下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 摘 要 本 設(shè)計(jì)致力于汽車 CAN 總線儀表系統(tǒng)的研究，深入討論了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想與實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了在 LabVIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上建立基于 CAN 總線的虛擬儀表系統(tǒng)。 整個(gè) 設(shè)計(jì) 分為硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng) 兩部分 。其中硬件系統(tǒng)是以飛思卡爾公司的MC9S12XS128 作為 微處理器 的 核心 。 軟件系統(tǒng) 是 利用 C 語(yǔ)言編寫 程序?qū)崿F(xiàn)兩個(gè) CAN節(jié)點(diǎn) 之間的通訊以及利用 LABVIEW 編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與虛擬儀表之間的通訊。 系統(tǒng)首先構(gòu)建了一個(gè)由兩個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)組成的最簡(jiǎn)單的 CAN 網(wǎng)絡(luò)。對(duì)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)后，來(lái)實(shí)現(xiàn)相互 之間的通訊和數(shù)據(jù)收發(fā)，同時(shí)在汽車的 CAN 應(yīng)用層協(xié)議基礎(chǔ)上，上位機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)接收的 CAN 報(bào)文進(jìn)行處理，得到虛擬儀表各控件所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。其中，基于 LabVIEW 的虛擬儀表系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和單片機(jī)的 C 語(yǔ)言編程是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ： CAN 總線；汽車儀表； LabVIEW； C 語(yǔ)言；單片機(jī) 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT This paper researches automotive instrument based on CAN bus, deeply discusses the idea and the method of system design and brings forward the approach of design the automotive emulational virtual instrument system on the platform of LabVIEW software. The whole design of hardware system and software system is divided into two parts. One of the hardware system is the MC9S12XS128 as freescales company core microprocessor. A software system is using written in C language program realization of the communication between two CAN node using G language preparation and MCU and virtual instrument LABVIEW realization of the communication between. To construct a system first composed by two CAN node of the most simple CAN network. Two nodes software design, to realize mutual communication and data transceiver, meanwhile in automobile CAN application-layer protocol basis, PC node to receive message processing, CAN get virtual instrument corresponding each control the data. Among them, the LabVIEW virtual instrument based on SCM system development and the C programming language is the design of the key and difficult. Key words: CAN Bus； Automotive Instrument； LabVIEW； C Language； SCM 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 目 錄 摘要 . Abstract . 第 1 章 緒論 . 1 1.1 課題研究的目的和意義 . 1 1.2 汽車 儀表 的發(fā)展 . 2 1.3 CAN 總線技術(shù)推動(dòng)汽車儀表的升級(jí)換代 . 2 1.4 研究的基本內(nèi)容 . 3 第 2 章 CAN 總線原理 . 5 2.1 汽車總線 . 5 2.2 CAN 總線 . 5 2.2.1 CAN 總線簡(jiǎn)介 . 5 2.2.2 CAN 總線基本特點(diǎn) . 7 2.2.3 CAN 總線通訊介質(zhì)訪問(wèn)控制方式 . 7 2.2.4 CAN 總線的物理層設(shè)計(jì) . 8 2.2.5 CAN 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)原則 . 8 2.3 汽車的其他總線 . 8 2.3.1 LIN 總線簡(jiǎn)介 . 8 2.3.2 FLEXRAY 總線簡(jiǎn)介 . 9 2.3.3 MOST 總線簡(jiǎn)介 . 10 2.3.4 汽車總線比較 .11 2.4 汽車通訊協(xié)議 .11 2.4.1 SAE J1939 通訊協(xié)議 .11 2.4.2 CAN 總線協(xié) 議 . 12 2.5 本章小結(jié) . 15 第 3 章 汽車智能儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) . 