基于CAN總線的汽車車身線束設(shè)計

0 前言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電器、電子設(shè)備在汽車上安裝使用。在為人們帶來方便、舒適的同時，卻使車內(nèi)線束增多、空間緊張、布線復(fù)雜，從而導致車身重量明顯增加、運行可靠性降低、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電控單元共享的，而傳統(tǒng)的點對點的通信方式不能實現(xiàn)信息共享。相應(yīng)的，將CAN總線技術(shù)運用于車身電控單元線束設(shè)計即可輕松解決以上問題。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域網(wǎng)，是博世公司開發(fā)的一種串行通信協(xié)議。和其它現(xiàn)場總線相比，性價比較高。CAN采用多主競爭總線形式，廢除傳統(tǒng)的站地址編碼方式，代之以對數(shù)據(jù)信息進行編碼，最多可標識2032(2.0A)或5億(2.0B)多個數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)通訊速率最大可達1Mbps(距離40m)，能充分滿足信息的實時需要。短幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最長8個字節(jié)，占用總線時間很短，受干擾概率低。另外，CAN在錯誤檢測及自恢復(fù)能力方面的優(yōu)勢，有力地保證了數(shù)據(jù)通訊的可靠性。

1 總體結(jié)構(gòu)

車身網(wǎng)絡(luò)常由車內(nèi)儀表、照明及信號燈組、自動車窗、座椅等電控節(jié)點組成。本系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中包含車內(nèi)儀表板和四組照明、信號燈組共五個節(jié)點。其中，照明、信號燈組中包括遠光燈、近光燈、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、倒車燈、剎車燈，且不同燈的安裝位置不盡相同。如圖1：中央控制節(jié)點安裝在汽車儀表板上，接收司機的操作指令；其余四個節(jié)點則分別安裝在車頭、尾部的左側(cè)和右側(cè)，與不同車燈相連，控制車燈狀態(tài)。CAN總線將所有節(jié)點連接起來，組成一個汽車內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)。由于每個CAN節(jié)點與網(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)點結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)中，CAN節(jié)點采用以下電路結(jié)構(gòu)：ECU(AT89C51)+CAN控制器(SJA1000)+CAN收發(fā)器(PCA82C250)Atmel AT89C5 1單片機是一種低功耗、低電壓、高性能的8位CMOS單片機，片內(nèi)含有4KB Flash ROM，4個I/O口共32個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，靈活性高且價廉。獨立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位標識碼，具有擴展的64字節(jié)接收緩沖器，通信位速率可達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，對總線提供差動發(fā)送能力、對CAN控制器提供差動接收能力。節(jié)點主要電路見圖2(中央控制節(jié)點中AT89C51的P1端口與各車燈開關(guān)相連，其余節(jié)點的P1端口連接車燈)。

圖2 節(jié)點電路原理圖

3 報文傳輸

CAN2.0B給出了標準幀和擴展幀兩種報文格式，二者的主要區(qū)別在于報文所含標識符的位數(shù)不同，標準幀包含11位標識符，擴展幀包含29位標識符?？紤]到系統(tǒng)的可擴展性和與其它系統(tǒng)的兼容性，本系統(tǒng)使用擴展幀格式。

報文中的標識符描述數(shù)據(jù)的含義，不同的幀的標識符不同。每個節(jié)點的接收器通過對幀進行接收濾波來確定此幀是否與自己有關(guān)，接收有關(guān)的，濾掉無關(guān)的。標識符同時定義了報文的靜態(tài)優(yōu)先權(quán)?？偩€空閑時，任何單元都可以開始傳送報文，具有較高優(yōu)先權(quán)報文的單元可以獲得總線的訪問權(quán)。車輛駕駛過程中，駕駛員根據(jù)需要控制儀表板上的車燈開關(guān)。中央控制節(jié)點實時監(jiān)測每個開關(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；其它節(jié)點對信號報文進行有選擇地接收、處理，并產(chǎn)生對相應(yīng)車燈狀態(tài)的控制。表1中，每種車燈信號擁有一種報文標識符(除ID.20-ID.13外，其它位均為0)。

由于不同車燈在保障車輛安全行駛方面的重要性有輕重之分，車燈對應(yīng)信號的優(yōu)先級也應(yīng)有所區(qū)別。表1中各報文的優(yōu)先級由高到低排列為：剎車燈、倒車燈、應(yīng)急燈、轉(zhuǎn)向燈、近光燈、遠光燈、霧燈。由于在同一時間總線上最多只能傳輸一個信號，當有多個信號同時發(fā)送時，優(yōu)先級高的報文先傳輸，優(yōu)先級低的報文后傳輸。

表1 報文定義

表1中，節(jié)點對報文有選擇性地接收，這是通過設(shè)置每個節(jié)點的驗收濾波器實現(xiàn)的。驗收濾波器由驗收代碼寄存器(ACR)和驗收屏蔽寄存器(AMR)組成，每個節(jié)點的設(shè)置如表2所示。