基于CAN總線的汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

林琦

摘 要：汽車(chē)附屬構(gòu)件多樣化的配置，不僅促進(jìn)了汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。也使得汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸繁瑣復(fù)雜?；诖?，本文對(duì)CAN總線的特點(diǎn)以及CAN總線對(duì)汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)的意義進(jìn)行了分析，并以圍繞CAN總線為中心對(duì)汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要模塊進(jìn)行了闡述，希望可以實(shí)現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的可靠性與抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：CAN總線 汽車(chē)組合儀表 特點(diǎn)

Research on the Design of Automobile Combination Instrument Integrated System Based on CAN Bus

Lin Qi

Abstract：The diversified configuration of automotive accessory components not only promotes the development of the automotive industry， but also makes the internal structure of the car gradually complicated. Based on this， this article analyzes the characteristics of the CAN bus and the significance of the CAN bus to the design of automotive instrument clusters， and expounds the main modules of the automotive instrument cluster integrated system design centering on the CAN bus， hoping to achieve modular design， so as to improve the reliability and anti-interference ability of the system.

Key words：CAN bus， automobile combination instrument， characteristics

1 引言

人們對(duì)日常的需求不斷增多，尤其是在汽車(chē)這一方面，更是對(duì)汽車(chē)的經(jīng)濟(jì)性、舒適性、安全性都有著很高的要求。汽車(chē)的儀表是車(chē)載信息的關(guān)鍵接收點(diǎn)，是駕駛員接收汽車(chē)信息以及獲取汽車(chē)在行駛過(guò)程中的工況參數(shù)，所以，針對(duì)這一特點(diǎn)汽車(chē)電子器件和電子控制的目標(biāo)逐漸增多，導(dǎo)致汽車(chē)線路繁瑣又多量，如何設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)，是目前各汽車(chē)行業(yè)需要注意的問(wèn)題[1]。

2 CAN總線的特點(diǎn)

CAN總線與一般的通訊總線相比，融合了許多現(xiàn)代化先進(jìn)的新技術(shù)，運(yùn)用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)上有著可靠性、實(shí)時(shí)性以及靈活性的突出特點(diǎn)。對(duì)其特點(diǎn)的概括如下：第一，CAN總線可以在網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)都可在任何時(shí)間內(nèi)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其它的節(jié)點(diǎn)傳送信息，不用分主次，以多方式工作為主要模式，是目前為止唯一具有著國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線;第二，多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息發(fā)生沖突時(shí)，CAN就會(huì)采用非破壞總線的仲裁技術(shù)，為了減少總線沖裁沖突的時(shí)間，應(yīng)對(duì)低級(jí)和高級(jí)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理，設(shè)置低級(jí)節(jié)點(diǎn)對(duì)高級(jí)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先推出程序，使其高級(jí)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)受到影響，也可有效規(guī)避網(wǎng)絡(luò)超負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓問(wèn)題的出現(xiàn);第三，利用對(duì)報(bào)文的標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)全局廣播多種形式的數(shù)據(jù)傳送和接收，通過(guò)對(duì)CAN節(jié)點(diǎn)先后順序的設(shè)定來(lái)滿足用戶的實(shí)時(shí)需求，進(jìn)而達(dá)到報(bào)文標(biāo)識(shí)符濾波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的效果;第四CAN總線的通信距離比其他設(shè)備都要遠(yuǎn)以及通信速度也是最快的，并且CAN每幀信息都要CRC校驗(yàn)和其它檢測(cè)措施，具有良好的檢錯(cuò)效果;第五，節(jié)省企業(yè)投入資金的使用，對(duì)現(xiàn)有的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具再次利用，CAN總線具有開(kāi)發(fā)技術(shù)容易掌握，構(gòu)造簡(jiǎn)單、零件購(gòu)買(mǎi)方便超高的性價(jià)比優(yōu)點(diǎn)，最大程度上降低了投入成本，為了不讓CAN總線上其它節(jié)點(diǎn)的操作出現(xiàn)失誤，利用自動(dòng)關(guān)閉輸出工作，進(jìn)而有效避免CAN總線上節(jié)點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重問(wèn)題，可及時(shí)進(jìn)行挽回和解決問(wèn)題。

