基于CAN總線的半掛車安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
半掛車指“其設(shè)計(jì)和技術(shù)特性需汽車牽引，才能正常使用的一種無動(dòng)力的道路車輛，用于載運(yùn)人員和貨物”（GB/T3730.1-2001標(biāo)準(zhǔn)）。 半掛車的種類很多，包括廂式半掛車、罐式半掛車、平板半掛車、集裝箱半掛車、車輛運(yùn)輸半掛車等等。隨著我國公路物流運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，半掛車以其運(yùn)輸效率高、運(yùn)載量大、燃油經(jīng)濟(jì)性好、運(yùn)輸成本低等優(yōu)勢使用越來越廣泛。隨之而來的是半掛車的安全問題。據(jù)2006年公安交通部門統(tǒng)計(jì)，全國半掛車的數(shù)量約占整個(gè)機(jī)動(dòng)車保有量的5%左右，重大交通事故中，涉及到半掛車等大型貨運(yùn)機(jī)動(dòng)車輛的事故占到約４７％，造成的人員死亡率占總數(shù)的約３０％。半掛車的安全隱患主要來自兩個(gè)方面：一是超載現(xiàn)象。超載現(xiàn)象不僅對高速公路等交通設(shè)施造成破壞，而且使得汽車輪胎處在極大的負(fù)荷下，易引發(fā)爆胎事故；貨車超載也使得貨物更容易變得不平衡，導(dǎo)致車輛發(fā)生側(cè)翻傾覆的事故。二是輪胎安全，缺乏輪胎壓力溫度監(jiān)測系統(tǒng)；因此建立半掛車的安全預(yù)警系統(tǒng)非常必要。
2 總體設(shè)計(jì)
半掛車車身長度一般在 6―14 米，車身長，電磁干擾大，汽車電子單元多而復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的四輪轎車獨(dú)立的TPMS 方案信號(hào)傳輸易受干擾屏蔽，而且與其它汽車電子單元無法進(jìn)行信息交換，系統(tǒng)的可靠性和擴(kuò)展性不好。因此設(shè)計(jì)采用基于CAN 總線的方式，將各輪胎氣壓、溫度監(jiān)測裝置和其它諸如ABS、發(fā)動(dòng)機(jī)、儀表盤的汽車電子單元都作為一個(gè)個(gè)CAN 總線上的結(jié)點(diǎn)， 由一個(gè)中心預(yù)警模塊統(tǒng)一監(jiān)測控制，可提高系統(tǒng)可靠性和監(jiān)測效率，節(jié)省各模塊重復(fù)開發(fā)費(fèi)用。如圖1 所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 CAN 總線的特點(diǎn)
CAN 全稱為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。
CAN與其它總線結(jié)構(gòu)相比有較優(yōu)越的特點(diǎn)[1]：（1）CAN總線為多主站總線，各結(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他結(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，不分主從，通信靈活；（2）CAN總線上每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低，并有CRC及其他校驗(yàn)措施，具有極好的檢錯(cuò)效果，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。（3）CAN總線只有兩根導(dǎo)線，系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，不需要應(yīng)用層以及任何結(jié)點(diǎn)軟件和硬件的任何改變，可直接將新結(jié)點(diǎn)掛在總線上即可，因此走線少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本低，總線利用率極高；（4）數(shù)據(jù)傳輸距離可滿足5-15米的汽車系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)1Mbit/s，也可滿足長達(dá)10km工業(yè)應(yīng)用。
3.2 CAN 總線地址分配
如何來區(qū)分總線上的各個(gè)結(jié)點(diǎn)呢？在 CAN 總線上發(fā)送的每一條報(bào)文都具有唯一的一個(gè)11 位（標(biāo)準(zhǔn)幀）或29 位（擴(kuò)展幀）數(shù)字的ID，可采用靜態(tài)分配地址的方法，將ID 的前3―4 位定義為結(jié)點(diǎn)地址，其余各位自行定義，寫入各結(jié)點(diǎn)發(fā)送的幀消息中。中央結(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)CAN 數(shù)據(jù)幀后通過檢查前3―4 為確定數(shù)據(jù)是從哪個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的，從而做出響應(yīng)的處理。CAN 總線狀態(tài)取決于二進(jìn)制數(shù)“0”而不是“1”，所以ID 號(hào)越小，則該報(bào)文擁有越高的優(yōu)先權(quán)。一般后輪輪胎的負(fù)荷大于前輪，因經(jīng)常靠右行駛，右側(cè)的輪胎負(fù)荷可能大于左側(cè)[2]，因此在輪胎結(jié)點(diǎn)地址分配時(shí)，可以將負(fù)荷較大的輪胎分配為小地址，優(yōu)先發(fā)送該結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
3.3 中央預(yù)警模塊
中央控制模塊的硬件設(shè)計(jì)如圖 2 所示，分五個(gè)部分：一是處理器的選取和使用。處理器要求選取性能高，體積小，價(jià)格比較低，功耗小，安裝方便，安全可靠的產(chǎn)品。目前嵌入式系統(tǒng)中比較常用的32 位基于ARM7 框架的S3C44B0X 處理器比較符合要求。二是存儲(chǔ)部件的擴(kuò)展，主要用于程序燒制和運(yùn)行。三是要有輸入輸出部件，使用觸摸屏作為輸入設(shè)備，LCD和音頻播放器作為輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)胎壓和溫度門限值的輸入和實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出預(yù)警。四是CAN 接口電路設(shè)計(jì)，如果選取的處理器自帶CAN 接口電路當(dāng)然更好，如果選取的處理器本身不帶CAN 接口功能，可通過外接CAN 控制器的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)（圖2 采用S3C44B0X 處理器SPI 同步串行接口與MCP2510 控制器、TJA1050 收發(fā)器相連實(shí)現(xiàn)CAN 接口功能）。五是要有模塊調(diào)試電路，主要是串行口和JTAG 接口的設(shè)計(jì)。