16 3.1 硬件系統(tǒng)的組成 . 16 3.2 微處理器 的選擇 . 17 3.3 微處理器的介紹 . 17 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 3.4 MSCAN 總線模塊 . 18 3.5 CAN 總線節(jié)點(diǎn)的搭建 . 21 3.6 串行接口 電路 的 設(shè)計(jì) . 22 3.7 按鍵 電路設(shè)計(jì) . 22 3.8 電位計(jì) 電路設(shè)計(jì) . 22 3.9 本章小結(jié) . 24 第 4 章 汽車智能儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) . 25 4.1 LABVIEW 簡(jiǎn)介 . 25 4.2 下位機(jī)主程序流程圖 . 28 4.3 上位機(jī)流程圖 . 29 4.4 按鍵中斷函數(shù)流程圖 . 29 4.5 CAN 總線程序 . 30 4.6 本章小結(jié) . 44 第 5 章 系統(tǒng) 測(cè)試 . 45 5.1 整體概述 . 45 5.2 測(cè)試 . 46 5.3 本章小結(jié) . 53 結(jié)論 . 54 參考文獻(xiàn) . 55 致謝 . 56 附錄 A 英文原文 . 57 附錄 B 英文翻譯 . 64 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 1.1 課題研究的目的和意義 傳統(tǒng)的汽車儀表只能為駕駛員提供汽車運(yùn)行中必要而 又少量的數(shù)據(jù)信息。然而隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)漸漸不能滿足現(xiàn)代汽車對(duì)于汽車儀表的功能需要。因?yàn)槟壳皩?duì)汽車儀表的要求，已經(jīng)不僅僅滿足于單純的完成指示工作了，而且還要求汽車儀表能夠?qū)?shí)現(xiàn)對(duì)汽車各部件參數(shù)的監(jiān)測(cè) ， 而達(dá)到控制汽車各種運(yùn)行工況的目的。在未來(lái)，自動(dòng)導(dǎo)航和定位系統(tǒng)會(huì)漸漸成為汽車儀表的必不可少的配置，而且多媒體等娛樂(lè)技術(shù)也會(huì)嵌入到汽車儀表當(dāng)中。所以說(shuō)，汽車儀表的發(fā)展趨勢(shì)一定是向著全數(shù)字儀表的方向去發(fā)展的。 儀表是汽車工作狀態(tài)的信息顯示中心 ， 是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的平臺(tái) ， 是保證汽車安全行駛的關(guān)鍵零部 件之一。近年來(lái)隨著微電子技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展 ， CAN 總線協(xié)議在車載電控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用 ， 因此汽車儀表可通過(guò)CAN 總線直接在總線網(wǎng)絡(luò)上讀取所需的輸入信號(hào) ， 無(wú)須專門布置傳感器 ， 從而可使汽車儀表系統(tǒng)得到大大簡(jiǎn)化 ， 同時(shí)也顯著降低了儀表的成本。因此 ,將 CAN 總線通信應(yīng)用于汽車儀表已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。 本設(shè)計(jì)選用 16 位微控制器 MC9S12XS128，將儀表與微處理器、 CAN 總線技術(shù) 融合，基于 CAN 總線網(wǎng)絡(luò)的 汽車儀表將 代替原有的機(jī)械 式儀 表、電氣式儀表和模擬電路電子儀表 ， 把各參數(shù)的測(cè)量數(shù)字化，有利于和汽 車其它的電子集中控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，有利于汽車集中控制系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，此外還使得汽車儀表的功耗、安全性、可靠性、舒適性得到更好的提高。通過(guò)調(diào)整電路參數(shù)還可適應(yīng)不同種類和量程的產(chǎn)品需求，使得汽車儀表在結(jié)構(gòu)的通用化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度大大提高，進(jìn)而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備。 1.2 汽車 儀表 的發(fā)展 根據(jù)儀表的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和顯示方式，汽車儀表的發(fā)展過(guò)程可以分為以下四個(gè)階段 1： 1 傳統(tǒng)儀表階段。這一階段是從 20 世紀(jì)初到 20 世紀(jì) 30 年代，在此階段中汽車開(kāi)始安裝各種儀表，如車速里程表、水溫表、燃油 表、機(jī)油壓力表、電流表 (電壓表 )和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表等，這些確定了現(xiàn)代汽車儀表板的基本結(jié)構(gòu)。 這一階段汽車上的傳感器和儀表基本上都是機(jī)械式 /電磁機(jī)械式的，是基于機(jī)械作黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 用力而工作的機(jī)械式儀表 ， 所以也稱機(jī)械機(jī)芯表。這種汽車儀表功能單一，僅僅顯示傳感器的信息以向駕駛員提供自身的狀態(tài)參數(shù)，更多的是為安全性著想，信息量少，整個(gè)儀表系統(tǒng)的精度低，可靠性較差，體積較大，容易使駕駛員疲勞。 2電氣式儀表階段。這一階段從 20 世紀(jì) 40 年代到 50 年代，儀表功能實(shí)現(xiàn)不再僅僅依靠機(jī)械作用力，而是基于電測(cè)原理，即通過(guò)各類傳感器將被 測(cè)的非電量變換成電信號(hào)加以測(cè)量，稱之為電氣式儀表。 電氣式儀表中常用的是磁電式儀表，其作用原理是永久磁鐵在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)和可動(dòng)線圈通入電流后，相互作用而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩。磁電式儀表多用于測(cè)量電流和電壓，加上變換器可以進(jìn)行多種非電量的測(cè)量，如溫度、壓力等。