汽車控制系統(tǒng)的CAN總線應(yīng)用摘要現(xiàn)代汽車上安裝和使用了越來越多的電子控制單元(ECU),大大提高了汽車的動力性、經(jīng)濟性、舒適性和操作的方便性,但隨之增加的復雜電路使車內(nèi)線束增多、空間緊張、布線復雜,導致車身重量明顯增加,降低了車輛的可靠性,增加了維修難度。另外,各電控單元之間也需要傳遞大量的信息,有些信息是多個電控單元共享的,傳統(tǒng)的點對點的接線和布線方式不能實現(xiàn)信息共享。由于現(xiàn)代汽車的電子控制器及儀表的數(shù)量越來越多,因此現(xiàn)代汽車一般采用CAN總線系統(tǒng),將整個汽車控制系統(tǒng)聯(lián)系起來統(tǒng)一管理,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和相互之間協(xié)同工作。把CAN總線技術(shù)應(yīng)用于汽車的電氣控制就可以解決這些問題,也是目前國內(nèi)外汽車制造商大力開發(fā)和正在使用的新技術(shù)。CAN已被廣泛應(yīng)用到各個自動化控制系統(tǒng)中,從高速的網(wǎng)絡(luò)到低價位的多路接線都可以使用CAN.例如,在汽車電子、自動控制、智能大廈、電力系統(tǒng)和安防監(jiān)控等領(lǐng)域,CAN都具有不可比擬的優(yōu)越性。現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)復雜,傳感器遍布全車,其類型多種多樣,這使得數(shù)據(jù)變得復雜,大小不盡相同,因此速率也不相同,另外車身系統(tǒng)也需要獲得驅(qū)動系統(tǒng)的信息,以供維修人員或者駕駛者參考。因此有必要設(shè)計一個高效、可靠的網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。1.汽車CAN總線系統(tǒng).CAN的全稱是:ControllerAreaNetwork,即區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制器。CAN總線中數(shù)據(jù)在串聯(lián)總線上可以一個接一個地傳送,所有參加CAN總線的分系統(tǒng)都可以通過其控制單元上的CAN總線接口進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。CAN總線是一個多路傳輸系統(tǒng),當某一單元出現(xiàn)故障時不會影響其他單元的工作,汽車CAN總線對不同數(shù)據(jù)的傳輸速率是不一樣的,對發(fā)動機電控系統(tǒng)和ABS等實時控制用數(shù)據(jù)實施的是高速傳輸,速率為0.125M波特率～1M波特率;對車身調(diào)節(jié)系統(tǒng)(如空調(diào))的數(shù)據(jù)實施的是低速傳輸,傳輸速率在10～125K波特率;其他如多媒體系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)則為中速傳輸,速率在前兩者之間,這樣的區(qū)分提高了總線的傳輸效率。圖1為某種客車的CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1一種客車的CAN總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)車身系統(tǒng)CAN總線的主要連接對象為:中控、門控制器及其他一些組件。車身系統(tǒng)的控制對象主要是4個門上的集控鎖、車窗、行李箱鎖、后視鏡及車內(nèi)頂燈。在具備遙控功能的情況下,還包括對遙控信號的接收處理和其他防盜系統(tǒng)的控制等等。現(xiàn)代汽車中所使用的電子通訊系統(tǒng)越來越多,如汽車自動診斷系統(tǒng)、自動巡航系統(tǒng)(ACC)和車載多媒體系統(tǒng)等。系統(tǒng)和汽車故障診斷系統(tǒng)之間均需要進行數(shù)據(jù)交換。2.汽車車身整體控制系統(tǒng)設(shè)計.整個系統(tǒng)主要由車內(nèi)儀表、照明及信號燈組、自動車窗電控節(jié)點組成。本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中包含1個車內(nèi)儀表板、4組照明、信號燈組和4個車門,共9個節(jié)點。其中,照明、信號燈組中包括遠光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、剎車燈,且不同燈的安裝位置不盡相同,如圖2所示。