基于CAN總線的智能車的設計

摘 要： 主要介紹了基于CAN總線的智能車的設計，詳細描述了基于SST89E564RD微處理器的采集節(jié)點以及基于TMS320F2812 DSP的控制節(jié)點，并給出了整個系統(tǒng)的軟硬件設計及實現(xiàn)結果。
關鍵詞： CAN總線；SST89E564RD；TMS320F2812；智能車

　控制器局域網絡CAN（Controller Area Network）是德國BOSCH公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多電子設備之間的數(shù)據交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據通信協(xié)議，它具有高可靠性和良好的錯誤檢測能力。汽車上主要有高速（500 kb/s）和低速（125 kb/s）兩種CAN總線，這兩種總線通過網關連接，實現(xiàn)兩個局域網間的數(shù)據共享。
　目前，隨著對系統(tǒng)復雜化、精細化的要求越來越高，傳統(tǒng)的集中控制從實時性和可靠性上越來越不能滿足要求，分布控制逐漸得到了廣泛應用。分布控制就是系統(tǒng)由一個主控制器和若干個分控制器組成，分控制器分別處理一部分系統(tǒng)功能，以并行或串行的方式與主控制器進行數(shù)據和信息的交互。
1 系統(tǒng)的總體設計
　本設計主要完成了智能車在預先鋪貼的道路上行駛。整個系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1所示，包括采集節(jié)點和控制節(jié)點，它們之間通過CAN總線完成數(shù)據的交互。采集節(jié)點通過傳感器采集道路信息，經過信號調理電路傳送到微控制器，微控制器對信息進行處理后把數(shù)據發(fā)送到CAN總線上?？刂乒?jié)點讀取總線上的數(shù)據并轉換成控制命令，控制執(zhí)行機構以確保智能車不偏離道路并且保持較高的速度。

2 節(jié)點的硬件接口設計
2.1 采集節(jié)點SST89E564RD與CAN總線接口
　SST89E564RD自身不具有CAN模塊，因此擴展了CAN總線控制器，通過CAN總線收發(fā)器接入總線。本設計采用的CAN控制器是SJA1000，其兼容CAN2.0B協(xié)議，通過單片機對其進行初始化，主要實現(xiàn)數(shù)據的接收和發(fā)送等通信任務。收發(fā)器選用PCA82C250，它是一種應用廣泛的CAN控制器與物理總線間的接口芯片，能夠對總線的信息進行差動發(fā)送和接收。為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在PCA82C250和SJA1000之間用高速光耦6N137進行隔離，以降低由于不同節(jié)點的高共模電壓引起的串擾甚至對器件的損壞，提高系統(tǒng)的可靠性，其通信速率高達10 Mb/s，完全能滿足CAN總線需要。SST89E564RD與CAN總線的硬件接口如圖2所示。

3 CAN節(jié)點軟件設計
3.1 CAN總線通信數(shù)據格式
　CAN協(xié)議通信格式中有數(shù)據幀、遠程幀、出錯幀和超載幀4種幀格式。其中，數(shù)據幀和遠程幀的發(fā)送需要在CPU控制下進行，而出錯幀和超載幀的發(fā)送則是在錯誤發(fā)生和超載發(fā)生時自動進行的。一個有效的CAN的數(shù)據幀由起始幀、仲裁域、控制域、數(shù)據域、應答域和結束幀組成。一幀信息除仲裁域、控制域和數(shù)據域外，其他信息都是CAN控制器發(fā)送數(shù)據時自動加上去的，而仲裁域、控制域和數(shù)據域則必須由CPU給出。TMS320F2812的CAN控制器支持標準格式和擴展格式兩種不同的幀格式，本設計采用標準格式。標識符作為報文的名稱，在仲裁過程期間，它首先被發(fā)送到總線，在接收器的驗收判斷中和仲裁過程確定訪問優(yōu)先權中都要用到。遠程發(fā)送請求位RTR決定發(fā)送的是遠程幀還是數(shù)據幀。數(shù)據長度碼DLC用來確定每幀發(fā)送幾個字節(jié)的數(shù)據，最多8 B。SJA1000可以工作在標準CAN模式和增強型CAN模式兩種模式。標準CAN模式提供11 bit標識符的識別，而增強型CAN模式支持29 bit標識符識別。本設計選擇SJA1000工作在標準CAN模式，與DSP的CAN模塊選擇的數(shù)據格式相吻合。
3.2 SST89E564RD軟件設計
　SST89E564RD軟件的設計是在KeilC下完成的，主要由初始化模塊、采集模塊和通信模塊組成。
　（1）初始化模塊。單片機在SJA1000的復位模式下完成對CAN控制器的初始化，向其控制寄存器寫入控制字，確定CAN控制器的工作方式。
　（2）采集模塊。攝像頭傳感器采集到的信息經信號調理電路處理后傳輸?shù)絾纹瑱C，單片機采用圖像濾波算法對所有信息進行預處理。
?。?）通信模塊。把采集模塊處理完的信息通過CAN總線與其他節(jié)點進行信息交互。
3.3 TMS320F2812軟件設計
　TMS320F2812的eCAN模塊主要由CAN協(xié)議內核和消息控制器構成。協(xié)議內核主要完成消息解碼并向接收緩沖器發(fā)送解碼后的消息，同時根據CAN協(xié)議向總線發(fā)送消息，消息控制器決定對接收到的消息的取舍。TMS320F2812軟件主要由初始化模塊、通信模塊和驅動模塊組成。
　（1）初始化模塊。其完成對CAN控制層中的寄存器進行初始化，包括時鐘使能、引腳定義、波特率的設定和收發(fā)郵箱的配置等。初始化模塊流程圖如圖4所示。