基于CAN總線在汽車(chē)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　隨著汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代汽車(chē)上的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)越來(lái)越多，聯(lián)系也越來(lái)越緊密。發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為新型發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部分之一，微處理器以及新型部件和電路的使用使得汽車(chē)技術(shù)發(fā)展速度加快，而且越來(lái)越復(fù)雜。最近及未來(lái)的技術(shù)發(fā)展要求汽車(chē)維修技師必須很好地接受最新汽車(chē)技術(shù)的培訓(xùn)，本書(shū)的出版，就是為了幫助技師學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理，并掌握對(duì)其進(jìn)行故障診斷的方法。書(shū)中討論了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與部件、故障的分析與診斷方法、OBD Ⅱ自診斷方法，多路傳輸技術(shù)，以及世界各大汽車(chē)公司典型的控制系統(tǒng)的原理、構(gòu)造和診斷。筆者通過(guò)分別構(gòu)造高、低速CAN網(wǎng)絡(luò)，對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的計(jì)算機(jī)控制單元采用高速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸；其它采用低速CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸，并采用微控制器兼作網(wǎng)關(guān)。使得傳輸線束大大簡(jiǎn)化，可靠性大大提高。

　　二，CAN總線的技術(shù)特性

　　CAN（Controller Area Network）總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。特別適用于汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。通訊媒體可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1 Mbits/s（此時(shí)通信距離最長(zhǎng)為40m）。

　　CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協(xié)議，適用于任何類(lèi)型的工業(yè)控制局域網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)合，而CAL則應(yīng)用于基于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層通訊協(xié)議的優(yōu)化控制場(chǎng)合，SAEJ1939則應(yīng)用于卡車(chē)和重型汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

　　三，基于P87C591的汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制

　　（一） P87C591

　　P8xC591是8位高性能單片機(jī)，是80C51系列的衍生型，帶有在片CAN控制器。它使用高效的80C51指令集并包括SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。完全的靜態(tài)核提供擴(kuò)展的電存儲(chǔ)設(shè)施，振蕩器可以被停止且易重新啟動(dòng)，但不丟失數(shù)據(jù)。改進(jìn)的1:1內(nèi)部時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)器在12 MHz外部時(shí)鐘率時(shí)能達(dá)到500 ns指令周期。

　?。ǘ┫到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　目前，汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)涉及到動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面，具體包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制，變速器控制、巡行控制，制動(dòng)控制，照明控制，空調(diào)控制，雨刷控制，儀表管理系統(tǒng)等，而且各種控制系統(tǒng)的電控單元（ECU）相互聯(lián)系緊密，需要隨時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，CAN總線作為一種極具應(yīng)用潛力的控制器局域網(wǎng)總線，近年來(lái)在汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并已成為歐洲汽車(chē)制造業(yè)主體行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，代表著汽車(chē)電子控制網(wǎng)絡(luò)的主流發(fā)展趨勢(shì)。

　　汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的所有這些子控制系統(tǒng)通過(guò)CAN,0.線構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，各控制單元的指令發(fā)出去之后，必須保證在一定時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)，要不然就有可能發(fā)生重大事故，這就要求汽車(chē)上的CAN通信網(wǎng)絡(luò)有較高的波特率設(shè)置和可靠性。而且，汽車(chē)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，眾多節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。若整輛汽車(chē)的所有節(jié)點(diǎn)都掛在一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)上，這么多節(jié)點(diǎn)通過(guò)一條CAN總線進(jìn)行通信，信息管理配置稍有不當(dāng)，就很容易出現(xiàn)總線負(fù)荷過(guò)大，將導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)速度下降，這在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中是不允許的。因此我們將實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格、可靠性要求高的節(jié)點(diǎn)組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將其它實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，并架設(shè)網(wǎng)關(guān)將這兩個(gè)速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。

　　圖 1中的發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速器控制、安全控制、防抱死制動(dòng)控制（ABS）等控制單元節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)代汽車(chē)動(dòng)作的核心部件，對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求嚴(yán)格，因而在本設(shè)計(jì)中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)?？照{(diào)控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網(wǎng)絡(luò)，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，兼起網(wǎng)關(guān)的作用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。

　　電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過(guò)數(shù)據(jù)總線經(jīng)過(guò)光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA 1000）直接相連，由于CAN總線控制器帶有一個(gè)接收緩沖器和一個(gè)發(fā)送緩沖器，因此，CAN總線控制器的發(fā)送端口Tx0，接收端口Rx0、Rx1分別與CAN,總線發(fā)送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連，CAN_L和CAN -H是CAN總線的兩條差分接收發(fā)送線。它們的端點(diǎn)間各接一個(gè)120Ω的總線匹配電阻，當(dāng)有節(jié)點(diǎn)占用CAN總線時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的發(fā)送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當(dāng)無(wú)節(jié)點(diǎn)占用CAN總線時(shí)，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.