基于低速CAN的汽车无线通讯系统设计

I基于低速 CAN 的汽车无线通讯系统设计摘 要随着无线通讯系统的发展，简单，方便，智能是现在整个社会的主流方向。在日常生活中，汽车与我们息息相关，如何使汽车更加方便，更加节约布线，如何提高汽车的质量成为了许多人研究的方向。在汽车中使用无线通讯系统已经成为了主流。而在其中，蓝牙无线通讯系统是目前汽车中使用的最多的车载通讯系统，使用蓝牙无线通讯系统，对于节约汽车内布线，给驾驶人员带来安全与方便，起到了非常重要的作用。本设计从硬件设计和软件设计方面说起，详细地阐述了基于低速 CAN 的通讯系统设计。在该系统中，选用了 STC89C52 作为主控制器，并配合其他软硬件相互合作以完成功能。在系统中使用手机蓝牙给蓝牙模块发送蓝牙指令，当蓝牙模块收到指令后，将该指令传输给单片机，单片机再对继电器进行控制。LCD 显示屏用于显示设备的开关状态。在软件方面，采用 C 语言进行软件设计，给各个模块都配备了子程序使得整个系统一目了然，更加方便，也便于以后的检查与改进。最后，将其连接至低速 CAN 总线中。关键词 单片机；蓝牙通讯；CAN 总线IIDesign of Wireless Communication System Based on Low Speed CANAbstractWith the development of wireless communication systems, simple, convenient, intelligent is now the mainstream of the whole society. In daily life, the car is closely related to us, how to make the car more convenient, more economical wiring, how to improve the quality of the car has become the direction of many people. The use of wireless communication systems in cars has become mainstream. In which, the Bluetooth wireless communication system is the most used car communication system used in the car, the use of Bluetooth wireless communication system, to save the car wiring, to the driver to bring security and convenience, played a very important role.The design from the hardware design and software design aspects, elaborated on the low-speed CAN-based communication system design. In the system, the use of STC89C52 as the main controller, and with other hardware and software to cooperate with each other to complete the function. In the system using the phone Bluetooth module to send Bluetooth instructions, when the Bluetooth module receives the instruction, the instructions will be transmitted to the microcontroller, the microcontroller and then control the relay. The LCD display is used to display the switch status of the device. In the software, the use of C language software design, to the various modules are equipped with a subroutine makes the whole system at a glance, more convenient, but also easy to check and improve later. Finally, connect it to the