3 CAN總線對(duì)汽車(chē)組合儀表設(shè)計(jì)的意義

現(xiàn)階段，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)全數(shù)字汽車(chē)儀表盤(pán)的使用比較普遍，但由于國(guó)內(nèi)外技術(shù)水平存在著一定的差距，使得我國(guó)在汽車(chē)儀表技術(shù)開(kāi)發(fā)這一塊缺少專(zhuān)業(yè)的技術(shù)引導(dǎo)，目前投入使用的汽車(chē)大部分都是配置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)汽車(chē)儀表盤(pán)，通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)看國(guó)內(nèi)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)汽車(chē)儀表技術(shù)也比較看好，但是還沒(méi)有具備相應(yīng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)條件，隨著科技的不斷發(fā)展，使其汽車(chē)上的裝置增多，選擇CAN總線作為汽車(chē)的通信總線以國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)的實(shí)際情況為參考依據(jù)，是可以完善技術(shù)上的缺失，一個(gè)比較好的有效途徑[2]。利用CAN總線技術(shù)設(shè)計(jì)汽車(chē)儀表通訊系統(tǒng)，不僅可以在一定程度上簡(jiǎn)化布線、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享、提升可靠性，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳送，通過(guò)改變汽車(chē)儀表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使其節(jié)約成本的同時(shí)也可讓儀表系統(tǒng)更加穩(wěn)定、安全、快捷。此外，對(duì)汽車(chē)儀表通訊的發(fā)展空間有了一定的提升以及充足的市場(chǎng)需求。并且也可讓汽車(chē)的智能化目標(biāo)得以實(shí)，成為汽車(chē)發(fā)展史上劃時(shí)代的新革命同時(shí)也為中國(guó)汽車(chē)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)良好的商機(jī)。

4 以CAN總線為主的汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要模塊

為了使CAN總線實(shí)行任務(wù)時(shí)等待中斷服務(wù)及時(shí)對(duì)汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，通過(guò)對(duì)CAN總線傳送過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行初始化操作，接收CAN屏蔽碼和驗(yàn)收碼。以接收CAN總線數(shù)據(jù)信號(hào)量為參考依據(jù)，才可以將CAN總線任務(wù)等待中斷信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。中斷后，在滿足一系列條件后對(duì)擴(kuò)展幀屏蔽條件是否符合標(biāo)準(zhǔn)再次進(jìn)行判斷，以便寄存器可以讀出數(shù)據(jù)并寫(xiě)入緩存區(qū)。汽車(chē)儀表顯示模塊的數(shù)據(jù)將在儀表步進(jìn)電機(jī)和顯示屏上顯示出來(lái)，經(jīng)過(guò)CPU權(quán)限的確認(rèn)，對(duì)CAN總線數(shù)據(jù)任務(wù)進(jìn)行處理和發(fā)送，再次等待接收中斷信號(hào)請(qǐng)求。

