基于CAN總線的汽車車身控制系統(tǒng)的研究與應用
科學的發(fā)展使得汽車正增加著越來越多的功能,如何使這些眾多的獨立功能協(xié)調統(tǒng)一工作,亦即如何對整個車身進行控制,已經成為整個汽車電子研究領域中非常重要的課題。汽車網絡,即汽車總線技術在這種環(huán)境下應運而生了。而CAN 總線技術以其高實時性、高可靠性在各種汽車控制總線中獨占鰲頭。
1 CAN 總線技術簡介
CAN,全稱為“Controller Area Network”,即控制器局域網,是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN 最初出現(xiàn)在80 年代末的汽車工業(yè)中,由德國Bosch 公司最先提出。CAN 是一種多主方式的串行通訊總線,基本設計規(guī)范要求有高的位速率,高抗電磁干擾性,而且能夠檢測出產生的任何錯誤。當信號傳輸距離達到10km 時,CAN 仍可提供高達50Kbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。目前CAN 總線已經形成國際標準,廣泛應用于歐美轎車,被公認為幾種最有前途的現(xiàn)場總線之一。
2 系統(tǒng)設計思想
汽車車身系統(tǒng)的控制對象包括: 4 個車門鎖、2 個以上車窗玻璃升降器、行李箱鎖、除霜加熱器、電動后視鏡、前后大燈、小燈、轉向燈、危險燈、霧燈、牌照燈、車內閱讀燈、車廂頂燈等。在具備遙控功能的情況下,還包括對遙控信號的接收處理和防盜系統(tǒng)的控制。因此,根據(jù)以上要完成的各功能,將本系統(tǒng)設計為 5 個子模塊,分別是中央控制模塊( 實現(xiàn)中控門鎖、防盜、雨刮、內外燈和后窗及后視鏡加熱等功能) ,4 個門控模塊( 分別為主駕門模塊、右前門模塊、左后門模塊、右后門模塊,來控制車窗升降器和門鎖)。
圖1 給出了車身控制模塊CAN 總線結構。
3.1 系統(tǒng)各模塊電路框圖
根據(jù)以上設計思想分為5個子模塊。
主控單元接收開關信號之后,先進行分析處理,然后通過CAN總線把控制指令發(fā)送給各受控端,各受控端響應后作出相應的動作。
以下是各模塊的電路框圖見圖2、圖3、圖4。
3.2 系統(tǒng)主要使用的元器件
(1)CAN控制器??紤]到系統(tǒng)拓展的需要,我們采用PHILIPS公司生產的SJA 1000來作為此系統(tǒng)的CAN控制器。它既和PCA82C200獨立CAN控制器引腳兼容,又和PCA82C200獨立CAN控制器電氣兼容;既支持BasicCAN模式,又支持PeliCAN模式;和CAN2.0B協(xié)議兼容;可同時支持11位和29位識別碼;位速率可達1Mbits/s。
(2)CAN收發(fā)器。采用PHILIPS公司生產TJA1050,跟PCA82C250一樣,TJA 1050符合ISO 11898標準,但在關鍵的AM波段上它的輻射比PCA82C250低20dB以上。在不上電時總線呈現(xiàn)無源特性。
(3)單片機。采用P89C51。該單片機是80C51微控制器的派生器件,是采用先進CMOS工藝制造的8位微控制器,指令系統(tǒng)與80C51完全相同。
4 、基于CAN總線車身控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)
在CAN 總線構成的系統(tǒng)中,用戶要根據(jù)自己的要求來編寫應用層和用戶層軟件。用戶層實現(xiàn)用戶要求的控制策略和系統(tǒng),而應用層則是在用戶層與接口之間,CAN建立了報文發(fā)送時的方法、信號電平及協(xié)議,應用層則定義了結構、響應及報文的意義,應用層要根據(jù)CAN系統(tǒng)應用場合的不同而有所變化。
4.1 CAN控制器的初始化
CAN控制器SJA1000在正式收發(fā)信號之前必須進行初始化設置。對SJA 1000的初始化是對工作方式、接收濾波寄存器、接收屏蔽寄存器、接收代碼寄存器、波特率參數(shù)等的設置,要求對寫入每個寄存器的內容進行仔細和全面的考慮。
4.2 CAN總線上數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收
對SJA 1000初始化成功后,就可以用它來傳輸和接收報文。節(jié)點向總線發(fā)送報文的過程是:單片機P89C51將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按CAN格式組成一幀報文,寫入SJA1000的發(fā)送緩沖區(qū),然后啟動SJA1000,把報文發(fā)送到總線上去。接收報文的過程是:SJA 1000從總線上自動接收報文,并經過過濾后存入接收緩沖區(qū),并向單片機發(fā)出中斷請求,單片機從緩沖區(qū)讀取報文。發(fā)送和接收流程見圖6、圖7。
5 結束語
CAN總線以其高性能、高可靠性及其獨特的設計越來越受到人們的重視,并被公認為是汽車電控系統(tǒng)中最有前途的總線之一。它作為一種可靠的汽車計算機網絡總線已在許多先進汽車上得到應用,使得各汽車計算機控制單元能夠通過CAN總線共享所有信息和資源,達到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復、提高系統(tǒng)可靠性和維護性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調各個控制系統(tǒng)的目的。