CAN總線技術(shù)在智能汽車系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

關(guān)鍵詞： 智能控制 CAN總線 PIC18F258 中斷接收

1 引言
CAN總線是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱，它最早由德國(guó)BOSCH公司提出。由于它具有傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)，硬件連接方便等突出特點(diǎn)，非常適合用于汽車系統(tǒng)中，解決眾多測(cè)試與控制儀器之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。

2 智能汽車系統(tǒng)簡(jiǎn)介
智能汽車主要被用于野外環(huán)境中，它可以按照人預(yù)先設(shè)定的指令，根據(jù)地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過(guò)程中不斷感知周圍的環(huán)境信息，自主地制定出各種決策，引導(dǎo)自身安全地行使并完成相應(yīng)的規(guī)劃和操作任務(wù)。

它除具備普通汽車的各類功能外，還增加了測(cè)算車身位置，測(cè)算車頭方向，控制汽車自帶有向天線的方向使其與基地之間進(jìn)行無(wú)線通信等功能。如此眾多的信息，如果完全采用RS-232總線進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換顯然有些力不從心。因而采用CAN總線作為其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，是理所?dāng)然的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 概述
智能汽車的控制系統(tǒng)由擔(dān)負(fù)著檢測(cè)計(jì)算功能的下位機(jī)系統(tǒng)和擔(dān)負(fù)著控制顯示功能的上位機(jī)系統(tǒng)組成。圖1為該系統(tǒng)的功能框圖。

下位機(jī)系統(tǒng)各模塊及其功能：
〇 GPS數(shù)據(jù)采集模塊，用來(lái)測(cè)量汽車當(dāng)前位置。
〇 磁羅盤數(shù)據(jù)采集模塊，用來(lái)測(cè)量車頭的方向。
〇 步進(jìn)電機(jī)控制模塊，用來(lái)驅(qū)動(dòng)有向天線的旋轉(zhuǎn)。
〇 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度限制模塊，用來(lái)測(cè)量有向天線相對(duì)于車頭的角度，并防止由于步
進(jìn)電機(jī)單方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度過(guò)大而造成的線路纏繞。
〇 CAN模塊。

注:圖1中的電位器用來(lái)測(cè)量步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度,將它的輸出電平轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)再發(fā)往下位機(jī)。CAN總線使用共地的雙絞線作為其傳輸介質(zhì)。
上位機(jī)系統(tǒng)各模塊及其功能：
〇 LCD模塊，用來(lái)顯示下位機(jī)傳送來(lái)的各種數(shù)據(jù)。
〇 簡(jiǎn)易鍵盤輸入模塊，通過(guò)8鍵鍵盤完成對(duì)下位機(jī)的一些簡(jiǎn)單控制。
〇 CAN模塊。

上位機(jī)和下位機(jī)通信由CAN模塊和CAN總線來(lái)完成。其中，下位機(jī)要傳送給上位機(jī)的數(shù)據(jù)有，汽車當(dāng)前的GPS坐標(biāo)，車頭當(dāng)前的方向，有向天線相對(duì)于車頭的角度；上位機(jī)要傳送給下位機(jī)的數(shù)據(jù)有，基地的GPS坐標(biāo)，手動(dòng)模式下電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向和角度。

3.2 硬件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)上下位機(jī)均采用PIC18F258單片機(jī)，該單片機(jī)自帶CAN收發(fā)接口，它的引腳見(jiàn)圖2。CAN模塊相對(duì)獨(dú)立，其的主要特征如下：
〇 通過(guò)ISO CAN標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。
〇 執(zhí)行CAN協(xié)議：CAN1.2 CAN2.0A CAN2.0B。
〇 標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)模式。
〇 0-8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。
〇 可編程速率高達(dá)1M bps。
〇 2個(gè)數(shù)據(jù)接收緩沖器
〇 6個(gè)完全接收濾波器，2個(gè)對(duì)應(yīng)高優(yōu)先權(quán)緩沖器，4個(gè)對(duì)應(yīng)低優(yōu)先權(quán)緩沖器。
〇 2 個(gè)完全接收掩碼器。
〇 3個(gè)具有優(yōu)先權(quán)的發(fā)送緩沖器

該系統(tǒng)中，上位機(jī)與其外圍設(shè)備鍵盤和LCD顯示器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)并行I/O總線相連，下位機(jī)與其外圍設(shè)備GPS接收器、磁羅盤以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)RS-232串行總線相連，在此不做詳細(xì)介紹。圖3是CAN通信模塊硬件簡(jiǎn)圖。

由于單片機(jī)的輸出電流比較弱，難以驅(qū)動(dòng)光電隔離器，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，信號(hào)輸入光偶前要經(jīng)過(guò)74HC573鎖存；同樣為了增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力，經(jīng)過(guò)隔離的信號(hào)要再次經(jīng)過(guò)74HC573鎖存。
使用該單片機(jī),無(wú)須擴(kuò)展CAN總線模塊，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了運(yùn)行效率。

3.3 軟件實(shí)現(xiàn)
PIC18F258的CAN模塊帶有眾多控制和數(shù)據(jù)寄存器，為方便起見(jiàn)，可以將它們做以下分類：
〇控制和狀態(tài)寄存器
〇發(fā)送緩沖寄存器
〇接收緩沖寄存器
〇波特率控制寄存器
〇I/O控制寄存器
〇中斷標(biāo)志和控制寄存器

CAN模塊可工作于6種模式下，配置模式，禁止模式，正常工作模式，監(jiān)聽(tīng)模式，自循環(huán)模式，錯(cuò)誤識(shí)別模式。本系統(tǒng)涉及到了2種模式，配置模式和正常工作模式。

首先在配置模式下將控制和狀態(tài)寄存器，波特率控制寄存器，I/O控制寄存器，中斷標(biāo)志和控制寄存器，接收掩碼器和接受濾波器按照系統(tǒng)要求設(shè)定好，以保證CAN總線暢通。這些寄存器只能在配置模式下進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定完畢后，進(jìn)入正常工作模式。上位機(jī)和下位機(jī)都將各自的CAN接收中斷打開(kāi)，等待CAN總線傳送來(lái)的數(shù)據(jù)。所不同的是，上位機(jī)只在需要進(jìn)行人工干預(yù)的情況下，向總線發(fā)送控制信號(hào)；而下位機(jī)是循環(huán)向總線發(fā)送采集到的信息的。