4.1 參數(shù)寫(xiě)入模塊

讓汽車(chē)儀表按照要求工作，通過(guò)對(duì)儀表信號(hào)的分配對(duì)儀表參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)儀表的參數(shù)來(lái)解讀儀表內(nèi)數(shù)據(jù)的用途這樣。參數(shù)寫(xiě)入的不同實(shí)際就是代表著不同的儀表類(lèi)型，具體寫(xiě)入?yún)?shù)可參考?xì)W2、歐3的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)為參考依據(jù)，同時(shí)對(duì)儀表進(jìn)行檢測(cè)。第一，利用單片機(jī)內(nèi)部裝置的UART接口外擴(kuò)電平轉(zhuǎn)化器，對(duì)船型通信端口對(duì)儀表的參數(shù)寫(xiě)入硬件電路設(shè)計(jì)，參考三菱電機(jī)公司的M16C/6N單機(jī)系列芯片作為設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)參數(shù)寫(xiě)入依據(jù)，并對(duì)寫(xiě)入的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行加密處理。從而構(gòu)成RS232接口。第二，參數(shù)寫(xiě)入軟件設(shè)計(jì)，對(duì)儀表的界面設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)參考C++Builder設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)儀表參數(shù)寫(xiě)入界面工序時(shí)，要針對(duì)不同類(lèi)型的儀表進(jìn)行不同的路燈校驗(yàn)。對(duì)有CAN的儀表設(shè)置參數(shù)時(shí)，需要對(duì)儀表盤(pán)的ID號(hào)、RTR和數(shù)據(jù)DATA進(jìn)行分別的設(shè)置，這些主要是CAN對(duì)轉(zhuǎn)速表、水溫表以及燈路的控制，相對(duì)其它的燈路設(shè)置燈路名稱標(biāo)識(shí)正負(fù)即可，但是對(duì)于RS485控制的燈路要設(shè)置比特位置。第三，對(duì)于不帶有CAN的儀表，車(chē)速表檔位的示值和頻率以及信號(hào)波形和波形幅值的設(shè)置要根據(jù)汽車(chē)不同的檔位來(lái)進(jìn)行調(diào)整，在對(duì)不同檔位的示值和電阻/電壓儀表設(shè)置輸入信號(hào)操作，飛齒輪取信號(hào)以及發(fā)電機(jī)內(nèi)部各式各樣的取信號(hào)為轉(zhuǎn)速表主要設(shè)置轉(zhuǎn)速表取信號(hào)的方式，并根據(jù)不同的取信號(hào)方式來(lái)設(shè)置參數(shù)。大部分汽車(chē)都是采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式儀表盤(pán)，通過(guò)對(duì)所有的表設(shè)置掃描區(qū)間和掃描周期，逐漸調(diào)整頻率、電阻、電壓和步距。

4.2 CAN通訊模塊

在CAN總線的構(gòu)成系統(tǒng)中的應(yīng)用層以及用戶層軟件的編寫(xiě)需要滿足用戶的要求控制措施和系統(tǒng)運(yùn)用為主要參考依據(jù)，通過(guò)了解用戶自身實(shí)際的要求，使其應(yīng)用層可以在一方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義和響應(yīng)，達(dá)到對(duì)報(bào)文最大化應(yīng)用。由于應(yīng)用層處于用戶層和CAN接口之間，以建立CAN為主的報(bào)文發(fā)送為主要操作方法并對(duì)各種幀進(jìn)行組織和發(fā)送，使得CAN通訊協(xié)議得以實(shí)現(xiàn)，尤其是實(shí)現(xiàn)了在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方面對(duì)CAN總線路控制器的內(nèi)部電路集成并運(yùn)用在應(yīng)用層軟件的設(shè)計(jì)上。CAN總線的通信程序主要包含三個(gè)方面：第一CAN初始化實(shí)質(zhì)就是對(duì)波特率的設(shè)置進(jìn)行初始化，通過(guò)對(duì)接收波方式、接收屏蔽寄存器和驗(yàn)收代碼寄存器的設(shè)置，使其總線定時(shí)寄存器和系統(tǒng)晶振頻率能夠決定CAN總線通信波特率，利用CAN控制器在CAN初始化完后就可向物理總線進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù);第二，利用中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)工控機(jī)和CAN控制器SJA1000之間的通訊，自動(dòng)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求情況發(fā)生時(shí)，說(shuō)明SJA1的接收緩沖器已經(jīng)是飽和的狀態(tài)，即可通知CPU取走數(shù)據(jù)，有效利用中斷方式通知CPU，使其SJA1000的緩沖區(qū)將寫(xiě)入數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，也可以數(shù)據(jù)向CPU通知已經(jīng)發(fā)送完畢信號(hào)，這時(shí)緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)以空，就可以正常寫(xiě)入其它數(shù)據(jù)。對(duì)CAN控制器SJA1000發(fā)送和接收的報(bào)文格式要以CAN總線上的信息作為參考并對(duì)報(bào)文格式加以了解。CAN控制器內(nèi)的通信數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)都具有不通的含義，主要采用以下兩個(gè)部分：擴(kuò)展幀格式（EFF）的信息和數(shù)據(jù)，對(duì)CAN上層協(xié)議都存在著不同的定義。CAN總線傳輸技術(shù)可以使得汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)更方便于人們的使用，利用CAN總線加快數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋蛊淦?chē)組合儀表系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率得到進(jìn)一步的提升，在實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)上其它控制單元共享信息的同時(shí)也可以提高傳輸效率，從而推動(dòng)汽車(chē)智能化的發(fā)展。