磁電式儀表的性能穩(wěn)定，讀數(shù)精確，量限多，使用方便，適應(yīng)于直流電路的精密測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室中的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x表。但是其存在的最大缺陷就是隨著環(huán)境溫度的改變，測(cè)量誤差變大。 3現(xiàn)代電子儀表階段，也稱模擬電路電子式儀表。第 3 代汽車用儀表工作原理與電氣式儀表基本相同，只不過(guò) 是用電子器件取代原來(lái)的電氣器件，其出現(xiàn)的時(shí)間大致在 20 世紀(jì) 50 60 年代。 隨著集成電路技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，這種儀表現(xiàn)在均采用汽車儀表專用集成電路，是國(guó)內(nèi)汽車儀表目前主流產(chǎn)品，目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)汽車還是采用這種結(jié)構(gòu)的儀表。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了動(dòng)圈式機(jī)心和動(dòng)磁式機(jī)心階段，圍繞著提高指示精度和指針平穩(wěn)性，動(dòng)磁式代替了動(dòng)圈式 2。 4步進(jìn)電機(jī)式全數(shù)字汽車儀表。全數(shù)字式汽車儀表在國(guó)外從 80 年代末就己經(jīng)開(kāi)始研究，在國(guó)內(nèi)直到最近才開(kāi)始對(duì)其重視。從其應(yīng)用技術(shù)手段上看，還是電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表，但是信 號(hào)傳輸方式己經(jīng)從模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，并朝著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化方向發(fā)展。其應(yīng)用特點(diǎn)是單片機(jī)與微處理器的廣泛應(yīng)用，同時(shí)軟件程序在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中占的比重也越來(lái)越大，內(nèi)部程序的編寫取代了外圍電路的連接閉。與傳統(tǒng)的模擬儀表相比較具有：使用壽命長(zhǎng)、精度高、可靠性好、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。 1.3 CAN 總線技術(shù)推動(dòng)汽車儀表的升級(jí)換代 隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，將汽車工業(yè)推入了一個(gè)全新的時(shí)代。由于汽車排放、節(jié)能、安全和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車電子控制程度也越來(lái)越高。汽車電子裝置發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，是 大量使用微型計(jì)算機(jī)來(lái)提高汽車的性能。目前，平均每輛車上汽車電子裝置的費(fèi)用約占整車成本的 20%，而且越是高檔的轎車電子化程度越高。有的豪華轎車已經(jīng)使用了 48 個(gè)單片微型計(jì)算機(jī)。汽車電子控制裝置的增多， 使得連接汽車電子控制裝置之間導(dǎo)線也變得更為復(fù)雜 3。因此，解決現(xiàn)代汽車中黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 眾多控制裝置和電子儀表之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，以及車載電子裝置之間的數(shù)據(jù)通信問(wèn)題變得越來(lái)越重要，汽車儀表技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 為解決該問(wèn)題，德國(guó) Bosch 公司在 80 年代初開(kāi)發(fā)了一種串行數(shù)據(jù)總線， CAN 總線。 CAN 總線是一種現(xiàn)場(chǎng)總線，通訊線可以是一根雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，將各種汽車電子裝置連接成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 4。它可以有效地支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)系統(tǒng)中，各控制裝置獨(dú)立運(yùn)行，控制和改善汽車某一方面的性能，同時(shí)可為其他控制裝置提供數(shù)據(jù)服務(wù)。以分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)造的汽車車載電子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于 CAN 總線具有通信速率高、可靠性好、連接方便、多主站點(diǎn)、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單和性能價(jià)格比高等突出的優(yōu)點(diǎn)。如今， CAN 總線已成為汽車電子控制裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線，在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 為使不同廠家生產(chǎn)的零部件能在同一輛汽車中協(xié)調(diào)工作， 1993 年 11 月， ISO 在充分考慮工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的背景下，正式頒布了 CAN 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，為控制器局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣鋪平了道路。同時(shí)， CAN 總線得到 Motorola、 Intel、 Philips 等著名半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家的廣泛支持，他們紛紛推出了 CAN 接口芯片與直接帶有 CAN 控制器的微控制器 (MCU)芯片，如 Intel 公司的 82527， Philips 公司的 SJA1000， 82C250 等。因此在接口芯片技術(shù)方面， CAN 已遙遙領(lǐng)先于其它的現(xiàn)場(chǎng)總線，正 逐步形成系列。