基于CAN總線的汽車車身電器控制系統(tǒng)的研究

王學(xué)士

（杭州浙大奧博汽車電器有限公司，浙江 杭州 310030）

1 引言

隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及對汽車性能要求的不斷提高，汽車上的電子裝置越來越多，如：發(fā)動機(jī)電子控制裝置、ABS、自動變速箱控制系統(tǒng)、自動巡航控制系統(tǒng)以及車身上的自動空調(diào)系統(tǒng)、電動門窗、電動后視鏡、自動亮燈系統(tǒng)、電動座椅等。這些電子裝置之間巨大的數(shù)據(jù)交換量，如果仍然采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換的方法，即用導(dǎo)線進(jìn)行點對點連接的方式，將是難以想象的，而且，在傳統(tǒng)的汽車電器中，僅有開關(guān)和執(zhí)行器等這樣的簡單設(shè)備，并且各個設(shè)備之間采用點到點的方式進(jìn)行連線。隨著汽車其它電器的增加，這種連接方式直接導(dǎo)致了汽車的線束越來越龐大，線束的體積、可靠性、重量已成為日益突出的問題。然而，總線技術(shù)的快速發(fā)展為解決此問題提供了可能。通過總線技術(shù)，可以將汽車上的各電子裝置及設(shè)備連接起來，實現(xiàn)相互間的信息共享，這樣既減少了線束，又可更好的控制和協(xié)調(diào)汽車的各個系統(tǒng)，使汽車的各項性能達(dá)到最佳效果。

2 CAN總線概述

2.1 節(jié)點的概念和組成

CAN總線上的節(jié)點是指連接在CAN總線上的傳感器部件、執(zhí)行部件或控制器單元等。CAN總線是通過允許節(jié)點間對等的傳播數(shù)據(jù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。CAN總線節(jié)點之間的通訊，既可以是單向的，也可以是雙向的，這個視具體情況而定。

CAN節(jié)點的構(gòu)成是多種多樣的，但是由于受到總線收發(fā)器物理信號驅(qū)動能力的限制，在一個CAN總線網(wǎng)絡(luò)上，最多可掛接110個節(jié)點設(shè)備。CAN節(jié)點設(shè)備的關(guān)鍵部分是CAN網(wǎng)絡(luò)控制器和CAN總線收發(fā)器，由它們來實現(xiàn)CAN總線的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的通訊協(xié)議。圖一是CAN總線節(jié)點常用的結(jié)構(gòu)示意圖，信息通過CAN控制器和CAN收發(fā)器發(fā)送到總線，并在另一個節(jié)點由收發(fā)器和控制器接收到單片機(jī)中。

圖1 CAN總線節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 CAN總線的基本特性

CAN總線的基本特性有多個方面。下面簡要介紹幾個方面：報文：節(jié)點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊。CAN總線上的信息以不同格式報文發(fā)送，但長度有限制。當(dāng)總線開放時，任何連接單元都可以開始發(fā)送一個新的報文。位速率：CAN的數(shù)據(jù)傳輸率在不同系統(tǒng)中是可以各不相同的。但是，在一個給定系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸速率是唯一的并且是固定的。優(yōu)先權(quán)：在總線訪問期間，標(biāo)識符定義了一個報文靜態(tài)優(yōu)先權(quán)。當(dāng)多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以通過優(yōu)先權(quán)來決定占用總線的數(shù)據(jù)。

3 基于CAN總線的汽車車身電器控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1 節(jié)點劃分

我們可以將汽車車身電器分為八組，每組由一個節(jié)點與CAN總線相連。這些節(jié)點分別為：開關(guān)控制節(jié)點、前照燈控制節(jié)點、后尾燈控制節(jié)點、左前門控制節(jié)點、左后門控制節(jié)點、右前門控制節(jié)點、右后門控制節(jié)點及雨刮器控制節(jié)點等。具體如圖2所示：

圖2 汽車車身電器控制系統(tǒng)節(jié)點分布

3.2 CAN節(jié)點硬件設(shè)計

CAN總線各節(jié)點的硬件設(shè)計是重點。我們把汽車車身電器劃分的八個節(jié)點，按照硬件組成分為三類：輸入節(jié)點、輸出節(jié)點、網(wǎng)關(guān)節(jié)點。我們采用S9S08DZ60單片機(jī)做為微處理器（此微處理器本身帶CAN模塊），收發(fā)器采用TJA1050，輸出接口使用功率芯片直接驅(qū)動執(zhí)行器件，這樣就組成了CAN總線節(jié)點硬件電路。其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 CAN總線節(jié)點硬件電路結(jié)構(gòu)

3.3 軟件設(shè)計

汽車車身電器各節(jié)點主程序的主要目的是監(jiān)控本節(jié)點中各電器的運行狀態(tài)，采用查詢方式編程。輸入節(jié)點的主程序主要查詢開關(guān)的閉合或斷開狀態(tài)，并將查詢的狀態(tài)存入單片機(jī)的寄存器中。要注意的是，輸入節(jié)點中監(jiān)測開關(guān)信號時，要加適當(dāng)?shù)难訒r以避免開關(guān)抖動產(chǎn)生錯誤判斷。輸出節(jié)點的主程序主要查詢CAN總線上的數(shù)據(jù)來控制相應(yīng)的電器。網(wǎng)關(guān)節(jié)點的主程序查詢總線所有總線上的數(shù)據(jù)并將遵照CAN協(xié)議的將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。下面簡要介紹輸入節(jié)點程序流程圖，如圖4所示。

圖4 輸入節(jié)點程序流程圖

4 結(jié)語

由于卓越的實時特性、極高的可靠性和獨特的性能，CAN總線己經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、控制安全防護(hù)、嵌入式網(wǎng)絡(luò)和保安系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著汽車車身電器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，就像在20世紀(jì)70年代引入集成電路，80年代引入微處理器一樣，CAN總線技術(shù)的引入也將是汽車車身電器技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。

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