世界太陽(yáng)能車(chē)挑戰(zhàn)賽中看CAN的應(yīng)用

　　摘要：集成了CAN總線(xiàn)的微控制器在太陽(yáng)能賽車(chē)中發(fā)揮了數(shù)據(jù)傳輸可靠性高的優(yōu)勢(shì)。

　　“2011世界太陽(yáng)能車(chē)挑戰(zhàn)賽”是一項(xiàng)賽車(chē)比賽[1]，必須使用特別設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能車(chē)，穿越全長(zhǎng)3021公里(1877英哩)且全被太陽(yáng)曬干的澳洲內(nèi)陸。CAN Bus在2011年的比賽中亮相，以NUNA6的形式，一個(gè)由荷蘭Nuon太陽(yáng)能團(tuán)隊(duì)所設(shè)計(jì)，集成在以特定目的建造的車(chē)輛中[2]。13位來(lái)自Delft科技大學(xué)工程學(xué)系的學(xué)生在恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司贊助下完成。2011年的挑戰(zhàn)賽冠軍前三甲分別是日本東海大學(xué)隊(duì)、Nuon太陽(yáng)能隊(duì)和密歇根大學(xué)隊(duì)。

　　圖1 2011世界太陽(yáng)能挑戰(zhàn)賽

　　Nuon團(tuán)隊(duì)在與恩智浦半導(dǎo)體工程師們合作中，可靠性是首要的考慮，這是由于嚴(yán)酷的比賽環(huán)境及冗長(zhǎng)的比賽長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)傳輸在可靠性中扮演了關(guān)鍵的角色，要成功，擁有可靠的通訊是不可或缺的。在車(chē)輛內(nèi)部，數(shù)據(jù)必須在無(wú)干擾下傳輸，且駕駛和支持團(tuán)隊(duì)間的信道需要保持清晰與一致，對(duì)NUNA6來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將他們的信任放在CAN身上，因?yàn)樗膱?jiān)固耐用以及可靠的車(chē)輛通訊管理是眾所皆知的，在NUNA6內(nèi)所有的電子系統(tǒng)，如車(chē)上的計(jì)算器、電子馬達(dá)控制器以及追蹤最大功率點(diǎn)的電路系統(tǒng)，全都是通過(guò)CAN bus連接在一起。

　　圖2 NUNA6號(hào)賽車(chē)

　　在NUNA6中，CAN有一個(gè)很大的貢獻(xiàn)就是在車(chē)輛的控制方向盤(pán)(圖3)里，就像其他頂級(jí)賽車(chē)車(chē)輛一樣，NUNA6有一個(gè)智能的方向盤(pán)，不只是保持車(chē)輛和道路在同一在線(xiàn)，這個(gè)方向盤(pán)就像是個(gè)儀表板，提供一種簡(jiǎn)單的駕駛方式去使用一些重要的功能，例如油門(mén)，用來(lái)控制速度﹔恢復(fù)式的煞車(chē)，用來(lái)協(xié)助對(duì)電池再次充電，當(dāng)車(chē)輛放慢速度時(shí)，還有一個(gè)即押即講(PTT)的按鈕，為駕駛和支持團(tuán)隊(duì)間語(yǔ)音通訊使用。

　　圖3 從NUNA6所拆解下的方向盤(pán)圖示，強(qiáng)調(diào)LPC11C24微控制器

　　在早期的NUNA版本中，車(chē)輛的馬達(dá)控制信號(hào)在線(xiàn)會(huì)引起電磁干擾，導(dǎo)致在模擬數(shù)據(jù)傳輸上會(huì)有負(fù)面作用并會(huì)讓方向盤(pán)發(fā)生問(wèn)題。在和恩智浦的工程師們合作之后，Nuon太陽(yáng)能團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)具有CAN的微控制器(MCU)，可以讓方向盤(pán)減少電磁干擾的負(fù)面作用。和之前的技術(shù)相比，CAN的協(xié)議對(duì)于電磁干擾有著更高的抵抗力，所以模擬數(shù)據(jù)傳輸更清楚，而且因?yàn)镃AN總線(xiàn)比之前的設(shè)計(jì)使用更少的線(xiàn)，所以接線(xiàn)也更可靠。

　　Nuon團(tuán)隊(duì)選擇的微控制器是恩智浦半導(dǎo)體的LPC11C24，是基于32位ARM Cortex-M0核且具有CAN接口及內(nèi)建的CAN收發(fā)器，LPC11C00系列是工業(yè)界第一個(gè)低成本的32位微控制器，包含一個(gè)全整合的CAN收發(fā)器，所以它開(kāi)放性地提供給廣泛使用CAN 的工業(yè)和自動(dòng)化控制的應(yīng)用。LPC11C24是48管腳LQFP的封裝且只有7mmx7mm，所以對(duì)于空間緊密的NUNA6來(lái)說(shuō)，它是一個(gè)好的選擇。

　　一般地，典型的CAN收發(fā)器價(jià)格甚至比一顆微控制器還貴得多，而整合了CAN收發(fā)器的LPC11C24微控制器增加了系統(tǒng)可靠性和保證了質(zhì)量，減少了電子信號(hào)的連接性和兼容性問(wèn)題，而且選擇少于20%的微控制器成本還降低了電路板50%的使用空間。內(nèi)建的CAN和開(kāi)放的CAN驅(qū)動(dòng)程序提供設(shè)計(jì)工程師用簡(jiǎn)單的方法去使用API控制CAN協(xié)議，使LPC11C00系列快速地整合進(jìn)入以CAN為主的網(wǎng)絡(luò)，大大地簡(jiǎn)化了即插即用的整合程序。此外，這些驅(qū)動(dòng)程序被整合在一個(gè)低功率的ROM(只讀存儲(chǔ)器)內(nèi)，又為使用者省下了8kB的程序空間，這提供了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，降低了動(dòng)態(tài)功耗以及通過(guò)CAN或其他內(nèi)建的信道啟動(dòng)系統(tǒng)的保密性和安全性。

　　在NUNA6內(nèi)，LPC11C24執(zhí)行的一連串的工作，從讀取按鍵變化、追蹤油門(mén)的模擬值去控制輕微的煞車(chē)機(jī)制，有了以ROM為主的驅(qū)動(dòng)程序讓NUNA6設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過(guò)CAN bus使用ISP更新核心程序，所以他們可以在任何時(shí)候甚至是比賽中上傳最后的程序或者調(diào)整系統(tǒng)設(shè)定值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]2011多國(guó)太陽(yáng)能汽車(chē)齊聚澳大利亞世界挑戰(zhàn)賽[R/OL].(2011-9-1). http://blog.solarf.net/blog.php?do=showone&type=blog&itemid=677

　　[2]Nuon Solar Team Reveals Super Aerodynamic Nuna6 Solar Powered Vehicle[R/OL].(2011-7-31).http://inhabitat.com/nuon-solar-team-reveals-super-aerodynamic-nuna6-solar-powered-vehicle/rsz-nuon-nuna6-solar-car-2/?extend=1

　　[3]LPC11Cxx device highlight[R/OL]. http://ics.nxp.com/products/lpc1000/lpc1100/lpc11cxx/~LPC11C24/

　　[4]NXP Microcontrollers

　　[R/OL]. http://ics.nxp.com/microcontrollers/