汽車前照燈CAN總線多路傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

摘要：為代替?zhèn)鹘y(tǒng)繁雜的汽車線束，汽車CAN總線應(yīng)運(yùn)而生。以CAN總線為基礎(chǔ)，結(jié)合51系列單片機(jī)技術(shù)，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(jié)構(gòu)進(jìn)行了CAN總線傳輸節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出并口CAN適配卡，通過編寫動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)，向上層應(yīng)用軟件提供讀／寫函數(shù)接口，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)的通信。該設(shè)計(jì)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(guān)鍵詞：前照燈；CAN總線；多路傳輸系統(tǒng)；單片機(jī)

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(wǎng)。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(jì)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(yīng)用開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。目前，在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，CAN幾乎成了一種必須采用的技術(shù)手段，尤其是在歐洲，如奔馳、寶馬、保時(shí)捷等都采用CAN總線實(shí)現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。此外，美國汽車廠也將控制器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)逐步由 Class2過渡到CAN。CAN國際標(biāo)準(zhǔn)只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，實(shí)際應(yīng)用中，一些廠家和公司又定義了相應(yīng)的應(yīng)用層規(guī)范，使CAN的應(yīng)用更加廣泛和可靠。
CAN信號傳輸介質(zhì)為普通雙絞線，通信速率最高可達(dá)1 Mbps／40 m，直接傳輸距離可達(dá)10 km／5 Kbps。CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個(gè)，因而傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，由于其采用CRC-16的校驗(yàn)方式，誤碼率僅為 3×10-5。當(dāng)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，具有自動(dòng)關(guān)閉的功能，以切斷該節(jié)點(diǎn)與總線的聯(lián)系，使通信線上的其他節(jié)點(diǎn)機(jī)通信不受影響，具有較強(qiáng)的抗干擾能力?？刂破骶植烤W(wǎng)(CAN)屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。
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(wǎng)絡(luò)。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)際應(yīng)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(shí)由于數(shù)據(jù)傳輸線很長，導(dǎo)致傳輸速度下降，可靠性、實(shí)時(shí)性差等問題。CAN總線技術(shù)作為最有前途的現(xiàn)場總線之一，依靠其可靠性高，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，糾錯(cuò)能力突出，性價(jià)比高等特點(diǎn)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(jié)構(gòu)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(shí)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(shí)現(xiàn) CAN協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大都相同，而與微控制器接口部分的結(jié)構(gòu)及方式存在一些差異。SJAl000是一種獨(dú)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(shí)鐘頻率24 MHz；支持CAN協(xié)議2．O標(biāo)準(zhǔn)位速率可達(dá)l Mb／s；同時(shí)支持11位標(biāo)識符和29位標(biāo)識符；擴(kuò)展的接收緩沖器(增至64 B，PCA82C200只有20個(gè)字節(jié))；對不同微處理器的接口；可編程的CAN驅(qū)動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，和PCA82C200兼容。設(shè)置時(shí)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(jié)構(gòu)和功能
82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，最初主要應(yīng)用于汽車高速控制場合。它向總線提供了差動(dòng)的發(fā)送能力，向CAN控制器提供了差動(dòng)的接收能力。
82C250主要特性如下：與ISO／DISll898標(biāo)準(zhǔn)兼容；高速(最高可達(dá)1 Mb／s)；具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力；降低射頻干擾(Radio Frequency Interference，RFI)的斜率(slope)控制；熱防護(hù)；防護(hù)電池與地之間發(fā)生短路；低電流待機(jī)方式；某一個(gè)節(jié)點(diǎn)掉電不會(huì)影響總線；可有 110個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接。