到目前為至，世界上已擁有 20 多家 CAN 總線控制器芯片生產(chǎn)商， 110 多種 CAN 總線協(xié)議控制器芯片和集成 CAN 總線協(xié)議控制器的微控制器芯片。在儀表中的 CAN 應(yīng)用，主要使用低速通訊接收汽車信息數(shù)據(jù)，可以從其他 ECU 接收實(shí)時(shí)的車速、轉(zhuǎn)速、剩余油量以及發(fā)動(dòng)機(jī)水溫信號(hào)進(jìn)行模擬指示；另外也可以接收如 ABS、油壓等報(bào)警信息提示駕駛員。 CAN 在汽車中另外一個(gè)重要應(yīng)用是診斷 (Diagnosis)，有專門利用 CAN通訊的診斷儀提供給維修廠，汽車各電子控制部分的診斷信息，也可以通過(guò)儀表顯示。 CAN 總線是 一種非常適于汽車環(huán)境的汽車局域網(wǎng)，在現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中， CAN 已經(jīng)成為了必須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、雷諾汽車都將 CAN 總線作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。在國(guó)內(nèi)汽車工業(yè)中，一些引進(jìn)車型，如大眾的帕薩特和 POLO、豐田“花冠”，福特嘉年華等中檔車中 CAN 總線技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。由于我國(guó)中高級(jí)車以歐洲車型為主，因此隨著 CAN 總線技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車儀表會(huì)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。 1.4 研究的基本內(nèi)容 1 基于 LABVIEW 軟件的汽車儀表設(shè)計(jì) 。 2 對(duì)汽車儀表的硬件部分進(jìn)行 設(shè)計(jì) 。本文選用飛思卡爾 MC9S12XS128 單片機(jī)為微處理器 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3 通過(guò) C 語(yǔ)言編程 和 LABVIEW 編程實(shí)現(xiàn) 兩個(gè) CAN 節(jié)點(diǎn)之間的通信 以及單片機(jī)和 PC 機(jī)之間的通訊。 4 對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 CAN 總線原理 2.1 汽車總線 汽車總線控制是汽車發(fā)展的趨勢(shì)，現(xiàn)代汽車的功能日新月異，而每增加一項(xiàng)功能都要增加相應(yīng)的電氣連接，使得分布車體各處的電纜趨于龐大和昂貴，且導(dǎo)致設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)的困難。傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已不能滿足汽車對(duì)安全性、性能和便利性的要求這種技術(shù)進(jìn)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用就是這種進(jìn)展導(dǎo)致的必然結(jié)果。 汽車總線 控制是汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，要想進(jìn)行總線控制，必須從軟件和硬件兩個(gè)方面著手，而使用嵌入式操作系統(tǒng)對(duì)軟硬件進(jìn)行管理，不論是實(shí)時(shí)性還是從可靠性來(lái)講，都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)在在汽車上使用的主要總線， CAN 總線、 LIN 總線、FLEXRAY 總線以及 MOST 總線 5。 2.2 CAN 總線 2.2.1 CAN 總線簡(jiǎn)介 CAN 是一種汽車產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用的數(shù)據(jù)與控制通信網(wǎng)絡(luò)，是一種極具強(qiáng)韌性的電氣規(guī)范和協(xié)議，專門設(shè)計(jì)用于轎車或卡車中危險(xiǎn)、常常無(wú)法預(yù)料的惡劣環(huán)境，而這種環(huán)境中有許多應(yīng)用需要極高的可靠性和容錯(cuò)能力。 1986 年 2 月， RobertBosch 公司在 SAE 年會(huì)上介紹了一種新型的串行總線系統(tǒng) CAN（ Controller Area Network）。根據(jù)這個(gè) CAN 協(xié)議，在 1987 年中期， Intel 開(kāi)發(fā)了首個(gè) CAN 控制器 82526。不久，Philips 半導(dǎo)體也推出了 82C200。這兩種 CAN 控制器在報(bào)文過(guò)濾和控制上有許多的不同。 Philips 半導(dǎo)體的方式叫 BasicCAN； Intel的方式叫 FullCAN，由此后的不斷發(fā)展，從而形成了 FullCAN 和 BasicCAN 兩大陣營(yíng)。 在 20 世紀(jì) 90 年代初， Bosch CAN 規(guī)范 （ CAN 2.0）被提交給了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織。經(jīng)過(guò)討論，應(yīng)一些法國(guó)主要汽車商的要求，包含了吸收一些 VAN 網(wǎng)（ Vehicle Area Network）的內(nèi)容。并于 1993 年 11 月出版了正式的 CAN 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO118986。從此CAN 協(xié)議被廣泛的用于各類自動(dòng)化控制領(lǐng)域。在 1992 年，奔馳公司首先在他們的高級(jí)轎車上使用了 CAN 技術(shù)。這是 CAN 技術(shù)在車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的首次實(shí)際使用。 CAN 網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的一種，它是一種架構(gòu)開(kāi)放、廣播式的新一代網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，稱為控制器局域網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線 ,是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總 線之一。隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車上各種電子控制單元的數(shù)目不斷增加，連接導(dǎo)線顯著增加，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 因而提高控制單元間通訊可靠性和降低導(dǎo)線成本已成為迫切需要解決的問(wèn)題。 CAN 推出之初是用于汽車內(nèi)部測(cè)量和執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信。例如汽車剎車、防抱死系統(tǒng)、安全氣囊等。機(jī)動(dòng)車輛總線和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的需求有許多相似之處，即能夠以較低的成本、較高的實(shí)時(shí)處理能力在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠地工作。 CAN 總線可廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域中的過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制，特別是工業(yè)自動(dòng)化的底層監(jiān)控，以解決控制與測(cè)試之間的可靠和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。 CAN 總線能有效支 持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，具有抗干擾性強(qiáng)和使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)和工業(yè)控制等自動(dòng)化領(lǐng)域，如分布式環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、溫室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、變電站變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等， CAN 總線可在同一網(wǎng)絡(luò)上連接多種不同功能的傳感器（如位置，溫度或壓力等）。 總線上的每個(gè) CAN 組件都分配有一個(gè)軟件賦值的 ID?？偩€在邏輯上等效于線與功能，可以被任意一個(gè)試圖發(fā)送數(shù)據(jù)的組件拉低。發(fā)送時(shí)脈是由發(fā)送組件產(chǎn)生的，因此所有接收組件必須重建時(shí)脈和數(shù)據(jù)位。組件之間傳送的數(shù)據(jù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的 CAN 通訊格式，其中包括目的組件 ID、控 制和數(shù)據(jù) 信 息負(fù)荷以及 CRC。最終指定的接收器將把總線拉低以確認(rèn)收到一個(gè)完整的、 CRC 正確的訊框，然后釋放總線使之回到空閑狀態(tài)。每個(gè)試圖發(fā)送的組件在發(fā)送之前首先要檢查總線是否處于空閑狀態(tài)。如果出現(xiàn)多個(gè)組件試圖同時(shí)發(fā)送的情況，并且總線上數(shù)據(jù)出錯(cuò)時(shí)它們必須相互偵聽(tīng)，先后退一段時(shí)間然后再嘗試發(fā)送。 CAN 總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串性通訊網(wǎng)絡(luò)。 CAN 總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜或光導(dǎo)纖維，通信速率可達(dá) 1Mbps/40m，通信距離可達(dá) 10Km/40Kbps。由于 其通信速率高，可靠性好以及價(jià)格低廉等特點(diǎn)，使其特別適合中小規(guī)模的工業(yè)過(guò)程監(jiān)控設(shè)備的互連和交通運(yùn)載工具電氣系統(tǒng)中?，F(xiàn)代汽車典型的控制單元有電控燃油噴射系統(tǒng)，電控傳動(dòng)系統(tǒng)，防抱死制動(dòng)系統(tǒng) (ABS)，防滑控制系統(tǒng) (ASR)，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)，巡航系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，車身電子控制系統(tǒng) (包括照明指示和車窗，刮雨器等 )。 2.2.2 CAN 總線基本特點(diǎn) CAN 總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其通信接口中集成了 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對(duì)數(shù)據(jù)的成幀處理，用戶可在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)適應(yīng)系統(tǒng)實(shí)際需要的應(yīng)用層通信協(xié)議 7。 CAN 協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼，而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊編碼，采用這種方法可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制，還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)收到相同的數(shù)據(jù)。 CAN 采用非破壞性仲裁技術(shù)，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送數(shù)據(jù)時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 有效避免了總線沖突 ,節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間； CAN 采用短幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度最多為 8 個(gè)字節(jié) ,每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè)（ CAN 技術(shù)規(guī)范 2.0A），數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送的時(shí)間短， 8 個(gè)字節(jié)不會(huì)占用總線時(shí)間 過(guò)長(zhǎng)，從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。 