一種采用CAN總線的車燈控制系統(tǒng)設(shè)計

　　CAN（Controller Area Network） 是德國博世公司在20 世紀(jì)80 年代初為汽車業(yè)開發(fā)的一種車載專用串行數(shù)據(jù)通信總線， 滿足SAE （Society of Automo bileEngineer） 對C 類高速車載網(wǎng)絡(luò)（≤1Mb/ s） 的要求， 適合動力傳動和底盤電子系統(tǒng)的信息傳輸與控制， 因此也適合一般車載電子系統(tǒng)的信息傳輸與控制。

　　與傳統(tǒng)技術(shù)相比， CAN 總線有如下特點： ①采用非破壞性仲裁技術(shù)， 獲得仲裁優(yōu)先的節(jié)點將繼續(xù)傳輸消息， 消息不會被另一個節(jié)點破壞或發(fā)生錯誤； ②CAN 總線采用短幀結(jié)構(gòu)， 每一幀的有效數(shù)據(jù)為8 字節(jié)， 數(shù)據(jù)傳輸時間短， 受干擾的概率低， 重新發(fā)送的時間短；③ CAN 每幀數(shù)據(jù)采用CRC （CyclicRedundancy Check） 校驗， 保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕?適于在高干擾環(huán)境中使用；④CAN 采用平衡的差動信號傳輸數(shù)據(jù)， 通信速率為5kb/ s 時直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km， 通信距離為40m 時通信速率最高可達(dá)1Mb/ s， 可形成場抵消效應(yīng)； ⑤可以避免汽車線束的重復(fù)鋪設(shè)， 有效減少了汽車上線束的數(shù)量， 提高了可靠性， 降低了成本。因此， 利用CAN 總線進(jìn)行車燈系統(tǒng)設(shè)計， 可以提升汽車性能。

　　1 車燈功能及系統(tǒng)設(shè)計

　　圖1 為車燈照明、信號系統(tǒng)， 由照明及信號燈組組成， 包括前大燈（遠(yuǎn)光燈、近光燈） 、轉(zhuǎn)向燈、霧燈、制動燈、頂燈、位置燈、倒車燈和牌照燈等等， 不同種類車燈的功能不同， 安裝位置也不盡相同。按車燈安放位置可以分成左前、左后、右前、右后4 組照明和信號燈組， 以及車內(nèi)照明燈組， 故可以在CAN 通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置控制模塊、左前模塊、左后模塊、右前模塊、右后模塊和車內(nèi)照明模塊， 共6 個節(jié)點， 其車燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2.其中， 控制模塊通過對開關(guān)狀態(tài)變化的監(jiān)測向其它5 個模塊發(fā)送控制指令， 這5 個模塊在接收到屬于本模塊的控制指令后， 分別控制對應(yīng)位置的車燈動作。由于CAN 是基于優(yōu)先級的事件觸發(fā)協(xié)議， 根據(jù)行駛安全級別的不同， 系統(tǒng)中各節(jié)點的優(yōu)先級要依次設(shè)定。需要強(qiáng)調(diào)的是， 開關(guān)控制模塊是系統(tǒng)控制指令發(fā)送模塊， 安全性要求最高， 具有最高優(yōu)先級， 左后和右后模塊涉及制動等與行駛安全相關(guān)的車燈， 其優(yōu)先級僅次于開關(guān)控制模塊。

圖1 車燈照明、信號系統(tǒng)

圖2 CAN 總線車燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　2 硬件設(shè)計

　　本設(shè)計以8051 單片機(jī)和Intel 82527 CAN 總線控制器為核心構(gòu)成智能節(jié)點。其中， Intel 82527 CAN控制器支持CAN2. 0 標(biāo)準(zhǔn)， 包括標(biāo)準(zhǔn)的和擴(kuò)展的數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程幀， 可程控全局屏蔽； 包括標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展信息標(biāo)識符， 具有15 個報文緩沖區(qū)， 每個數(shù)據(jù)長度為8 字節(jié)；14 個T X/ RX 緩沖區(qū)， 1 個帶可程控屏蔽的RX 緩沖區(qū)； 可變CPU 接口， 具有多路8 位總線（ Intel 或Motorola 方式） 、多路16 位總線、8 位非多路總線（ 同步/ 異步） 以及串行接口； 位速率可程控， 并有可程控的時鐘輸出； 可變中斷結(jié)構(gòu)； 可對輸出驅(qū)動器和輸入比較器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置； 2 個8 位雙向I/ O 口； 44 腳PLCC 封裝。

　　本方案選用Philips 公司的PCA 82C250 為CAN總線收發(fā)器和物理層總線接口， 它可以提供對總線的差分發(fā)送和接收、高速斜率控制和待機(jī)3 種不同工作方式， 能夠隔離瞬態(tài)干擾， 提高接收和發(fā)送能力。在硬件設(shè)計中， 82527 完成與CAN 總線的信息交換，8051 完成對車燈繼電器的驅(qū)動； 旁路輸入比較器， 與8051 的信息交換采用中斷方式， 地址為7F00 ~7FFFH.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)見圖3.

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

3 軟件設(shè)計

　　CAN2. 0B 協(xié)議只制定了CAN 物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議， 在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時， 必須根據(jù)用戶的需要制定相應(yīng)的CAN 應(yīng)用層協(xié)議。根據(jù)總線系統(tǒng)各節(jié)點及其所要實現(xiàn)的功能， 確定相互間共享的數(shù)據(jù)， 然后了解各節(jié)點需接收和發(fā)送的信息， 統(tǒng)一制定CAN 網(wǎng)絡(luò)中需傳輸?shù)男畔ⅲ?最后給制定好的CAN 網(wǎng)絡(luò)傳輸消息分配標(biāo)識符。CA N 協(xié)議規(guī)定， 標(biāo)識符ID 越小， 優(yōu)先權(quán)越高，因此， 在確定ID 時， 先要分析該信息幀需求的緊急性。