4.3 燈路校驗(yàn)?zāi)K

在汽車(chē)的儀表上裝置各種指示儀表盤(pán)以及報(bào)警信號(hào)裝置，由于目前汽車(chē)儀表的裝有明確用途和報(bào)警信號(hào)的指示燈，在一定程度上方便駕駛員及時(shí)掌握汽車(chē)運(yùn)行的工作情況[3]?？梢愿爬橐韵氯N類(lèi)型：一種是可以將指示燈，例如遠(yuǎn)近光燈以及其他小指示燈都具備顯示功能;第二種是針對(duì)制動(dòng)片磨損、汽油消耗、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)故障具有提醒功能的信號(hào)燈;第三種是車(chē)輛出現(xiàn)故障或者異常情況時(shí)，警告燈會(huì)亮起，并通知駕駛員及時(shí)解決問(wèn)題并停車(chē)檢查。對(duì)汽車(chē)內(nèi)所有的指示燈和信號(hào)燈進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的，可以確保駕駛員行車(chē)安全。對(duì)燈路校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)可分為自動(dòng)和手動(dòng)的兩種方式，利用自動(dòng)檢測(cè)把檢測(cè)電路間隔的時(shí)間設(shè)置在1-60s范圍內(nèi)，可以更好的對(duì)警報(bào)燈進(jìn)行逐一有序的檢測(cè)，也可以將全部打開(kāi)的警報(bào)燈進(jìn)行檢測(cè)，與此同時(shí)校驗(yàn)界面參數(shù)設(shè)置會(huì)依據(jù)不同類(lèi)型的儀表盤(pán)進(jìn)行不同燈路數(shù)設(shè)置，在進(jìn)行儀表參數(shù)設(shè)置時(shí)，電腦燈路顯示界面會(huì)把全部的檢燈路數(shù)顯示出來(lái)。并對(duì)每個(gè)燈路接口進(jìn)行定義和顯示界面中序號(hào)的統(tǒng)一規(guī)范。實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)儀表界面進(jìn)行直觀的設(shè)計(jì)、不僅可以把功能故障顯示出來(lái)，也可以顯示汽車(chē)的常規(guī)信息以及行車(chē)現(xiàn)狀，例如安全帶的綁定、車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)、車(chē)燈的開(kāi)關(guān)等，實(shí)現(xiàn)輔助駕駛的有效作用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)可以針對(duì)不同類(lèi)型的儀表盤(pán)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)、傳輸數(shù)據(jù)的檢測(cè)以及各種參數(shù)的寫(xiě)入，有效利用系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，使其該設(shè)備的技術(shù)能達(dá)到對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)精確的標(biāo)準(zhǔn)，并可以廣泛的應(yīng)用到儀表檢測(cè)上。通過(guò)對(duì)CAN總線的分析，可以證明以CAN總線為主的汽車(chē)組合儀表綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到對(duì)汽車(chē)布局合理、安全可靠、操作方便的工作狀態(tài)。

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