基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)

0 引言

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。CAN( Cont ro ller Ar ea Netw ork) 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、保時捷等都采用CAN 總線實現(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。

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。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。

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。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， 因而傳輸時間短， 受干擾的概率低， 由于其采用CRC16 的校驗方式， 誤碼率僅為3 10- 5 。當(dāng)節(jié)點嚴(yán)重錯誤時， 具有自動關(guān)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(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控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。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， 同時由于數(shù)據(jù)傳輸線很長， 導(dǎo)致傳輸速度下降，可靠性、實時性差等問題。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)。

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。

1 CAN 控制器SJA1000

1. 1 SJA1000 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(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。SJA1000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。

SJA1000 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. 0 標(biāo)準(zhǔn)位速率可達(dá)1 Mb/ s;同時支持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 個字節(jié)) ; 對不同微處理器的接口; 可編程的CAN 驅(qū)動器輸出。

SJA1000 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)置時鐘分頻器( CDR: Clock divider Reg ister) 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/ DIS11898 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 FrequencyInterference， 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; 某一個節(jié)點掉電不會影響總線; 可有110 個節(jié)點相連接。

基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)

2 系統(tǒng)硬件電路圖設(shè)計

2. 1 汽車前照燈線路示意圖

汽車前照燈傳統(tǒng)供電線路示意圖和汽車前照燈多路總線傳輸系統(tǒng)示意圖如圖1， 圖2 所示。

圖1 汽車前照燈傳統(tǒng)供電線路示意圖

圖2 汽車前照燈多路總線傳輸系統(tǒng)示意圖

2. 2 系統(tǒng)硬件電路原理圖

CAN 智能節(jié)點電路圖的設(shè)計是本系統(tǒng)的核心， 下面給出詳細(xì)的CAN 節(jié)點硬件電路設(shè)計。

圖3 是汽車汽車前照燈的CAN 總線多路傳輸系統(tǒng)的硬件電路原理圖。從圖中可以看出， 電路主要由三大塊組成。第一塊是前照燈的開關(guān)電路部分， 主要包括微控制器89C51 單片機(jī)、獨(dú)立CAN 通信控制器SJA1000， CAN 總線收發(fā)器82C250; 第二塊是上位機(jī)，包括CAN 總線適配卡以及數(shù)據(jù)顯示部分; 第三塊是前照燈的用電器電路部分， 主要包括的也是微控制器89C51 單片機(jī)、獨(dú)立CAN 通信控制器SJA1000， CAN總線收發(fā)器82C250。需要說明一點的是， 本系統(tǒng)用4 個發(fā)光二極管來代替具體的汽車前照燈中的近光燈，遠(yuǎn)光燈， 示寬燈， 霧燈。

圖3 系統(tǒng)硬件電路原理圖

微處理器89C51 負(fù)責(zé)SJA1000 的初始化， 通過控制SJA1000 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。

SJA1000 的AD0 ~ AD7 連接到89C51 的P0 口，SJA1000 的連接到89C51 的P2. 0， P2. 0 為0 時，CPU 片外存儲器地址可選中SJA 1000， CPU 通過這些地址可對SJA1000 執(zhí)行相應(yīng)的讀/ 寫操作。SJA1000的ALE 分別與89C51 的引腳相連， 接89C51 的， 89C51 也可以通過中斷方式訪問SJA1000。