汽車前照燈CAN總線多路傳輸系統(tǒng)的研究與設計

摘要：為代替?zhèn)鹘y(tǒng)繁雜的汽車線束，汽車CAN總線應運而生。以CAN總線為基礎，結合51系列單片機技術，研究開發(fā)了汽車前照燈的CAN總線多路傳輸系統(tǒng)。按照整體結構進行了CAN總線傳輸節(jié)點的軟件設計，設計出并口CAN適配卡，通過編寫動態(tài)鏈接庫(DLL)，向上層應用軟件提供讀／寫函數(shù)接口，實現(xiàn)了上位機與下位機的通信。該設計使得傳統(tǒng)線束大大簡化，可靠性得到了極大提高，有效節(jié)約了線束安裝空間。
關鍵詞：前照燈；CAN總線；多路傳輸系統(tǒng)；單片機

0 引言
CAN(Controller Area Network)數(shù)據(jù)總線是一種適用于汽車環(huán)境的汽車局域網。它屬于多路傳輸系統(tǒng)中的一種，是由德國博世(Bosch)公司在20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制單元與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而應用開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。目前，在汽車設計領域中，CAN幾乎成了一種必須采用的技術手段，尤其是在歐洲，如奔馳、寶馬、保時捷等都采用CAN總線實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。此外，美國汽車廠也將控制器聯(lián)網系統(tǒng)逐步由 Class2過渡到CAN。CAN國際標準只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，實際應用中，一些廠家和公司又定義了相應的應用層規(guī)范，使CAN的應用更加廣泛和可靠。
CAN信號傳輸介質為普通雙絞線，通信速率最高可達1 Mbps／40 m，直接傳輸距離可達10 km／5 Kbps。CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低，由于其采用CRC-16的校驗方式，誤碼率僅為 3×10-5。當節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能，以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使通信線上的其他節(jié)點機通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。控制器局部網(CAN)屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡。
CAN作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。比如：發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。但是CAN總線多路傳輸系統(tǒng)還沒有實際應用到汽車前照燈。傳統(tǒng)的汽車系統(tǒng)布線工作量很大，一旦線路發(fā)現(xiàn)故障，診斷工作十分困難，同時由于數(shù)據(jù)傳輸線很長，導致傳輸速度下降，可靠性、實時性差等問題。CAN總線技術作為最有前途的現(xiàn)場總線之一，依靠其可靠性高，適應環(huán)境能力強，糾錯能力突出，性價比高等特點成為解決這一問題的新選擇。正是基于這種研究背景，本文研究并開發(fā)出了基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。

1 CAN控制器SJAl000
1．1 SJAl000的硬件結構和功能
CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分和微控制器接口部分組成。不同型號的CAN總線通信控制器，實現(xiàn) CAN協(xié)議部分電路的結構和功能大都相同，而與微控制器接口部分的結構及方式存在一些差異。SJAl000是一種獨立CAN控制器，是PHILIPS公司首推新一代控制器。支持CAN 2．0B協(xié)議。
SJAl000的主要特性如下：
器件管腳和電器特性均和PCA82C200兼容；時鐘頻率24 MHz；支持CAN協(xié)議2．O標準位速率可達l Mb／s；同時支持11位標識符和29位標識符；擴展的接收緩沖器(增至64 B，PCA82C200只有20個字節(jié))；對不同微處理器的接口；可編程的CAN驅動器輸出。
SJAl000具有兩種工作模式：基本模式和Peli模式。其中基本模式符合CAN協(xié)議2．0A標準，和PCA82C200兼容。設置時鐘分頻器(CDR：Clock divider Register)的最高位模式選擇位(CDR．7)，可在基本模式和Peli模式之間切換。
1．2 CAN收發(fā)器82C250的硬件結構和功能
82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，最初主要應用于汽車高速控制場合。它向總線提供了差動的發(fā)送能力，向CAN控制器提供了差動的接收能力。
82C250主要特性如下：與ISO／DISll898標準兼容；高速(最高可達1 Mb／s)；具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護總線能力；降低射頻干擾(Radio Frequency Interference，RFI)的斜率(slope)控制；熱防護；防護電池與地之間發(fā)生短路；低電流待機方式；某一個節(jié)點掉電不會影響總線；可有 110個節(jié)點相連接。