基于總線技術(shù)的車身電子控制系統(tǒng)設(shè)計

陳少偉（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州，510510）

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基于總線技術(shù)的車身電子控制系統(tǒng)設(shè)計

陳少偉
（廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州，510510）

摘要：隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，各種汽車類電子裝置越來越多，其裝置之間的線路連接也越來越復(fù)雜，這對汽車的布線系統(tǒng)提出了更高的要求，汽車控制局域網(wǎng)CAN總線應(yīng)運(yùn)而生。本文簡要介紹了CAN總線的特性，設(shè)計了基于總線技術(shù)的車身電子控制系統(tǒng)，從而簡化了線束，降低了生產(chǎn)成本,也方便了維修。

關(guān)鍵詞：汽車；電子控制系統(tǒng)；CAN總線

0 引言

隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展和性能的不斷提高，整車逐漸形成了一個龐大的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的線束不能夠滿足汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，而CAN總線技術(shù)的應(yīng)用讓各種信號數(shù)據(jù)在電子單元之間得以共享，節(jié)約成本的同時也增加了汽車的智能化，并提高了汽車的安全性、舒適性和穩(wěn)定性，降低了診斷與維修難度。目前CAN總線技術(shù)的發(fā)展很快，會逐漸成為車體控制和管理的主流，本文基于SAE J1939協(xié)議和CAN總線協(xié)議對汽車的電子控制系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，并總點(diǎn)闡述了CAN節(jié)點(diǎn)硬件和系統(tǒng)軟件設(shè)計。

1 CAN總線特性

CAN總線(Controller Area Network)，即控制器局域網(wǎng)。CAN總線是一種支持分布式實時控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，具有很高的安全性。CAN總先技術(shù)極大的簡化了傳統(tǒng)系統(tǒng)布線的繁瑣和技術(shù)含量低的問題，使其控制單元和系統(tǒng)檢測分布更加合理，其通訊介質(zhì)分為三種：同軸電纜、雙絞線和光纖。CAN總線技術(shù)是一種成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式。如下為CAN總線的主要特性：

（1）總線利用率極高；

（2）現(xiàn)場總線成本低；

（3）數(shù)據(jù)傳輸速率快；

（4）數(shù)據(jù)傳輸距離長；

（5）可自動重發(fā)被破壞數(shù)據(jù)；

（6）在節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重錯誤的情況下可以自動退出總線功能；

（7）可以根據(jù)報文的ID來決定是否接收報文；

（8）報文僅使用標(biāo)志符來識別優(yōu)先級信息、功能信息。

2 車身電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

車身電子控制系統(tǒng)的控制功能主要包括：中央門鎖和防盜遙控、玻璃車窗的電動升降、電動座椅、空調(diào)等。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，集成了上述功能的車身電子控制系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于高檔汽車，提高了汽車的控制性能，其結(jié)構(gòu)主要包括：中央控制模塊、四組車燈模塊、四組車窗與車鎖模塊、空調(diào)控制模塊、座椅調(diào)整模塊等，各模塊之間采用bps的低速雙線CAN總線通訊。

車內(nèi)采用六個控制單元組成車身的CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)，分為左右門節(jié)點(diǎn)、車身前后節(jié)點(diǎn)、儀表節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)。車身電子控制系統(tǒng)使用六個CAN通訊節(jié)點(diǎn)來代替繁雜的線束，很容易的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，使汽車成為了一個智能化的整體，具備自我調(diào)節(jié)調(diào)控功能。

3 車身電子控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

在進(jìn)行硬件電路設(shè)計時，要充分考慮汽車安全、節(jié)能、可靠性等要求。

3.1 CAN節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計

車身電子控制系統(tǒng)采用AT89C51作為MCU，用PHILIPS SJA1000作為CAN控制器，PHILIPS TJA1040作為總線的驅(qū)動器。CAN節(jié)點(diǎn)電路主要就是由這三部分組成。該電路中，AT89C51單片機(jī)作為外圍電路核心，是一款具有低功耗、高性能的8位微處理器，可以充分保障操作系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 電源電路設(shè)計