low-speed CAN bus.Keywords Single chip; Bluetooth communication; CAN bus III目录第 1 章 绪论 .11.1 汽车无线通讯系统的背景 .11.1.1 汽车无线通讯技术应用 .11.1.2 汽车无线通讯技术的发展前景 .21.2 CAN 总线的发展及应用 .31.2.1 CAN 总线的发展 .31.2.2 CAN 总线的特点 .31.2.4 CAN 总线的分类 .31.3 单片机概述 .31.3.1 单片机的定义 .31.3.2 单片机的发展 .41.3.3 单片机的应用 .41.4 论文的组织结构 .41.5 本章小结 .5第 2 章 系统的方案设计 .62.1 无线通讯系统的设计 .62.2 单片机主控系统电路 .72.2.1 单片机的选型 .72.2.2 STC89C52 简介 .72.3 蓝牙模块的选择 .72.3.1 模块简介 .72.4 LCD 显示屏的选择 .72.5 继电器选择 .72.6 本章小结 .8第 3 章 硬件电路设计 .93.1 CAN 控制模块电路 .93.2 CAN 总线收发器电路 .103.3 单片机最小相位系统 .103.4 复位和晶振电路设计 .113.4.1 复位电路 .113.5 LCD 显示电路设计 .123.6 电源电路设计 .133.7 蓝牙模块电路设计 .143.8 继电器电路设计 .143.9 本章小结 .15第 4 章 系统软件设计 .164.1 编程软件的选择 .164.2 系统主程序设计 .164.3 串口数据传输子程序设计 .174.4 上位机软件子程序设计 .184.5 LCD 显示电路子程序设计 .194.6 CAN 通讯程序 .19IV4.7 本章小结 .20第 5 章 实物测试结果 .215.1 测试结果 .215.2 本章小结 .24结 论 .25致谢 .26参 考 文 献 .27附录 A 译文 .28附录 B 外文原文 .39附录 C 电路图 .511第 1 章 绪论汽车通讯系统作为车联网信息传输的重要技术手段，一直受到很多研究者的关注，当无线通讯系统应用到汽车中时，会大大减少汽车的布线和成本，因此本课题设计一种汽车无线通讯系统。本章从汽车无线系统的背景出发，通过分析 CAN 总线和单片机的发展与应用，对本文的主要研究内容进行了概述。1.1 汽车无线通讯系统的背景车联网信息传输技术有好几种，而其中最重要的就是无线通讯系统。现在，由于汽车上安装的电子控制器件越来越多，汽车将进一步拓展网络功能。在如日本、德国等汽车行业比较先进的发达国家，人人都知道汽车通讯的安全理念，购车者会自觉购买具有通讯设备的汽车。1.1.1 汽车无线通讯技术应用从汽车无线通讯系统开始出现到发展到几乎每车都会安装无线通讯系统，人们开始完善对它的定义，并将其分成了四种模式，它们分别为车内通讯、车外的通讯、车间通讯以及车路通讯。（1）车内通讯车内通讯模式在四种通讯模式中范围最少，因为它仅限于汽车内部的通讯，和其他模式一样，它也使用无线传输模式。它传播迅速，有很强的抗噪能力，普遍应用于语音通话和设备接口。现在在该模式中用的最为频繁的是蓝牙技术，因为其发展至今，已经成为了很成熟的一种技术。 （2）车外通讯顾名思义，车外通讯模式是只在车外进行通讯的，它跟其他几种模式比起来，它的传输距离是最长的，能够达到几百公里。由于汽车不论在任何速度下都不会影响信息的传输，所以车外通讯广泛应用于 GPS 定位系统以及车辆导航。目前， 2G、 3G、GPRS 、蜂窝系统、 GPS 全球定位系统等都是人们运用较广泛的车外通讯技术。（3）车间通讯车间通讯模式指的是在多动点之间进行的一种双向传输。当汽车发生危险或遇到事故时，我们需要第一时间收到报警信息，采取措施，防止事故的发生，2这就是车间通讯的作用。所以，车间通讯对安全性和实时性有相当高的要求。现阶段比较成熟的，应用的比较广泛的有专用短程通信技术，以及微波技术和红外技术等。（4）车路通讯车路通讯模式的通讯距离可达到一公里左右。车路通讯是车辆和外部设施进行无线通讯，这里的外部设施说的就是比如车辆的指挥调度、电子收费系统等的一些交通标识。车路通讯模式是所有模式当中技术类型最多的一种模式，我们经常听到的微波技术和红外技术等，在车路通讯模式中便应用的比较频繁。1.1.2 汽车无线通讯技术的发展前景目前，科技不断向前发展，汽车无线通信技术也将进一步发展，汽车无线通信技术产业链势必越来越完善。在将来，如果车内装有无线通讯系统，那么该系统肯定能够保障司机安全驾驶，而随着技术的提高，在该系统中装有的电子器件将越来越多，这将使司机更加简便地操控汽车，并且同时使司机享受更多的娱乐。（1）蓝牙技术、嵌入式技术的发展首先，我们都知道，当我们在安装电缆时，电缆常常会相互纠缠在一起，这十分的不方便，红外技术使用的红外线则会被太阳光中的红外线所干扰，但蓝牙技术完全没有以上问题，所以蓝牙技术最终将替代线缆技术和红外线技术。