基于CAN總線的汽車(chē)車(chē)身線束設(shè)計(jì)

0 前言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的電器、電子設(shè)備在汽車(chē)上安裝使用。在為人們帶來(lái)方便、舒適的同時(shí)，卻使車(chē)內(nèi)線束增多、空間緊張、布線復(fù)雜，從而導(dǎo)致車(chē)身重量明顯增加、運(yùn)行可靠性降低、故障維修難度增大。另外，各電控單元之間傳遞的大部分信息是可由多個(gè)電控單元共享的，而傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式不能實(shí)現(xiàn)信息共享。相應(yīng)的，將CAN總線技術(shù)運(yùn)用于車(chē)身電控單元線束設(shè)計(jì)即可輕松解決以上問(wèn)題。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是博世公司開(kāi)發(fā)的一種串行通信協(xié)議。和其它現(xiàn)場(chǎng)總線相比，性價(jià)比較高。CAN采用多主競(jìng)爭(zhēng)總線形式，廢除傳統(tǒng)的站地址編碼方式，代之以對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編碼，最多可標(biāo)識(shí)2032(2.0A)或5億(2.0B)多個(gè)數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)通訊速率最大可達(dá)1Mbps(距離40m)，能充分滿足信息的實(shí)時(shí)需要。短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最長(zhǎng)8個(gè)字節(jié)，占用總線時(shí)間很短，受干擾概率低。另外，CAN在錯(cuò)誤檢測(cè)及自恢復(fù)能力方面的優(yōu)勢(shì)，有力地保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。

1 總體結(jié)構(gòu)

車(chē)身網(wǎng)絡(luò)常由車(chē)內(nèi)儀表、照明及信號(hào)燈組、自動(dòng)車(chē)窗、座椅等電控節(jié)點(diǎn)組成。本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中包含車(chē)內(nèi)儀表板和四組照明、信號(hào)燈組共五個(gè)節(jié)點(diǎn)。其中，照明、信號(hào)燈組中包括遠(yuǎn)光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、倒車(chē)燈、剎車(chē)燈，且不同燈的安裝位置不盡相同。如圖1：中央控制節(jié)點(diǎn)安裝在汽車(chē)儀表板上，接收司機(jī)的操作指令；其余四個(gè)節(jié)點(diǎn)則分別安裝在車(chē)頭、尾部的左側(cè)和右側(cè)，與不同車(chē)燈相連，控制車(chē)燈狀態(tài)。CAN總線將所有節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，組成一個(gè)汽車(chē)內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)。由于每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)連接只用兩根線：CAN_H線、CAN_L線，從而大大減少了線束使用量。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

2 CAN節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)中，CAN節(jié)點(diǎn)采用以下電路結(jié)構(gòu)：ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收發(fā)器(PCA82C250)Atmel AT89C5 1單片機(jī)是一種低功耗、低電壓、高性能的8位CMOS單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB Flash ROM，4個(gè)I/O口共32個(gè)I/O引腳，都可供用戶使用，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，靈活性高且價(jià)廉。獨(dú)立CAN控制器PHILIPS SJAl000主要完成CAN的通信協(xié)議，支持CAN 2.0A/B協(xié)議，支持11/29位標(biāo)識(shí)碼，具有擴(kuò)展的64字節(jié)接收緩沖器，通信位速率可達(dá)1Mbps，即使在惡劣環(huán)境中也可正常、穩(wěn)定地工作。PHILIPS PCA82C250是一種通用CAN收發(fā)器，是CAN控制器與物理總線之間的接口，對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力、對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。節(jié)點(diǎn)主要電路見(jiàn)圖2(中央控制節(jié)點(diǎn)中AT89C51的P1端口與各車(chē)燈開(kāi)關(guān)相連，其余節(jié)點(diǎn)的P1端口連接車(chē)燈)。

圖2 節(jié)點(diǎn)電路原理圖

3 報(bào)文傳輸

CAN2.0B給出了標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種報(bào)文格式，二者的主要區(qū)別在于報(bào)文所含標(biāo)識(shí)符的位數(shù)不同，標(biāo)準(zhǔn)幀包含11位標(biāo)識(shí)符，擴(kuò)展幀包含29位標(biāo)識(shí)符?？紤]到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和與其它系統(tǒng)的兼容性，本系統(tǒng)使用擴(kuò)展幀格式。

報(bào)文中的標(biāo)識(shí)符描述數(shù)據(jù)的含義，不同的幀的標(biāo)識(shí)符不同。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的接收器通過(guò)對(duì)幀進(jìn)行接收濾波來(lái)確定此幀是否與自己有關(guān)，接收有關(guān)的，濾掉無(wú)關(guān)的。標(biāo)識(shí)符同時(shí)定義了報(bào)文的靜態(tài)優(yōu)先權(quán)?？偩€空閑時(shí)，任何單元都可以開(kāi)始傳送報(bào)文，具有較高優(yōu)先權(quán)報(bào)文的單元可以獲得總線的訪問(wèn)權(quán)。車(chē)輛駕駛過(guò)程中，駕駛員根據(jù)需要控制儀表板上的車(chē)燈開(kāi)關(guān)。中央控制節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)變化，若發(fā)生變化則向總線上發(fā)出控制信號(hào)；其它節(jié)點(diǎn)對(duì)信號(hào)報(bào)文進(jìn)行有選擇地接收、處理，并產(chǎn)生對(duì)相應(yīng)車(chē)燈狀態(tài)的控制。表1中，每種車(chē)燈信號(hào)擁有一種報(bào)文標(biāo)識(shí)符(除ID.20-ID.13外，其它位均為0)。

由于不同車(chē)燈在保障車(chē)輛安全行駛方面的重要性有輕重之分，車(chē)燈對(duì)應(yīng)信號(hào)的優(yōu)先級(jí)也應(yīng)有所區(qū)別。表1中各報(bào)文的優(yōu)先級(jí)由高到低排列為：剎車(chē)燈、倒車(chē)燈、應(yīng)急燈、轉(zhuǎn)向燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、霧燈。由于在同一時(shí)間總線上最多只能傳輸一個(gè)信號(hào)，當(dāng)有多個(gè)信號(hào)同時(shí)發(fā)送時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文先傳輸，優(yōu)先級(jí)低的報(bào)文后傳輸。

表1 報(bào)文定義

表1中，節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文有選擇性地接收，這是通過(guò)設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)收濾波器實(shí)現(xiàn)的。驗(yàn)收濾波器由驗(yàn)收代碼寄存器(ACR)和驗(yàn)收屏蔽寄存器(AMR)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置如表2所示。