電源電路為整板提供電源，其品質(zhì)直接影響著車身控制系統(tǒng)的質(zhì)量。根據(jù)其總體結(jié)構(gòu)可以分為保護(hù)電路、12V整板供電電路、5V和3.3V單片機(jī)和FPGA供電電路、±9V脈沖信號處理電路四個部分組成。電源保護(hù)電路的主要功能是為整板提供防反接保護(hù)、浪涌和靜電保護(hù)和防止供電電壓跌落。12V整板供電電路要采用穩(wěn)壓管對上升電壓進(jìn)行限制。

3.3 CAN驅(qū)動器連接電路

CAN驅(qū)動器采用的是TJA140，它是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，給總線提供差動發(fā)送功能，同時給CAN控制器提供差動接收功能。因為傳輸線路存在分布電感和分布電容的影響，信號在長通訊線路中傳播時，信號波形很容易產(chǎn)生嚴(yán)重的失真和畸變。這是因為雙絞線的波阻抗一般在100～200之間，并且紋花越密集其波阻抗越低。

3.4 外擴(kuò)EEPROW存儲單元電路設(shè)計

為了便于以后對芯片功能進(jìn)行擴(kuò)展，該設(shè)計采用外擴(kuò)EEPROM方法，EEPROM的型號選擇基于SPI串行總線與MCU進(jìn)行通信的AT25160型號。

4 車身電子控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化思想，分別為：主程序模塊、數(shù)據(jù)幀接收模塊、數(shù)據(jù)幀發(fā)送模塊、CAN控制器初始化模塊等多個獨(dú)立的模塊。SJA1000兼容CAN2.0B技術(shù)規(guī)范，具有標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀兩種格式。主控節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)關(guān)主要實現(xiàn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀的透明傳輸，以及數(shù)據(jù)信息的交互。網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)。實際應(yīng)用中，CAN節(jié)點(diǎn)一直向網(wǎng)關(guān)發(fā)送信息，只有當(dāng)網(wǎng)關(guān)發(fā)出查詢命令時，CAN節(jié)點(diǎn)才向網(wǎng)關(guān)發(fā)送信息。該系統(tǒng)采用驗收雙濾波方式，這樣可以使廣播下發(fā)、上傳到各個模塊，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。在兩個濾波器分別設(shè)置為一個廣播消息ID標(biāo)識碼和一個模塊自身ID標(biāo)識碼。采用這種雙濾波方式，可以非常有效地提高通訊的靈活性。

CAN節(jié)點(diǎn)都采用查詢的工作方式，優(yōu)先級別高的節(jié)點(diǎn)可以向CAN總線廣播，地址正確的CAN節(jié)點(diǎn)可以接受數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)處理程序。對于特殊數(shù)據(jù)的發(fā)送請求，可以采用遠(yuǎn)程幀申請的方式，這種數(shù)據(jù)處理方法有利于程序?qū)Χ鄠€任務(wù)的結(jié)構(gòu)化管理。

5 結(jié)束語

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，對安全、舒適、方便性的要求越來越高。本文結(jié)合CAN總線技術(shù)，主要研究了基于總線技術(shù)的車身電子控制系統(tǒng)，設(shè)計了采用“ECU(AT89C51)+CAN總線(SJA 1000)+CAN收發(fā)器(PCA82C250)”模式的電子控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分應(yīng)用了先進(jìn)的汽車電子技術(shù)和CAN總線技術(shù)，適應(yīng)了汽車智能化和人性化的發(fā)展趨勢，使汽車的性價比得到了不斷提高。

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Design of vehicle body electronic control system based on bus technology

Chen Shaowei
（Guangdong College of Industry and Commerce，Guangzhou Guangdong，510510）

Abstract：With the continuous development of the automobile electronic technology, all kinds of automotive type electronic device more and more, between the device line connection is becoming more and more complicated, the car wiring system proposed higher requirements, automotive control area network (can) bus arises at the historic moment. This paper briefly introduces the characteristics of CAN bus, the design of the body electronic control system based on bus technology, which simplifies the wiring harness, reduces production cost, convenient maintenance.

Keywords：car; The electronic control system; CAN bus