CAN總線(xiàn)在汽車(chē)行駛記錄儀中的應用

　　汽車(chē)行駛記錄儀(vehicle traveling data recorder)是安裝在車(chē)輛上，能夠記錄、存儲、顯示、打印車(chē)輛運行速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車(chē)輛行駛的其他狀態(tài)信息，并可通過(guò)接口實(shí)現數據輸出的數字式電子記錄裝置，俗稱(chēng)汽車(chē)黑匣子。汽車(chē)行駛記錄儀的使用對遏制疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章、約束駕駛人員的不良駕駛行為、保障車(chē)輛行駛安全以及道路交 通事故的分析鑒定具有重要的作用。

　　汽車(chē)行駛記錄儀(以下簡(jiǎn)稱(chēng)記錄儀)由汽車(chē)行駛記錄儀的主機部分和計算機終端的數據分析軟件部分構成。主機部分是記錄儀的核心，主要完成車(chē)輛行駛數據的采 集、記錄和存儲。傳統的汽車(chē)行駛記錄儀由于采樣信號很多，信號采集很復雜，需要很多連接線(xiàn)，為了保證采集信號的準確性，采集到的信號還要經(jīng)過(guò)放大電路和濾 波電路進(jìn)行處理，如果各級電路之間電氣特性匹配不好就會(huì )影響記錄儀信號采集的準確性，甚至有時(shí)還會(huì )影響到汽車(chē)其他系統的正常工作。

　　計算機終端的數據分析軟件主要實(shí)現對汽車(chē)行駛中諸如速度、壓力等數據的分析和處理，因此記錄儀采集的信號必須與計算機終端、外圍報警模塊、人機接口模塊等 進(jìn)行數據傳輸。標準的RS232串行通信是一種成熟穩定的通信方式，也是汽車(chē)行駛記錄儀國家標準規定的必須具有的通信方式。但RS232串行通訊信距離 短，只能進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)通訊，不能直接組建多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )。為了延長(cháng)RS232的通信距離，并將RS232節點(diǎn)組成通訊網(wǎng)絡(luò )，就需要將RS232串行通信接口轉換成CAN總線(xiàn)接口，以CAN總線(xiàn)形式構成遠程多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò )。

　　CAN總線(xiàn)的應用使汽車(chē)行駛記錄儀通過(guò)接口直接從CAN總線(xiàn)上讀取相應信號，因而不會(huì )影響其他系統的正常工作;同時(shí)CAN總線(xiàn)具有數據傳遞可靠性很高的優(yōu)點(diǎn)，也使得其數據準確性得以保障。

　　1、CAN總線(xiàn)特點(diǎn)

　　控制器區域網(wǎng)(Controller Area Metwork，CAN)總線(xiàn)是一種多主機局部網(wǎng)。CAN總線(xiàn)規范已被國際標準化組織(ISO)制定為國際標準。C-AN總線(xiàn)屬于總線(xiàn)式串行通信網(wǎng)絡(luò )，由 于采用了許多新技術(shù)和獨特設計，因而具有以下特點(diǎn)：1)總線(xiàn)以多主方式工作，通信方式靈活，且不用占地址等節點(diǎn)信息;2)CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)信息分不 同的優(yōu)先級，可滿(mǎn)足不同的實(shí)時(shí)要求;3)采用非破壞性總線(xiàn)仲裁技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò )負載很重的情況下也不會(huì )出現網(wǎng)絡(luò )癱瘓的情況;4)只需通過(guò)報文濾波即可實(shí)現點(diǎn)對 點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的“調度”;5)直接通信距離最遠可達10 km(速率5 Kb/s以下);6)通信速率最高可達1 Mb/s(此時(shí)通信距離最長(cháng)為40 m);7)每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數據出錯率極低;8)CAN總線(xiàn)節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使總線(xiàn)上的其 他節點(diǎn)的操作不受影響。