同时，蓝牙技术是无线通讯技术的一种，我们可以用它和汽车通讯，比如我们可以用它遥控打开车门，遥控关闭车窗等等。其次，目前嵌入式技术正在逐步发展，将嵌入式技术与蓝牙技术相结合应用到汽车无线通信技术中，这将大大提高汽车无线通信技术的可靠性和实时性。 （2）车载通讯技术的发展现在，电子产品更新换代的速度非常之快，而且电子产品的寿命普遍较短，但是车载通信技术不一样，它可以使用较长时间，并且它并不需要维护。虽然使用期限更长，但它现在仍有很多缺点，除了成本比较高以外，还需要花费大量时间去做好测试工作以保障它的可靠性。要解决这些问题，首先要加强车载无线通信技术的发展，这需要我们对电子设备，交通等方面投入大量的时间与3精力。目前，中国的汽车通信技术不如国外，仍然处于刚刚起步的状态，不能满足人们源源不断的需求，所以汽车通讯技术在将来更倾向于汽车的办公，安全，舒适等方面。 1.2 CAN 总线的发展及应用1.2.1 CAN 总线的发展CAN是一种控制器局域网，最早它被应用于工业现场总线。而随着人们发现CAN总线具有可靠、事实和灵活等特点，人们开始考虑将其应用于其它领域。现在，人们发现将其应用于汽车领域最能发挥出其优点，许多在世界上闻名的汽车制造商都已经在汽车中使用CAN总线。同时，因为CAN总线被大家越来越认可，它已经向自动控制，航空航天，航空控制，机械工业，纺织机械，农业机械，机器人，数控机床，医疗设备及传感器等领域发展，而不仅仅局限于汽车领域。现在，CAN已经形成了国际标准，被公认为是最有希望的现场总线之一。1.2.2 CAN 总线的特点(1) CAN 协议废除了传统站地址代码，使用数据通信数据块编码，可以多主机模式工作，这是它的最大特点。(2) CAN 采用非破坏性仲裁技术。CAN 对每个节点都划分了优先级，当两个节点同时传输数据的时候，优先级的作用便体现出来，优先级比较低的会给优先级比较高的让路，让优先级比较高的先传输数据。(3) CAN 采用短帧结构，它的每个帧的有效字节仅仅为 8 字节，这样做的好处就是它的传输时间变短了，同时发生错误时，重新上传需要的时间也变短了。(4) CAN 节点如果有严重错误，将会切断它和总线的联系，保证总线上的其它节点能够正常工作。(5) CAN 在接收和传送数据时可以一对一或者一对多。1.2.4 CAN 总线的分类CAN系统又被人们划分为高速CAN系统和低速CAN系统两种，高速CAN系统速度较高，为500Kbps；低速CAN速度较低，为125Kbps。在工控领域人们主要使用低速CAN，汽车领域人们则使用高速CAN。41.3 单片机概述1.3.1 单片机的定义单片机是一块芯片，它上面有存储器、CPU、I/O 接口电路。单片机和计算机相比，它不自带软件所以不能独立运行；而且它几乎没有存储容量，所以不能将软件放入它的存储容量中运行，综上所述，它自身是没有开发功能的。所以，它开发任务只能靠相应的软、硬件设计和调试以及将调试好的程序固化到自身的存储器中。1.3.2 单片机的发展单片机于1971年诞生，刚开始的单片机是4或8位的SCM单片机。随后在其中最著名的8051单片机基础上发展出了MCU单片机。这个时候出现了16位的单片机。90年代后，单片机技术随着电子产品的技术提高而提高。随后ARM系列的单片机得到了广泛应用，32位的单片机也迅速成为市场上的主流，取代了16位的单片机。而传统的8位单片机也迅速发展，它的性能得到了提高，并且它的价格得到了下降。1.3.3 单片机的应用单片机通常和嵌入式系统联系在一起，因为它比较适用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。现在人们生活中使用到的电子器件都会使用到单片机，而手机中更是有多部单片机。可以说，单片机是目前世界上使用最多的计算机。单片机由于其优点，在仪器仪表，工控领域，电子器件，航空航天等领域得到了广泛的应用。1.4 论文的组织结构本文首先介绍并分析了单片机和低速 CAN，然后分别设计与实现了系统的硬件部分和软件部分，并不断查阅资料与自我学习，对其中遇到的关键问题逐步分析与解决。本设计共分六章，内容安排如下：第一章：绪论。本章先阐述了本课题总的方案设计，然后对总方案里面的单片机，蓝牙模块，LCD 显示屏，继电器进行了分析与选型，并写出选型原因，并对每一个模块进行了设计思路的说明。5第二章：系统的方案设计。本章先阐述了本课题总的方案设计，然后对总方案里面的单片机，蓝牙模块，LCD 显示屏，继电器进行了分析与选型，并写出选型原因，并对每一个模块进行了设计思路的说明。第三章：硬件电路的设计。本章依次对系统的硬件部分进行阐述，有理有据，条理分明。第四章：软件的设计。本章主要通过流程图的形式对系统的软件部分进