商用車基于CAN總線的組合儀表開發(fā)與應(yīng)用

馬秋香

摘要：汽車組合儀表作為人車交互的窗口，為駕駛員提供能夠反映汽車運(yùn)行狀態(tài)的各種參數(shù)，是汽車必不可少的裝置。隨著商用車汽車電子技術(shù)和總線的快速發(fā)展，同時(shí)人們對駕駛室性能和安全舒適性要求的不斷提高，基于CAN總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為商用車組合儀表開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。

以往商用車組合儀表多數(shù)采用模擬量十字交叉線圈電磁式工作原理，其精度、響應(yīng)速度、質(zhì)量等方面難以有根本突破，然而隨著CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在商用車的應(yīng)用日益廣泛，為組合儀表的信號(hào)采集處理，由模擬式向數(shù)字化方向的轉(zhuǎn)變提供了技術(shù)支持，因?yàn)樯逃密噰鳬V、國VI排放法規(guī)要求和ABS標(biāo)準(zhǔn)在我國全面實(shí)施，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、ABS控制器等與整車信息的交互是采用CAN通訊模式，如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油耗、電壓、機(jī)油壓力、扭矩、巡航及各種報(bào)警信號(hào)，所以基于CAN總線的組合儀表應(yīng)運(yùn)而生。

關(guān)鍵詞：CAN總線；CAN協(xié)議；組合儀表；商用車

【分類號(hào)】：TG333.7

1. 商用車及CAN總線的介紹

1.1 商用車CAN組合儀表概述

本項(xiàng)目采用總線技術(shù)設(shè)計(jì)汽車儀表通訊系統(tǒng)，綜合數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、儀器面板等多項(xiàng)內(nèi)容。利用傳感器節(jié)點(diǎn)采集轉(zhuǎn)速、耗油、速度等模擬或數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行預(yù)處理后通過CAN總線傳送到嵌入式車載計(jì)算機(jī)，進(jìn)行分析處理，得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)、汽車車速、油耗、溫度及轉(zhuǎn)向燈等信息，然后將它們在LCD顯示屏顯示出來。

1.2 CAN總線的簡介

CAN是Controller Area Network的簡稱，譯為控制器局域網(wǎng)絡(luò)，是由德國BOSCH公司開發(fā)的，該公司以研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱。這項(xiàng)技術(shù)一經(jīng)開發(fā)，立即引起了世界范圍內(nèi)的相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜摇W(xué)者的目光，CAN的高性能和高可靠性也得到了全世界汽車廠商和通信領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)同，并通過ISO 11898和ISO11519的國際標(biāo)準(zhǔn)化處理，先作為歐洲汽車行業(yè)的汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，然后成為了國際上運(yùn)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線的屬于通信工程方面的技術(shù)，它是以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，采用了最低的二進(jìn)制數(shù)，這樣的傳遞方式具有最高的優(yōu)先級(jí)，使得CAN總線的通訊傳輸具有較高的效率，達(dá)到了數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度的要求，能對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳達(dá)。CAN總線的先關(guān)通信工程技術(shù)不僅被用于商務(wù)車的組合儀表的開發(fā)與應(yīng)用，還被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面，走進(jìn)人們的身邊，為人類社會(huì)創(chuàng)造一個(gè)又一個(gè)的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，推動(dòng)全世界的科學(xué)技術(shù)發(fā)展。

1.3 CAN總線的特點(diǎn)

由于采用許多新技術(shù)及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線與一般的通訊總線相比，他的數(shù)據(jù)通訊具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性，其特點(diǎn)主要為：

1）CAN總線為多方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任一時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)動(dòng)信息，不分主次；

2）CAN總線上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí)，可滿足不同的實(shí)時(shí)需要，優(yōu)先級(jí)高的數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸；

3）CAN總線采用非破壞總線仲裁技術(shù)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息發(fā)送沖突時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)退出發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)可不受影響的績效傳輸數(shù)據(jù)，從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間，尤其在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率很高的情況下，也不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況；

4）CAN節(jié)點(diǎn)只需求通過對報(bào)文標(biāo)識(shí)符濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)；

5）報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時(shí)間短，受干擾概率低。保證數(shù)據(jù)出錯(cuò)率低；

6）CAN的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他校錯(cuò)措施，具有極好的校錯(cuò)效果；

7）CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況小具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能，以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響；

8）CAN總線具有較高的性價(jià)比，它結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格低，而且開發(fā)技術(shù)容易掌握。

2. 基于CAN總線的組合儀表的整體設(shè)計(jì)