CAN 的每幀數(shù)據(jù)都有 CRC 效驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃?，適于在高干擾環(huán)境中使用； CAN 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上其它操作不受影響； CAN 是一種多主總線，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)機(jī)均可成為主機(jī)，且節(jié)點(diǎn)機(jī)之間也可進(jìn)行。 通信網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向總線上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 ,可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)； CAN 總線提供高速數(shù)據(jù)傳送，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，在短距離 (40m)條件下具有高速 (1Mbit/s)數(shù)據(jù)傳輸能力，而在最大距離 10000m 時(shí)具有低速 (5kbits/s)傳輸能力，采用不歸零碼（ NRZ-Non-Return-to-Zero）編碼解碼方式，并采用位填充（插入）技術(shù)。 2.2.3 CAN 總線介質(zhì)通訊訪問(wèn)方式 CAN 采用了的 3 層模型：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。 CAN 支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型。傳輸介質(zhì)為雙絞線、同軸電纜和光纖等。采用雙絞線通信時(shí)，速率為1Mbps/40m,50Kbps/10Km,結(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 110 個(gè)。 CAN 的通信介質(zhì)訪問(wèn)為帶有優(yōu)先級(jí)的CS-MA/CA。采用多主競(jìng)爭(zhēng)方式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)總線空閑時(shí)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有權(quán)使用網(wǎng)絡(luò)。在發(fā)生沖突時(shí)，采用非破壞性總線優(yōu)先仲裁技術(shù)，當(dāng)幾個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送消息時(shí)，運(yùn)用逐位仲裁原則，借助幀中開(kāi)始部分的表示符，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響的繼續(xù)發(fā)送信息，從而有效地避免了總線沖突，使信息和時(shí)間均無(wú)損失。例如，規(guī)定 0 的優(yōu)先級(jí)高，在節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息時(shí)， CAN 總線作與運(yùn)算。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是邊發(fā)送信息邊檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，當(dāng)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送 1 而檢測(cè) 到 0時(shí)，此節(jié)點(diǎn)知道有更高優(yōu)先級(jí)的信息在發(fā)送，它就停止發(fā)送信息，直到再一次檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)空閑。 CAN 的傳輸信號(hào)采用短幀結(jié)構(gòu)（有效數(shù)據(jù)最多為 8 個(gè)字節(jié)）和帶優(yōu)先級(jí)的CS-MA/CA 通信介質(zhì)訪問(wèn)控制方式，對(duì)高優(yōu)先級(jí)的通信請(qǐng)求來(lái)說(shuō)，在 1Mbps 通信速率時(shí)，最長(zhǎng)的等待時(shí)間為 0.15ms，完全可以滿足現(xiàn)場(chǎng)控制的實(shí)時(shí)性要求。 CAN 突出的差錯(cuò)檢驗(yàn)機(jī)理，如 5 種錯(cuò)誤檢測(cè)、出錯(cuò)標(biāo)定和故障界定； CAN 傳輸信號(hào)為短幀結(jié)構(gòu)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，這些保證了出錯(cuò)率極低。另外， CAN 節(jié)點(diǎn)在嚴(yán)重錯(cuò)誤的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以使 總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作不受其影響。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 CAN 的通信協(xié)議主要有 CAN 總線控制器完成。 CAN 控制器主要由實(shí)現(xiàn) CAN 總線協(xié)議部分和微控制器接口部分電路組成。通過(guò)簡(jiǎn)單的連接即可完成 CAN 協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，應(yīng)用層功能由微控制器完成。 CAN 總線上的節(jié)點(diǎn)即可以是基于微控制器的智能節(jié)點(diǎn)，也可以是具有 CAN 接口的 I/O 器件 8。 2.2.4 CAN 總線物理層設(shè)計(jì) CAN 總線協(xié)議對(duì)物理層沒(méi)有嚴(yán)格定義，給使用者較大的靈活性，同時(shí)也給設(shè)計(jì)者帶來(lái)了困難。 CAN 總線物理層的設(shè)計(jì)原則是：針對(duì) CTXO 的輸出狀態(tài)顯性、隱性 ，總線應(yīng)具有兩種不同電平，接收端呈現(xiàn)（顯性 和 隱性）兩種狀態(tài)。不要求總線必須是數(shù)字邏輯電平，只要是能夠呈現(xiàn)兩種電平（顯性和隱性）的模擬量，滿足上述設(shè)計(jì)原則就可以。 