　　2、CAN總線(xiàn)接口硬件電路設計原理

　　CAN總線(xiàn)是一種多主總線(xiàn)，可將汽車(chē)行駛記錄儀作為汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)節點(diǎn)，在系統中與計算機終端相連的節點(diǎn)是主節點(diǎn)，其他節點(diǎn)是從節點(diǎn)。理論上，主節 點(diǎn)可以有多個(gè)。在簡(jiǎn)單的系統中，一般只設置1個(gè)主節點(diǎn)，完成主節點(diǎn)向從節點(diǎn)發(fā)送配置數據、主節點(diǎn)向從節點(diǎn)請求當前工作狀態(tài)、當前數據以及數據管理等工作。 從節點(diǎn)根據應用的需要完成不同的功能，如現場(chǎng)數據的采集、設備控制和驅動(dòng)等，并能實(shí)現上傳數據和接收數據等通信功能。

　　主節點(diǎn)由PC機、CAN接口電路、上位機接口軟件等組成。CAN接口電路實(shí)現了以CAN總線(xiàn)上從節點(diǎn)和上位機之間的通信，CAN接口電路原理框圖如圖1所示。

　　CAN接口電路以PHILIPS公司的P89C52微控制器作為核心處理器，負責對CAN總線(xiàn)控制器初始化，并通過(guò)數據總線(xiàn)對CAN控制器進(jìn)行讀/寫(xiě)控 制，實(shí)現CAN網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)中信息的收發(fā)，從而實(shí)現對現場(chǎng)的控制;通過(guò)MAX232與PC機實(shí)現串行通信，由PC機發(fā)送的數據寫(xiě)到微控制器中，再由微控制器 的。I/O口和控制信號線(xiàn)將數據寫(xiě)入CAN控制器，通過(guò)CAN收發(fā)器向CAN總線(xiàn)發(fā)送;CAN總線(xiàn)上，需要上傳給主節點(diǎn)的數據，經(jīng)CAN收發(fā)器寫(xiě)入CAN 控制器，通過(guò)中斷信號提醒微控制器讀取，再由RS-232接口上傳給PC機。在CAN總線(xiàn)的兩端，需要接一個(gè)120 Ω的匹配電阻，以提高數據通信的抗干擾能力及整體可靠性。

　　3、主要硬件電路設計

　　除主控器件微處理器P89C52之外，CAN總線(xiàn)接口電路主要由CAN總線(xiàn)通信接口電路、CAN收發(fā)器與光電隔離部分、串口收發(fā)器等組成。

　　3.1 CAN總線(xiàn)通信接口電路

　　CAN總線(xiàn)通信接口電路是一個(gè)很重要的環(huán)節，記錄儀的正確運行與其密切相關(guān)。該設計采用了PHILIPS公司生產(chǎn)的總線(xiàn)控制器SJA1000，該器件是一 種獨立的CAN總線(xiàn)控制器，主要用于移動(dòng)目標和一般工業(yè)環(huán)境中的區域網(wǎng)絡(luò )控制。SJA1000具有PCA82C200模式(即默認的Basic CAN模式)，基本特性如下：1)具有PCA82C200模式(即默認的Basic CAN模式);2)支持CAN2.OA和CAN2.OB協(xié)議;3)支持11位和29位標識符;4)通信的位速率可達1 Mb/s;5)采用的是24 MHz時(shí)鐘頻率;6)可與不同的微處理器相接;7)可編程的CAN輸出驅動(dòng)器配置;8)溫度適應范圍大(-40～+125℃)。

　　此外，還具有PeliCAN模式擴展功能：1)可讀/可訪(fǎng)問(wèn)的錯誤計數寄存器;2)可編程的錯誤報警限額寄存器;3)最近一次錯誤代碼寄存器;4)對每一 個(gè)CAN總線(xiàn)錯誤的中斷;5)有具體位表示的仲裁丟失中斷;6)單次發(fā)送(無(wú)重復);7)只聽(tīng)模式(無(wú)確認、無(wú)激活的錯誤標志);8)支持熱插拔(軟件位 速率檢測);9)驗收濾波器的擴展(4字節的驗收代碼，4字節的屏蔽);10)接收自身報文(自接收請求)。