中央控制單元安裝在汽車儀表板上,接收司機的操作指令,其余4個節(jié)點則分別安裝在車頭、尾部的左側(cè)和右側(cè),與不同車燈相連,控制車燈狀態(tài)。圖2車燈總線控制結(jié)構(gòu)圖孕門控單元不作但通過CA刊N總線接收也中央控制單虜元指令,還術(shù)接收車門上救的開關(guān)信號索輸入,根據(jù)勁指令和開關(guān)疾信號,門控偷單元做出相欣應(yīng)的動作,適然后把執(zhí)行滑結(jié)果發(fā)往中渾央控制單元叛,門控單元播功能如圖3善所示換。將所有節(jié)擠點連接起來麥,組成一個承汽車內(nèi)部控有制網(wǎng)絡(luò)。由燒于每個CA喚N節(jié)點與網(wǎng)濟絡(luò)連接只用液兩根線CA濫NH線和C珠ANL線,綱從而大大減蹲少了線束的端使用量。中葬央控制節(jié)點墓和其它節(jié)點嘴之間通過C舌AN收發(fā)器昨及CAN控炭制器相連,濁單個節(jié)點包匯括一個單片痕機控制器、煌一個CAN破收發(fā)器和一咳個CAN控鋸制器。中央絹控制節(jié)點接壩收各節(jié)點發(fā)扯送的現(xiàn)場數(shù)欣據(jù),經(jīng)過綜懂合計算、判零斷做出相應(yīng)婆的控制命令代,這些命令太將通過CA獄N總線傳送禾至各節(jié)點,怪各節(jié)點由單恰片機作為控泉制器,它用愁于多采集現(xiàn)場的艱各項參數(shù),炭并執(zhí)行中央源控制節(jié)點發(fā)扣送的各項命暈令,這些命斗令將最終傳躍送至各執(zhí)行公機構(gòu),如車慕門電機、車種燈、車窗繼答電器等。喬圖3吧門控單元功涂能圖炕3.汽車檢綁測線控制系宿統(tǒng)的設(shè)計.肥國內(nèi)的汽車東檢測線大多詢采用2級分盡布式計算姨機控制方式納,其系統(tǒng)盟結(jié)構(gòu)如圖4校所示。第1樣級為工位控羊制級,由分通布在各工位觀上的工位機磨完成測控工工作,主要擔暢負檢測設(shè)備壩運行控制、放數(shù)據(jù)采集和知通信等任務(wù)邪。第2級為倒監(jiān)督管理級櫻,由主控機恢完成測控工睜作,具有安煉排檢測程序溝、擔負全線蘿調(diào)度、綜合全判定檢測結(jié)肯果、存儲并李集中打印檢龍測結(jié)果報告域單和管理數(shù)點據(jù)庫等功能思。主控機主控機CAN收發(fā)器側(cè)滑檢測制動檢測聲級檢測燈光檢測速度檢測排放檢測軸重檢測CAN卡CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器側(cè)滑檢測制動檢測聲級檢測燈光檢測速度檢測排放檢測軸重檢測CAN卡CAN收發(fā)器CAN收發(fā)器ARM微控制器ARM微控制器ARM微控制器CAN總線陳圖4稅圖CAN總線尺計算機控制考系統(tǒng)結(jié)構(gòu)煤4.畢CAN總線溝計算機控制賤系統(tǒng)咬本文設(shè)計了奮基于CAN械總線,以嵌坡入式系統(tǒng)為壇工位機的汽隨車檢測線計湊算機控制系歡統(tǒng)申,灶其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)取如圖所示。鄉(xiāng)該系統(tǒng)以C經(jīng)AN總線技規(guī)術(shù)為核心騎,忘采用總線型程網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)惰構(gòu)。3個工傅位由ARM武微控制器組埋成的嵌入式棋系統(tǒng)代替工梯業(yè)控制計算渣機連接到C堵AN總線上螞,礦主控機和登坐錄機采用普直通計算機杜,盼它們通過C寫AN卡與3濟個CAN總厭線工位節(jié)點暑進行信息交申換。CAN槐總線工位節(jié)甘點把采集到猛的現(xiàn)場信號甩經(jīng)過調(diào)理變架換后揉,給送到ARM羨微控制器中歲,脆最后變成數(shù)議字信號。數(shù)斥字信號經(jīng)A灰RM微控制墓器中的CA界N控制器處燒理后卸,順由CAN收最發(fā)器通過總言線與主控機陜進行CAN賀協(xié)議的數(shù)據(jù)府交換。主控蜜機對傳感器填檢測到的現(xiàn)沃場信號進一邀步分析、處競理和存儲加,雖完成了系統(tǒng)燒的在線檢測穿和計算機控注制。趴本設(shè)計有如擋下特點:1炊.采用基于繞32位高性岸能ARM微點控制器的嵌劇入式系統(tǒng)作善為工位機,辟代替?zhèn)鹘y(tǒng)的趟工業(yè)控制計災(zāi)算機。