CAN總線(xiàn)技術(shù)在智能汽車(chē)系統中的應用研究

關(guān)鍵詞： 智能控制 CAN總線(xiàn) PIC18F258 中斷接收

1 引言
CAN總線(xiàn)是控制局域網(wǎng)絡(luò )（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱(chēng)，它最早由德國B(niǎo)OSCH公司提出。由于它具有傳輸速率高，抗干擾能力強，硬件連接方便等突出特點(diǎn)，非常適合用于汽車(chē)系統中，解決眾多測試與控制儀器之間的數據交換問(wèn)題。

2 智能汽車(chē)系統簡(jiǎn)介
智能汽車(chē)主要被用于野外環(huán)境中，它可以按照人預先設定的指令，根據地圖信息做出全局路徑規劃，并在行進(jìn)過(guò)程中不斷感知周?chē)沫h(huán)境信息，自主地制定出各種決策，引導自身安全地行使并完成相應的規劃和操作任務(wù)。

它除具備普通汽車(chē)的各類(lèi)功能外，還增加了測算車(chē)身位置，測算車(chē)頭方向，控制汽車(chē)自帶有向天線(xiàn)的方向使其與基地之間進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信等功能。如此眾多的信息，如果完全采用RS-232總線(xiàn)進(jìn)行內部數據交換顯然有些力不從心。因而采用CAN總線(xiàn)作為其內部數據傳輸的通道，是理所當然的。

3 系統設計
3.1 概述
智能汽車(chē)的控制系統由擔負著(zhù)檢測計算功能的下位機系統和擔負著(zhù)控制顯示功能的上位機系統組成。圖1為該系統的功能框圖。

下位機系統各模塊及其功能：
〇 GPS數據采集模塊，用來(lái)測量汽車(chē)當前位置。
〇 磁羅盤(pán)數據采集模塊，用來(lái)測量車(chē)頭的方向。
〇 步進(jìn)電機控制模塊，用來(lái)驅動(dòng)有向天線(xiàn)的旋轉。
〇 步進(jìn)電機轉動(dòng)角度限制模塊，用來(lái)測量有向天線(xiàn)相對于車(chē)頭的角度，并防止由于步
進(jìn)電機單方向轉動(dòng)角度過(guò)大而造成的線(xiàn)路纏繞。
〇 CAN模塊。

注:圖1中的電位器用來(lái)測量步進(jìn)電機轉過(guò)的角度,將它的輸出電平轉換成頻率信號再發(fā)往下位機。CAN總線(xiàn)使用共地的雙絞線(xiàn)作為其傳輸介質(zhì)。
上位機系統各模塊及其功能：
〇 LCD模塊，用來(lái)顯示下位機傳送來(lái)的各種數據。
〇 簡(jiǎn)易鍵盤(pán)輸入模塊，通過(guò)8鍵鍵盤(pán)完成對下位機的一些簡(jiǎn)單控制。
〇 CAN模塊。

上位機和下位機通信由CAN模塊和CAN總線(xiàn)來(lái)完成。其中，下位機要傳送給上位機的數據有，汽車(chē)當前的GPS坐標，車(chē)頭當前的方向，有向天線(xiàn)相對于車(chē)頭的角度；上位機要傳送給下位機的數據有，基地的GPS坐標，手動(dòng)模式下電機旋轉的方向和角度。

3.2 硬件實(shí)現
系統上下位機均采用PIC18F258單片機，該單片機自帶CAN收發(fā)接口，它的引腳見(jiàn)圖2。CAN模塊相對獨立，其的主要特征如下：
〇 通過(guò)ISO CAN標準測試。
〇 執行CAN協(xié)議：CAN1.2 CAN2.0A CAN2.0B。
〇 標準和擴展數據模式。
〇 0-8位數據長(cháng)度。
〇 可編程速率高達1M bps。
〇 2個(gè)數據接收緩沖器
〇 6個(gè)完全接收濾波器，2個(gè)對應高優(yōu)先權緩沖器，4個(gè)對應低優(yōu)先權緩沖器。
〇 2 個(gè)完全接收掩碼器。
〇 3個(gè)具有優(yōu)先權的發(fā)送緩沖器

該系統中，上位機與其外圍設備鍵盤(pán)和LCD顯示器通過(guò)標準并行I/O總線(xiàn)相連，下位機與其外圍設備GPS接收器、磁羅盤(pán)以及電機驅動(dòng)器通過(guò)RS-232串行總線(xiàn)相連，在此不做詳細介紹。圖3是CAN通信模塊硬件簡(jiǎn)圖。

由于單片機的輸出電流比較弱，難以驅動(dòng)光電隔離器，為保險起見(jiàn)，信號輸入光偶前要經(jīng)過(guò)74HC573鎖存；同樣為了增加信號驅動(dòng)能力，經(jīng)過(guò)隔離的信號要再次經(jīng)過(guò)74HC573鎖存。
使用該單片機,無(wú)須擴展CAN總線(xiàn)模塊，簡(jiǎn)化了硬件設計，提高了運行效率。

3.3 軟件實(shí)現
PIC18F258的CAN模塊帶有眾多控制和數據寄存器，為方便起見(jiàn)，可以將它們做以下分類(lèi)：
〇控制和狀態(tài)寄存器
〇發(fā)送緩沖寄存器
〇接收緩沖寄存器
〇波特率控制寄存器
〇I/O控制寄存器
〇中斷標志和控制寄存器

CAN模塊可工作于6種模式下，配置模式，禁止模式，正常工作模式，監聽(tīng)模式，自循環(huán)模式，錯誤識別模式。本系統涉及到了2種模式，配置模式和正常工作模式。

首先在配置模式下將控制和狀態(tài)寄存器，波特率控制寄存器，I/O控制寄存器，中斷標志和控制寄存器，接收掩碼器和接受濾波器按照系統要求設定好，以保證CAN總線(xiàn)暢通。這些寄存器只能在配置模式下進(jìn)行設定。設定完畢后，進(jìn)入正常工作模式。上位機和下位機都將各自的CAN接收中斷打開(kāi)，等待CAN總線(xiàn)傳送來(lái)的數據。所不同的是，上位機只在需要進(jìn)行人工干預的情況下，向總線(xiàn)發(fā)送控制信號；而下位機是循環(huán)向總線(xiàn)發(fā)送采集到的信息的。