發(fā)送數據長(cháng)度為8字節