以A坡RM為核心木的嵌入式系灶統(tǒng)具有體積槽小、功耗低記及程序固化今在閃存芯片過上等特點,緩可有效節(jié)約內(nèi)系統(tǒng)成本,搭簡化系統(tǒng)安括裝及調(diào)試,韻增加系統(tǒng)穩(wěn)摧定性和可靠姓性。2.采魯用CAN總梅線代替以太杏網(wǎng)來完成各隙工位機之間愈的通信。以窮太網(wǎng)節(jié)點的嘩硬件成本、植軟件開發(fā)費交用很高。而柴CAN總線巖使用普通雙偽絞線作為傳直輸介質(zhì),夜采用總線型印網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)燥構(gòu)、基于優(yōu)圓先權(quán)的仲裁按方式,由C膝AN控制器上實現(xiàn)硬件糾扎錯,利用C加AN構(gòu)成檢去測通信網(wǎng)絡(luò)揀,不僅組網(wǎng)界自由、擴展矩性強及實時于性好,還具張有自診斷和則監(jiān)控能力。夕因此使用C丙AN總線替鋪代以太網(wǎng)應(yīng)盞用于汽車檢醬測線可以提隨高系統(tǒng)的可泰靠性、穩(wěn)定宴性,降低系駝統(tǒng)開發(fā)及后腎期維護的成撇本。3.采靈用隔離CA些N收發(fā)器代軌在以往的設(shè)腎計方案中需妥要高速光耦根，電源隔離渾模塊及CA臣N收發(fā)器等回分立元件才湯能實現(xiàn)的帶葛隔離的CA彎N收發(fā)電路戚。CTM1界050T接拐口芯片可以獲實現(xiàn)帶隔離何的CAN收廉發(fā)電路,并冷且隔離電壓旱可以達到D羽C2500朝V,不但提有高了CAN揀總線節(jié)點的鞋抗干擾能力臟,保證各節(jié)惕點之間在電雹氣上是完全送隔離和獨立呀的,而且簡冰化了CAN爸智能節(jié)點硬僵件電路設(shè)計宰。季5.工位機渣軟件設(shè)計.役工位機軟件郵主要由數(shù)據(jù)題采集程序、竄CAN總線下通信程序組節(jié)成。本文主甩要介紹CA桌N總線通信憂程序的軟件偵設(shè)計,包括叫CAN控制腦器的初始化哨、數(shù)據(jù)接收蛇與數(shù)據(jù)發(fā)送舒。坊（1）.C悠AN控制器糟的初始化。粱CAN控制跪器的初始化收只有在復位餡模式下才可章以進行。初截始化工作主感要通過對C思AN控制器挑相關(guān)寄存器錄寫入相應(yīng)的犬控制字來確袍定CAN控辣制器的工作潛模式,它主茶要包括:勝硬件使能和霧配置引腳連磚接、軟件復劫位、設(shè)定通駱信波特率、刃配置CAN戴工作模式、轟配置發(fā)送優(yōu)宇先級模式、藥配置驗收濾丟波器、設(shè)置紋中斷使能寄澤存器、設(shè)置斗錯誤警告等沃。血（2）.數(shù)巨據(jù)接收。接輪收程序流程刪如圖5所示樂。留圖5榴接收程序流球程線至此數(shù)據(jù)從電CAN總線感到CAN接每收緩沖區(qū)是造由CAN控工制器自動完靜成的。接收琴程序只要從事接收緩沖區(qū)碗讀取要接收蠻的信息即可以。接收程序廟可以采用查驚詢方式或中我斷方式。在賭某一段時間建內(nèi),CAN伐總線并不總斃是在活動,釣為了提高效大率,可采用謙中斷方式。匹在初始化程電序中必須使是能接收中斷鞭。在中斷服悉務(wù)子程序中視,讀取CA鄭NICR寄誘存器,判斷挽是否有接收裙中斷標志,屢有則讀取接拋收緩沖區(qū)數(shù)溝據(jù)。為了防嫁止接收緩沖見區(qū)數(shù)據(jù)溢出俱,可開辟一速個循環(huán)接收夠數(shù)據(jù)隊列來闊暫時存儲數(shù)吃據(jù),主程序美可通過查詢積該隊列來獲倘得總線數(shù)據(jù)呢。血（3）.數(shù)發(fā)據(jù)發(fā)送。發(fā)士送程序負責怕把按照CA聰N協(xié)議格式折轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)走發(fā)送到CA金N總線上。銜發(fā)送時只要獨將待發(fā)送的疾數(shù)據(jù)按CA壽N協(xié)議的幀唱格式組合成子一幀報文,棉然后判斷是魯否有空閑的津發(fā)送緩沖區(qū)消。楊CAN控制階器為了提高姓大量數(shù)據(jù)的在發(fā)送效率,研每個CAN光控制器配有域3個獨立的桂發(fā)送緩沖區(qū)濃,發(fā)送時要腥根據(jù)緩沖區(qū)剖的實際情況軍有選擇性地伯把數(shù)據(jù)寫入替3個發(fā)送緩哪沖區(qū)之一。摟它們的狀態(tài)組可以通過查吼詢寄存器得工知,只示有當其中有學空閑的發(fā)送背緩沖區(qū)時才齊可將數(shù)據(jù)寫痰入。在啟動線發(fā)送數(shù)據(jù)的腦命令后,C隊AN控制器閉要將緩沖區(qū)督內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)拼送完畢后,俯才會將該幀宴