2.1 基于CAN總線的組合儀表的硬件設(shè)計(jì)

基于CAN總線的組合儀表作為一個(gè)整體的系統(tǒng)，硬件方面主要包括電源模塊、CAN總線模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊和LCD液晶顯示模塊。目前，世界上大多數(shù)的商用車采用的蓄電池是提供的電源電壓是24V，而CAN總線的組合儀表系統(tǒng)中的多個(gè)電子元器件，例如芯片MCP2511、處理器V850-3425等都只適用于5V的電壓，所以應(yīng)該在基于CAN總線的組合儀表系統(tǒng)中加入能解決電壓轉(zhuǎn)換問題的分流穩(wěn)壓的電路方法。這個(gè)分流穩(wěn)壓電路中存在一個(gè)非常關(guān)鍵的電阻，這個(gè)電阻的阻值控制了三極管兩段的電流，可以防止三極管過熱，燒毀電路，增強(qiáng)CAN總線的組合儀表系統(tǒng)的安全性。CAN總線模塊是CAN總線的組合儀表系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，它由一個(gè)一個(gè)的CAN節(jié)點(diǎn)組成，每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)又是由微處理器、CAN控制器和CAN收發(fā)器三部分組成。每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)都嚴(yán)格按照CAN通信協(xié)議發(fā)出信號(hào)、傳遞信號(hào)、接收信號(hào)。正如前文所述，CAN節(jié)點(diǎn)是以報(bào)文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，采用了最低的二進(jìn)制數(shù)，每一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)接收到上一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信號(hào)后，都要對信號(hào)進(jìn)行收集、過濾，把其中的數(shù)據(jù)和接收識(shí)別碼的內(nèi)種進(jìn)行比對，兩者一致的情況下才會(huì)真正接收這個(gè)信號(hào)，并讀取信號(hào)中的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，并向下一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)傳送。在存儲(chǔ)空間方面，寄存器的并行位數(shù)將決定了CAN總線的組合儀表系統(tǒng)的開關(guān)量，開關(guān)量越多，數(shù)據(jù)的傳輸效率越高，達(dá)到了數(shù)據(jù)的物理傳輸通路有較高的速度的要求，能對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳達(dá)。

2.2 基于CAN總線的組合儀表的軟件設(shè)計(jì)

基于CAN總線的組合儀表作為一個(gè)整體的系統(tǒng)，系統(tǒng)主程序主要為以下幾步驟：

1）系統(tǒng)初始化，系統(tǒng)初始化主要包括系統(tǒng)時(shí)鐘，CAN節(jié)點(diǎn)，LCD液晶屏，步進(jìn)電機(jī)等。并使能CAN中斷，設(shè)置CAN屏蔽碼和驗(yàn)收碼，CAN節(jié)點(diǎn)初始化主要是初始化CAN控制器并中斷。

2）讀取各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并驅(qū)動(dòng)指針以及LCD顯示屏等，同時(shí)等待CAN接收中斷。各項(xiàng)數(shù)據(jù)由各傳感器采集而來。

3）CAN接收中斷產(chǎn)生，進(jìn)入接收中斷子程序讀取數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)是否符合數(shù)據(jù)接收條件，如符合，則接收數(shù)據(jù)。

4）處理器將接收的報(bào)文進(jìn)行解析，提取需要的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。處理器對傳感器傳來的數(shù)據(jù)和CAN總線讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算，得到相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

5）處理器將車輛相關(guān)的脈沖信號(hào)發(fā)至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)相關(guān)的指針，同時(shí)將相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD控制器，在LCD顯示屏顯示相關(guān)的信息。

3. 結(jié)語

本文介紹了商用車基于CAN總線的組合儀表的開發(fā)與運(yùn)用，重點(diǎn)介紹了基于CAN總線的組合儀表的整體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中綜合運(yùn)用了CAN總線傳輸技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)原理和液晶顯示技術(shù)，使汽車儀表能夠接收傳感器的轉(zhuǎn)速、油壓、水溫等信號(hào)并通過微處理器處理后實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)補(bǔ)充了傳統(tǒng)機(jī)械指針式儀表盤和簡單的電子式組合儀表的不足，提高了組合式儀表盤的穩(wěn)定性和可靠性，并使組合式儀表盤的功能更加的多元化，滿足駕駛員對于商用車組合儀表的各種需求，提高了商用車的操作穩(wěn)定性，更適合商用車的發(fā)展需求。.

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐陽琰，王貴槐，陳先橋等. 基于 CAN 總線的汽車儀表盤電控單元設(shè)計(jì)[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（1）：79-81.