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[導(dǎo)讀]CAN總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線,其主要原理是把車輛上相關(guān)控制器都聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,變速箱控制器,ABS控制器,車身控制器,儀表及其它控制器的通信

CAN總線是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線,其主要原理是把車輛上相關(guān)控制器都聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,變速箱控制器,ABS控制器,車身控制器,儀表及其它控制器的通信。CAN—bus系統(tǒng)除了使整車線束更少、更井井有條,整車重量更輕外,更大的好處是做到了全車信息即時(shí)共享。所開發(fā)的行車記錄儀用于在車輛行駛過程中實(shí)時(shí)采集汽車CAN總線數(shù)據(jù)信息,并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在u盤中,以u(píng)盤為載體傳輸給PC機(jī),可運(yùn)用PC機(jī)上的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。克服了以往現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)必須有一臺(tái)計(jì)算機(jī)的模式,可實(shí)時(shí)了解汽車運(yùn)行期間各種數(shù)據(jù)信息變化,同步記錄行駛狀況,在車輛長時(shí)間測(cè)試或行駛以后,記錄的數(shù)據(jù)用于分析車輛行駛性能以及各部件的運(yùn)行情況,方便了標(biāo)定和設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行。

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于CAN串行通訊總線的良好特性,被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、汽車制造業(yè)和航空工業(yè)等領(lǐng)域。本文所設(shè)計(jì)的基于CAN總線數(shù)據(jù)記錄儀是應(yīng)用在奇瑞汽車A5車型上的,對(duì)整車CAN網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。A5是第一款應(yīng)用CAN bus總線系統(tǒng)的自主品牌國產(chǎn)轎車,其CAN—bus主要應(yīng)用在傳動(dòng)部,在車身部、ITS部和信息部等也有少量的應(yīng)用。對(duì)A5這款首次使用CAN技術(shù)的車型進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,可了解汽車運(yùn)行期問各種數(shù)據(jù)信息變化,對(duì)A5乃至后續(xù)所有車款的研發(fā)來說,都有著非常重要的意義。

CAN總線行車記錄儀工作時(shí)應(yīng)掛接到汽車CAN總線上成為一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn),以便采集CAN數(shù)據(jù)信息。由圖1所示,該系統(tǒng)不僅采集車內(nèi)的 CAN總線消息,還可根據(jù)需要實(shí)時(shí)采集模擬信號(hào)量。液晶屏用來顯示采集的各路信號(hào)值,具有掉電保護(hù)功能,重新通電后,即可恢復(fù)顯示原有數(shù)據(jù)。采集到的數(shù)據(jù)除了用液晶屏實(shí)時(shí)顯示給用戶外,還可通過USB接口芯片CH375 將之存儲(chǔ)到u盤中,供實(shí)驗(yàn)員拿回實(shí)驗(yàn)室分析使用,如要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能,按下存儲(chǔ)開關(guān)即可。

 

 

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu),硬件電路主要有如下幾個(gè)大模塊:主控制器模塊、液晶模塊、CAN驅(qū)動(dòng)器模塊、電源模塊、CH375接口電路模塊。系統(tǒng)CPU采用Freescale公司的MC9S12XD($8.1770) 系列單片機(jī)。它是控制和通信部分的核心,不僅負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化設(shè)置及報(bào)文接收,而且實(shí)現(xiàn)有關(guān)的數(shù)據(jù)判斷處理和顯示。片內(nèi)集成了構(gòu)成單片機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的幾乎全部模擬和數(shù)字外設(shè)及其它功能部件,其主要特點(diǎn)如下:

(1)MC9S12XD系列帶有獨(dú)特的XGATE協(xié)處理器,本系統(tǒng)中CAN信號(hào)的接收是由中斷程序完成的,而中斷處理程序交給XGATE來處理,這樣將減輕CPU負(fù)荷,提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。(2)帶有l(wèi)6個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換通道,給采集模擬信號(hào)提供了硬件支持,并可編程選擇精確到10位精度。(3)帶有5個(gè)MSCAN模塊,內(nèi)部集成有CAN控制器,對(duì)CAN 模塊的配置實(shí)質(zhì)上轉(zhuǎn)化為了對(duì)單片機(jī)相應(yīng)寄存器的配置,使用方便靈活。(4)背景調(diào)試模式BDM 的支持,使得芯片的調(diào)試極為方便,加快了產(chǎn)品開發(fā)周期。(5)豐富的中斷源,為系統(tǒng)在非操作系統(tǒng)支持下運(yùn)行提供了充分的保障。

