基于藍(lán)牙的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)信號(hào)無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)

1 引言

汽車工作過(guò)程中，對(duì)各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)的分析與故障診斷。用傳統(tǒng)的有線方式連接汽車診斷接口或檢測(cè)傳感器輸出值的方法存在著布線和設(shè)備使用等方面的不方便。如果能把汽車各系統(tǒng)中的參數(shù)值無(wú)線、快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)，利用功能強(qiáng)大的微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理將大大方便汽車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種利用單片機(jī)組成CAN系統(tǒng)，利用藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)對(duì)汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理的方法。

隨著汽車電子的發(fā)展，汽車內(nèi)電子產(chǎn)品越來(lái)越多，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身等電控系統(tǒng)中的電控單元數(shù)量不斷增加，同時(shí)它們之間的通信也越來(lái)越重要。在汽車內(nèi)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可大大提高系統(tǒng)之間信息傳遞的可靠性，同時(shí)可大大減少汽車線束的數(shù)量，降低汽車電氣系統(tǒng)的成本。近年來(lái)，CAN系統(tǒng)在汽車內(nèi)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。CAN（ControllerAreaNetwork）是控制局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件的數(shù)據(jù)通信。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，已廣泛的應(yīng)用于控制系統(tǒng)的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。CAN總線符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率可達(dá)1Mbps,最大傳輸距離為10km,傳輸介質(zhì)可為雙絞線。它具有如下的一些技術(shù)特性：

1）多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)；

2）采用短幀結(jié)構(gòu)，受干擾概率低，每幀信息都有CRC檢驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施；

3）對(duì)嚴(yán)重錯(cuò)誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，使總線的其他操作不受影響。

在汽車運(yùn)行過(guò)程中，車載射頻裝置如汽車立體聲系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航設(shè)備、衛(wèi)星數(shù)字音頻無(wú)線電業(yè)務(wù)（SDARS）裝置、GSM無(wú)線電收發(fā)器以及其它電器設(shè)備均可能造成干擾或受到干擾，這些射頻干擾信號(hào)會(huì)對(duì)汽車無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流造成不良影響。如果應(yīng)用傳統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的速率和準(zhǔn)確率都不能很高，從而不能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而把藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)用在汽車上可以很好地解決這個(gè)問題。
本文所用藍(lán)牙模塊采用英國(guó)CSR公司的BC417芯片，并與SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A構(gòu)成了模塊。

圖1　藍(lán)牙模塊原理圖

此模塊的主要特點(diǎn)如下：

1）采用CSR主流藍(lán)牙芯片，符合藍(lán)牙V210標(biāo)準(zhǔn)。

2）串口模塊上底板帶有RS232接口和TTL接口，任選一種接口使用，使用313～5V電源。串口對(duì)用戶而言是透明的。

3）藍(lán)牙芯片采用向前糾錯(cuò)編碼，通信效率高，自動(dòng)跳頻，抗干擾能力強(qiáng)。

4）波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600,1382400,可在程序中根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。

5）休眠電流：小于1MA,工作電流：40MA。

2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖

本文利用MICROCHIP公司的內(nèi)嵌CAN控制器的18F4580芯片與CAN收發(fā)器芯片MCP2515構(gòu)成CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并用18F4580芯片自帶的10位AD傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置信號(hào)的測(cè)量，同時(shí)利用智能數(shù)字傳感器DS18B20對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。利用藍(lán)牙模塊把測(cè)量的信號(hào)無(wú)線傳給上位機(jī)，利用VC++編寫數(shù)據(jù)接收與處理的程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)，并可顯示數(shù)據(jù)值隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖，測(cè)量結(jié)果直觀。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示。

圖2　測(cè)量系統(tǒng)原理圖

3　發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置信號(hào)與水溫信號(hào)的測(cè)量

3.1　節(jié)氣門信號(hào)信號(hào)的測(cè)量

這里測(cè)量的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上節(jié)氣門位置傳感器為一可調(diào)電阻型，節(jié)氣門位置輸出信號(hào)為0～5V的電壓信號(hào)，根據(jù)節(jié)氣門的實(shí)際開度與輸出電壓的關(guān)系，對(duì)測(cè)量的電壓信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)實(shí)測(cè)的電壓信號(hào)即可換算成節(jié)氣門的開度。所以這里用PIC18F4580單片機(jī)內(nèi)嵌的10位AD轉(zhuǎn)換電路完成對(duì)節(jié)氣門位置傳感器輸出電壓的測(cè)量，為提高測(cè)量精度，對(duì)單片機(jī)AD的5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行了與系統(tǒng)電源隔離穩(wěn)壓處理。

本系統(tǒng)利用Microchip公司的MPLAB開發(fā)環(huán)境嵌入PICC18C程序編譯器，用C程序編寫了數(shù)據(jù)采集與CAN數(shù)據(jù)的收發(fā)程序，其中AD轉(zhuǎn)換子程序用匯編語(yǔ)言編寫，程序兼顧了C程序的模塊化和可維護(hù)性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有了匯編語(yǔ)言高效率的優(yōu)點(diǎn)。

信號(hào)通過(guò)CAN控制器用擴(kuò)展幀格式發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上。其中數(shù)據(jù)采集與CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送子程序如下：

InitSPI（）；//SPI接口初始化

Init_MCP2515（）；//MCP2515初始化

……

TRISA=0B00000001;//AN0>>>>DCinputDC通道上輸入，打開RA0

ADCON0=0B00000001;//AN0通道，允許ADC工作，

ADCON1=0B00001110;//除RA0為模擬輸入口外，其他RA口跟RE口均為普通數(shù)字口

ADCON2=0B10100001;//轉(zhuǎn)換結(jié)果右對(duì)齊，8TAD,1/8FOSC。

#asm

ADCON0EQU0FC2H

GOEQU001H

bsfADCON0,GO//開始轉(zhuǎn)換

ADWAIT:

btfscADCON0,GO

gotoADWAIT//等待轉(zhuǎn)換完成

#endasm

write_MCP2515（TXB0CTRL,0x03）；//設(shè)置為發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)

write_MCP2515（TXB0SIDH,0xFF）；//EID28--21

write_MCP2515（TXB0SIDL,0xEB）；//EID20--EID18,擴(kuò)展幀使能，EID17--EID16

write_MCP2515（TXB0EID8,0xFF）；//EID15--EID8

write_MCP2515（TXB0EID0,0xFF）；//EID7--EID0

write_MCP2515（TXB0DLC,0x02）；//發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8字節(jié)