CAN 控制器芯片的片內(nèi)輸出驅(qū)動(dòng)器和輸入比較器可編程，它可方便地提供多種發(fā)送類型，諸如：?jiǎn)尉€總線、雙線總線（差分）和光纜總線。它可以直接驅(qū)動(dòng)總線，若網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大，節(jié)點(diǎn)數(shù)比較多，需要外加總線驅(qū)動(dòng)元件，以增大輸出電流。用 CAN收發(fā)器作為 CAN 控制器和物理總線之間的接口，提供向總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN 控制器的差動(dòng)接收能力。一般在驅(qū)動(dòng)芯片和 CAN 控制 器之間加入光電耦合器 ,增加抗干擾能力。 CAN 總線的速度將由光電耦合器的速度決定。比如：用 4N27 光耦，因?yàn)樗捻憫?yīng)速度比較慢， CAN 網(wǎng)絡(luò)的位速度只能達(dá)到幾十 Kbit/S。如果采用 6N137高速光電耦合器， CAN 網(wǎng)絡(luò)速度可以達(dá)到和電阻網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)時(shí)的速度一樣。 2.2.5 CAN 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)原則 CAN 控制器其內(nèi)部硬件實(shí)現(xiàn) CAN 總線物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有協(xié)議內(nèi)容，有關(guān) CAN 總線的通信功能均由 CAN 控制器自動(dòng)管理執(zhí)行。 CAN 控制器對(duì)于 CPU 來(lái)說(shuō)，是以確保雙方獨(dú)立工作的存儲(chǔ)影像外圍設(shè)備出現(xiàn)的。 CAN 控制器的地址域由 控制段和報(bào)文緩存器組成，在初始化向下加載期間，控制段可被編程以配置通信參數(shù)。 CAN 總線上的通信也通過(guò)此段由 CPU 控制，被發(fā)送的報(bào)文必須寫入發(fā)送緩存器，成功接收后，CPU 可以從接收緩存器讀取報(bào)文，然后釋放它，以備下次使用。對(duì)于在片的 CAN 控制器，它與 CPU 之間的接口一般借助于 4 個(gè)特殊寄存器： CAN 地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、控制寄存器、狀態(tài)寄存器。對(duì)于單獨(dú)的 CAN 控制器， MCU 可以通過(guò)其地址總線對(duì)其寄存器直接尋址，就像 MCU 對(duì)一般外部 RAM 尋址一樣。通過(guò)對(duì)這些寄存器編程操作，可很方便控制 CAN 控制器完成通訊功能。 2.3 汽車其他總線 2.3.1 LIN 總線簡(jiǎn)介 LIN 總線是用于車體控制應(yīng)用的新興標(biāo)準(zhǔn) ， 用于汽車中分布電子系統(tǒng)的新型低成黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 本串行通訊系統(tǒng)，它是現(xiàn)有汽車多重傳輸網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充。 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 相對(duì)于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現(xiàn)成本和無(wú)需在從屬節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。 LIN 總線是一種串行通信網(wǎng)絡(luò)，可以將開(kāi)關(guān)、顯示器、傳感器和執(zhí)行器等簡(jiǎn)單控制設(shè)備連接起來(lái)，主要用于汽車中的分 布式電子控制系統(tǒng)。 LIN 采用單主機(jī) /多從機(jī)的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（沒(méi)有總線仲裁），僅使用一根 12V 信號(hào)總線。主節(jié)點(diǎn)包含主任務(wù)和從任務(wù)，從節(jié)點(diǎn)只包含從任務(wù)。它不需要專門的片上通訊模塊，采用標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 USART，速率可達(dá) 20kbps，總線長(zhǎng)度不大于 40m。 LIN 總線作為一種輔助的總線網(wǎng)絡(luò)，在不需要 CAN 總線的優(yōu)越性能的場(chǎng)合，相比于 CAN 總線具有更高的性價(jià)比 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要 CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 是關(guān)于汽車本地互連網(wǎng)絡(luò)的一個(gè) 總體通訊概念。該規(guī)范包含協(xié)議的定義、物理層以及用于開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口定義。對(duì)于不需要控制器局域網(wǎng)絡(luò)的高帶寬和多種功能的應(yīng)用， LIN 實(shí)現(xiàn)了一種具有成本效益的智能傳感器和執(zhí)行器的通訊方式。這種通訊是基于串行通訊接口 (SCI)、數(shù)據(jù)格式、單宿主 /多從概念、單線 12V 總線和沒(méi)有穩(wěn)定時(shí)間基的節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。低端多路通訊的汽車標(biāo)準(zhǔn)不久前才出現(xiàn)。 LIN 協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)串行低成本通訊概念和開(kāi)發(fā)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，汽車制造商及其供應(yīng)商能以非常經(jīng)濟(jì)的方式創(chuàng)建、實(shí)現(xiàn)和處理復(fù)雜的分層化多路復(fù)用系統(tǒng)。 LIN 規(guī)范包含傳輸協(xié) 議、傳輸介質(zhì)以及用于開(kāi)發(fā)工具和應(yīng)用軟件的接口。 LIN 在硬件和軟件方面支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互操作性并具有可預(yù)測(cè)的電磁兼容 (EMC)行為。