基于SAE J1939協(xié)議的車輛信息采集與診斷模塊

2 模塊設(shè)計(jì)開發(fā)
2．1 硬件電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的模塊由微控制器、CAN總線接口、信號采集處理電路、接口電路等部分組成，如圖1所示。在實(shí)際的車載環(huán)境中，此模塊通過CAN總線獲取報(bào)文，并根據(jù)SAE J1939協(xié)議計(jì)算得出車輛的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、水溫以及故障代碼等信息，而燃油量、轉(zhuǎn)向泵壓力、制動氣壓等其它信息則從相應(yīng)傳感器以模擬量、開關(guān)量、脈沖量等形式獲取，在經(jīng)過信號采集處理電路進(jìn)行分壓濾波整形處理后直接送往微控制器進(jìn)行A／D變換處理。這些信息經(jīng)過微控制器計(jì)算處理后通過USB和UART接口傳送給車載多媒體設(shè)備或虛擬數(shù)字儀表設(shè)備。

主控處理器采用ST公司的STM32F103C8T6，它基于ARM公司新一代32位Cortex-M3內(nèi)核，可提供1．25 DMIPS／MHz的處理能力，內(nèi)部帶有ADC、I2C、UART、USB等外圍接口，特別是其內(nèi)部帶有支持CAN 2．0B協(xié)議的CAN控制器，位速率達(dá)lMb／s，具有兩個接收FIFO，3級14個可調(diào)節(jié)的濾波器，可收發(fā)ll位標(biāo)準(zhǔn)幀或29位擴(kuò)展幀。因此可以省去類似設(shè)計(jì)中必須帶有的CAN協(xié)議接口器件SJAl000，大大降低了外圍電路的成本。
圖2給出了模塊CAN總線接口部分的電路。系統(tǒng)采用帶隔離及TVS保護(hù)的通用CAN收發(fā)器CTM8251T為CAN控制器與物理總線之間提供接口，CTM8251T內(nèi)部集成了信號隔離電路和所有必需的CAN電平轉(zhuǎn)換電路，具備差動發(fā)送和接收功能，同時帶有TVS保護(hù)，可以支持最高1Mb／s的通訊速率，單芯片實(shí)現(xiàn)了CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收發(fā)、隔離、保護(hù)功能；從而省卻了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的光電耦合器件、DC-DC隔離、CAN收發(fā)器等多種器件，既簡化了設(shè)計(jì)又節(jié)約了成本。

汽車的電磁環(huán)境非常復(fù)雜，既有內(nèi)部各模塊之間的相互干擾(包括雨刮器、冷卻風(fēng)扇電機(jī)、發(fā)電機(jī)等產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾、輻射干擾)，也有外界對其產(chǎn)生的干擾(環(huán)境電磁場、人體放電和大自然的干擾雷電)。因此本模塊的設(shè)計(jì)主要采用了以下幾個方面的抗電磁干擾措施：首先，加裝鐵氧體互感器件抑制線路板的輻射和外部傳導(dǎo)干擾；其次，采用了帶隔離及過壓保護(hù)功能的CAN接口器件；再次，在輸入電源處采用TVS管抑制外部傳導(dǎo)干擾。