電源模塊

記錄儀電源取自12V車載蓄電池電源,該電源除供系統(tǒng)工作外,還擔(dān)負(fù)點(diǎn)火、照明、信號(hào)等設(shè)備的供電,電源波動(dòng)大,干擾嚴(yán)重,由于汽車在行駛過程中,可能遇到路面狀況比較惡劣的情況,會(huì)出現(xiàn)記錄儀電源接口由于劇烈震動(dòng)所造成的松動(dòng)或接觸不良,因此電源模塊必須精心設(shè)計(jì)才能滿足需求。電源模塊電路簡圖如圖2所示,其中U1是由電池提供的6V備份電源,U2(主電源)是車載12V電源,該電源模塊被分成2路,經(jīng)7805穩(wěn)壓后的+5v 電壓單獨(dú)給液晶供電,經(jīng)4275轉(zhuǎn)換后的VCC給整個(gè)單片機(jī)及輔助電路供電。系統(tǒng)正常工作時(shí),D1處于截止?fàn)顟B(tài),備份電池不起作用,一旦失去主電源供給,則D1迅速導(dǎo)通,備份電源自動(dòng)啟動(dòng)為系統(tǒng)供電。

 

 

圖2 電源模塊

電源模塊此種設(shè)計(jì)方案有2個(gè)原因,如下所示:

(1)備用電池的采用。記錄儀存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù),即將采集數(shù)據(jù)按順序?qū)戇M(jìn)為記錄文件所分配的簇中,當(dāng)采集結(jié)束時(shí)實(shí)驗(yàn)員斷開存儲(chǔ)開關(guān)或者因掉電而采集被迫終止,單片機(jī)都需要做關(guān)閉記錄文件這一重要處理。關(guān)閉文件就是將文件實(shí)際長度和采集數(shù)據(jù)記錄總數(shù)寫進(jìn)文件相關(guān)頭中。假如不正確關(guān)閉文件,或者因?yàn)榈綦妬聿患瓣P(guān)閉文件,Windows將無法找到文件的末尾,PC機(jī)軟件也因找不到采集數(shù)據(jù)的末尾而無法打開文件,此時(shí),所做的采集工作將因此失敗。為了防止因掉電而無法關(guān)閉文件,本系統(tǒng)采用了備用電池。

(2)單片機(jī)和液晶單獨(dú)供電。主電源正常工作時(shí),整個(gè)系統(tǒng)的電源由主電源供給,一旦主電源掉電,備用電池只給單片機(jī)供電,供單片機(jī)完成關(guān)閉文件處理,而液晶因掉電而不工作。因液晶的功耗較大而備份電池電力有限,此種分開2路的供電方式不但能提供關(guān)閉文件的電源需要,而且還節(jié)約了電池電力。當(dāng)然,備份電池不可能長時(shí)間使用,只能用于系統(tǒng)緊急關(guān)閉文件處理,為此設(shè)計(jì)了電源檢測(cè)信號(hào),一旦檢測(cè)出主電源掉電,既啟用蜂鳴器和發(fā)光二極管來提醒用戶電源供電不正常,需工作人員檢查記錄儀電源接頭。

CI-I375接口電路模塊

本系統(tǒng)中的USB 接口芯片選用的南京沁恒電子公司的CH375,該芯片支持主機(jī)方式和設(shè)備方式.它具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以及中斷輸出,可以方便地掛接到單片機(jī)的系統(tǒng)總線上。還內(nèi)置了處理Mass—Storage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件,外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫u盤。讀選通信號(hào)RD#、寫選通信號(hào)WR#、片選信號(hào)CS#均是輸入信號(hào)且低電平有效,CS#是中斷請(qǐng)求輸出信號(hào),也是低電平有效。而A0信號(hào)用來區(qū)分命令和數(shù)據(jù),當(dāng)A0=1時(shí)可以寫命令,當(dāng)A0=0時(shí)可以讀寫數(shù)據(jù),8位雙向數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)的PA端口(PA0-PA7)相連,并口傳輸。其硬件上支持自動(dòng)檢測(cè)USB設(shè)備連接功能,在主機(jī)方式下正常連接時(shí),其ACT#腳輸出低電平,因此使ACT# I腳外接上拉電阻并串聯(lián)一發(fā)光二極管,可用來標(biāo)示USB設(shè)備是否正常連接。

在布PCB時(shí),盡量使7805芯片布在板子邊緣且散熱比較好的地方,并且遠(yuǎn)離液晶屏幕。因?yàn)樵趯?shí)際過程中,經(jīng)過測(cè)試,7805芯片產(chǎn)生大量的熱量,如果長時(shí)間使用并且靠近液晶屏幕,將會(huì)影響液晶的顯示效果。另外,盡量使電源模塊的發(fā)光二極管靠近電源接口,USB模塊的發(fā)光二極管靠近USB模塊,并且以顏色區(qū)分開,方便用戶觀察。本系統(tǒng)所開發(fā)的行車記錄儀已成功的運(yùn)用于A5車的3萬公里、5萬公里等各種路試,準(zhǔn)確記錄了行車過程中的重要數(shù)據(jù),對(duì)于研究人員進(jìn)行性能分析、故障分析、以及標(biāo)定工作提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。在已具備CAN 總線的車輛上使用基于CAN的行車記錄儀,可大幅度降低系統(tǒng)復(fù)雜度,并降低成本。對(duì)于不同的車型,只需軟件的少許修改而不需要更改硬件,使得記錄儀具有極高的靈活性和可移植性,從而廣泛應(yīng)用于各種車型。

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