　　圖2所示為SJA1000與微處理器通信接口電路。SJA1000的復位信號RST為低電平有效。

　　3.2 CAN總線(xiàn)收發(fā)器隔離電路

　　CAN總線(xiàn)收發(fā)器采用了標準的高速CAN收發(fā)器TJAl050，該收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)之間的接口。TJAl050可以為總線(xiàn)提供差動(dòng)發(fā)送 性能，為CAN控制器提供差動(dòng)接收性能。TJAl050除了增強EMC外，另外一個(gè)重要的特性是不上電時(shí)，CAN總線(xiàn)呈現無(wú)源特性。這使TJAl050在 性能上大大優(yōu)于其他CAN總線(xiàn)收發(fā)器。TJAl050有高速和靜音2種工作模式，都由引腳S控制。引腳S接地可以進(jìn)入高速模式，由于引腳S有內部下拉功 能，所以當它沒(méi)接時(shí)，高速模式也是默認模式。在高速模式中，總線(xiàn)輸出信號有固定的頻率，并且以盡量快的速度切換，適用于最大的位速率和最大的總線(xiàn)長(cháng)度。將 引腳S接高電平，就可進(jìn)入靜音模式。在靜音模式中，發(fā)送器是禁止的，不管TXD的輸入信號。因此，TJA1 050在非發(fā)送狀態(tài)中，它此時(shí)消耗的電源電流和隱形狀態(tài)時(shí)一樣。TJAl050最低的波特率為20 Kb/s。

　　為了確保在CAN總線(xiàn)遭受?chē)乐馗蓴_時(shí)控制器能夠正常運行，CAN總線(xiàn)控制器沒(méi)有與總線(xiàn)收發(fā)模塊直接相連，而是通過(guò)光電隔離器6N137后相連，從而實(shí)現總 線(xiàn)上各節點(diǎn)間的電氣隔離。電路圖如圖3所示。6N137光耦合器的第6引腳Vo輸出電路屬于集電極開(kāi)路電路，必須上拉一個(gè)電阻;另外其第2引腳和3引腳之 間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻，此外，光電耦合部分所采用的兩個(gè)電源VCC和CAN的+5 V必須完全隔離。

　　3.3 RS232總線(xiàn)接口模塊

　　RS232總線(xiàn)接口主要實(shí)現汽車(chē)行駛記錄儀與PC機的RS232串口通信功能。MAX232芯片是常用的RS-232C與TTL電平轉換器，它的內部有電壓倍增電路和轉換電路，只需+5 V電源便可實(shí)現RS-232C與TTL電平轉換，使用方便，一個(gè)芯片可連接2對收/發(fā)信號線(xiàn)。因此轉換器采用MAX23 2。其接口原理圖如圖4所示。

　　4 軟件設計

　　在軟件設計之前，為了確保SJAl000的片選地址與其他的外部存儲器無(wú)沖突，需先確定SJAl000的基地址及復位引腳，然后正確地初始化SJAl000。CAN接口電路的軟件設計主流程圖如圖5所示，主要包括CAN控制器的初始化、數據發(fā)送、數據接收及出錯處理等。

　　SJAl000的初始化只有在復位模式下才可以進(jìn)行，初始化主要包括工作方式的設置，接收濾波方式的設置，接收屏蔽寄存器和接收代碼寄存器的設置，波特率參數設置和中斷允許寄存器的設置等。其初始化流程如圖6所示。

　　CAN發(fā)送數據流程如圖7所示，接收數據流程如圖8所示。此程序以采集行駛車(chē)輛行駛速度和壓力數據為例。

　　5 結束語(yǔ)

　　CAN總線(xiàn)的應用，使汽車(chē)行駛記錄儀的信號采樣系統簡(jiǎn)化，降低了對MCU處理單元的性能要求，提高了汽車(chē)行駛記錄儀穩定性，可在RS232通信節點(diǎn)中建立 多點(diǎn)遠程通信，其硬件和軟件設計上都有所創(chuàng )新，使記錄儀安裝更為簡(jiǎn)便，具有很好的性?xún)r(jià)比和很強的可移植性和擴充性。