這個(gè)概念可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)工具鏈并提高了開(kāi)發(fā)速度和網(wǎng)絡(luò)的可靠性。 LIN 瞄準(zhǔn)一些低端應(yīng)用，在這些應(yīng)用中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的通訊成本都必須大大低于 CAN 而且不需要CAN 的高性能、高帶寬和多功能。 LIN 相對(duì)于 CAN 的成本節(jié)省主要是由于采用單線傳輸、硅片中硬件或軟件的低實(shí)現(xiàn)成本和無(wú)需在從屬節(jié)點(diǎn)中使用石英或陶瓷諧振器。這些優(yōu)點(diǎn)是以較低的帶寬和受局限的單宿主總線訪問(wèn)方法為代價(jià)的。 2.3.2 FLEXRAY 總線簡(jiǎn)介 FlexRay 標(biāo)準(zhǔn)在車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)中具有較大優(yōu)勢(shì)和廣泛的潛在應(yīng)用機(jī)會(huì)。在 FlexRay協(xié)議制定 5 年后，該協(xié)議規(guī)范的第二版 (V2.1)在 2005 年春季發(fā)布。由于新技術(shù)能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的新應(yīng)用，整個(gè)行業(yè)對(duì)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生了濃厚的興趣， FlexRay 提供了傳統(tǒng)車內(nèi)通信協(xié)議所不具備的大量特性，包括： 2 10Mbps 的數(shù)據(jù)速率， FlexRay 支持兩個(gè)通信信道，每個(gè)信道的速度達(dá)到 10Mbps。與 CAN 協(xié)議相比，將可用帶寬提高 10-40黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 倍，具體大小取決于配置和對(duì)比模式的不同。 FlexRay 中使用的訪問(wèn)方法是基 于同步時(shí)基的。該時(shí)基通過(guò)協(xié)議自動(dòng)建立和同步，并提供給應(yīng)用。時(shí)基的精確度介于 0.5us和 10us 之間 (通常為 1-2us)。知道消息的到達(dá)時(shí)間，通信是在不斷循環(huán)的周期中進(jìn)行的，特定消息在通信周期中擁有固定位置，因此接收器已經(jīng)提前知道了消息到達(dá)的時(shí)間。到達(dá)時(shí)間的臨時(shí)偏差幅度會(huì)非常小，并能得到保證。 冗余和非冗余通信為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可用性， FlexRay 提供了冗余傳輸消息的選項(xiàng)。消息能夠冗余傳輸，但并不是所有消息都必須冗余傳輸，否則會(huì)導(dǎo)致帶寬的過(guò)多損耗。在 FlexRay 協(xié)議的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，關(guān)注的主要問(wèn)題是靈活性。不僅提 供消息冗余傳輸或非冗余傳輸兩種選擇，系統(tǒng)還可以進(jìn)行優(yōu)化，以提高可用性 (靜態(tài)帶寬分配 )或吞吐量 (動(dòng)態(tài)帶寬分配 )。用戶還可以擴(kuò)展系統(tǒng)，而無(wú)需調(diào)整現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)中的軟件。同時(shí)，還支持總線或星型拓?fù)洹?FlexRay 提供了大量配置參數(shù)，可以支持對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，如通信周期的持續(xù)時(shí)間、消息長(zhǎng)度等，以滿足特定應(yīng)用的需求。 FlexRay 適合于很多應(yīng)用領(lǐng)域，替代 CAN 總線在數(shù)據(jù)速率要求超過(guò) CAN 的應(yīng)用中，人們現(xiàn)在同時(shí)使用了兩條或多條 CAN 總線。 FlexRay 是替代這種多總線解決方案的理想技術(shù)。骨干網(wǎng)絡(luò) FlexRay 具有很高的數(shù)據(jù)速 率，因而非常適合于汽車骨干網(wǎng)絡(luò)，用于連接多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。實(shí)時(shí)應(yīng)用，分布式控制系統(tǒng)用戶可以提前知道消息到達(dá)時(shí)間，消息周期偏差非常小，這使得 FlexRay 成為具有嚴(yán)格實(shí)時(shí)要求的分布式控制系統(tǒng)的首選技術(shù)。面向安全的系統(tǒng) FlexRay 本身不能確保系統(tǒng)安全，但它具備大量功能，可以支持面向安全的系統(tǒng) (如線控系統(tǒng) )設(shè)計(jì)。 2.3.3 MOST 總線簡(jiǎn)介 MOST 是汽車業(yè)合作的成果，是車內(nèi)多媒體通訊的一個(gè)協(xié)議，但是不具備正式的標(biāo)準(zhǔn)，最初構(gòu)想始于 90 年代中期，作為寶馬公司、戴姆勒克萊斯勒（ DaimlerChrysler）公司、 Harman/Becker 公司（音響系統(tǒng)制造商）和 OasisSilicon Systems 公司之間的一項(xiàng)聯(lián)合。（ 1998 年），參與各方建立了一個(gè)自主的實(shí)體，即 MOST 公司，由它控制總線的定義工作。 MOST 定義標(biāo)準(zhǔn) OSI 模型的所有七層，對(duì)汽車多媒體環(huán)境作了高度的優(yōu)化，對(duì)要處理的主要流量類型規(guī)定了信號(hào)類別。 在物理層上傳輸介質(zhì)本身是有塑料保護(hù)套、內(nèi)芯為 1mm 的 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖， OEM 供應(yīng)商可將一束光纖像電線一樣捆成光纜。光纖傳輸采用 650nm（紅色）的 LED 發(fā)射器。 MOST 的定義是非常普通的，允 許采用多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星形和環(huán)形，大多數(shù)汽車裝置都采用環(huán)形布局。一個(gè) MOST 網(wǎng)絡(luò)中最多可以有 64 個(gè)結(jié)點(diǎn)。一旦汽車接通電源，網(wǎng)絡(luò)中的所有 MOST 結(jié)點(diǎn)就全部激活。 MOST 結(jié)點(diǎn)在通電時(shí)的默認(rèn)狀態(tài)是直通