自动化专业本科毕业论文-基于CAN总线的电动汽车远程监控终端封装测试

毕业设计 设计题目设计题目 基于基于CANCAN总线的电动汽车远程监控终端封装测试总线的电动汽车远程监控终端封装测试 学生姓名学生姓名 李志彬李志彬 学学 号号 2012211242 2012211242 专业班级专业班级 自动化自动化 1212- -2 2 班班 指导教师指导教师 王华强王华强 学学 院院 电气与自动化工程学院电气与自动化工程学院 2016 年 6 月 1 日 1 目录 中文摘要 . 1 英文摘要 . 2 1、绪论 . 3 1.1 本研究的背景、现状和意义 . 3 1.1.1 国内外电动汽车发展现状与趋势. 3 1.1.2 电动汽车远程监控终端的发展现状和趋势 . 6 1.1.3 CAN 总线技术简介 . 7 1.1.4 电动汽车远程监控终端封装测试的意义 . 10 1.2 毕业设计的主要内容和结构. 11 2、电动汽车远程监控终端硬件系统介绍 . 12 2.1 电动汽车远程监控终端硬件系统架构 . 12 3、电动汽车远程监控终端封装测试软件设计与实现 . 17 3.1 需求分析. 17 3.1.1 封装测试需要考虑的因素 . 17 3.1.2 封装测试软件功能需求 . 17 3.2 软件的功能及实现. 18 3.2.1 软件架构和软件流程 . 18 3.2.2 软件的编写 . 26 4、软件的联调 . 35 4.1 软件与上位机的联调. 35 4.1.1 联调的方法 . 35 4.1.2 调试的结果 . 35 4.2 软件与工装的联调. 39 4.2.1 联调的方法 . 39 4.2.2 调试的结果 . 39 5、总结和展望 . 44 致谢 . 45 参考文献 . 46 附录一 硬件系统原理图 . 45 附录二 部分程序 . 45 1 基于基于CANCAN总线的电动汽车远程监控封装测试总线的电动汽车远程监控封装测试 摘要：随着全球化石能源短缺问题和环境问题越来越突出，传统汽车的发展受 到一定程度的限制。电动汽车减轻了对化石能源的依赖，是汽车行业发 展的新方向。车载远程监控终端是必要的电动汽车零部件，对于解决动 力电池安全监控等问题有着十分重要的意义。对于批量生产出来电动汽 车远程监控终端，无法从表面看出终端上的模块能否正常工作，所以需 要通过封装测试进行确定。本文在介绍了电动汽车及其远程监控终端的 发展现状和趋势，以及封装测试的概念和意义之后，针对已有的一款电 动汽车远程监控终端，设计了封装测试的方案并加以实现。首先是硬件 部分， 包括终端硬件系统介绍以及 CAN 接口电路原理图绘制和硬件选型； 然后是测试软件的设计与实现；最后进行调试工作，包括与上位机联调 和测试工装联调，观察的应有的现象，得到了相应的结果，实现了封装 测试的功能。 关键词：电动汽车，远程监控终端，封装测试，CAN 总线 2 The Package Test of Remote Monitor of Electric Vehicle Based on CAN Bus Abstract: :With the problem of global fossil energy shortage and environmental pressure becoming more and more prominent，the development of traditional automobile is limited in a degree. The electric vehicle has reduced its dependence on fossil fuels. This is the new direction of the development of the automotive industry.The vehicle mounted remote monitor is an essential part of electric vehicle. It is significant to solve the power battery safety monitoring. But for the mass production of electric vehicle remote monitoring terminal, it can not see whether the terminal module can work properly from the surface. So it is necessary to determine the package test.After introducing the development status and trends of the electric vehicle and its remote monitoring terminal, as well as the concept and significance of packaging and testing, In view of the existing remote monitoring terminal, a package test scheme is designed and implement it. Firstly, it is the part of the hardware, including terminal hardware system is introduced and the CAN interface circuit schematic drawing and hardware type selection; then the design and implementation of testing software; at last debugging work, including the combination and the host computer and the test fixture, obtained the phenomenon and corresponding results, finally achieve the function of package test. Keywords：electric vehicle，remote monitor，package test，CAN bus 3 1、绪论 1.1 本文研究的背景、现状和意义 1.1.1 国内外电动汽车发展现状与趋势 自 1886 年世界公认的第一辆汽车诞生，距今已有 130 年的历史。汽车已经 对人类社会产生了很大的影响，深刻的改变了人们的物质和精神生活。然而，以 化石燃料为能源的传统汽车的发展面临着日益严峻的挑战。过去一百多年，由于 人类的过度使用，化石能源短缺的现象日益凸显，且作为石油主要产地的中东地 区存在战乱、宗教冲突等不稳定状况，原油供给不稳定，使得能源问题成为制约 传统汽车发展的重要因素。另外，环境压力也对传统汽车的排放标准提出了越来 越高的要求。在这样的背景下，由于作为新能源汽车的电动汽车不再以化石燃料 为动力，减少了对化石能源的依赖，无疑给汽车行业的发展提供了新的方向。 国内方面， 我国政府十分重视新能源电动汽车的研发和产业化，并相应地采 取一系列优惠政策： （1）2014 年 11 月 25 日，财政部、科技部、工信部、发改委联合下发关 于新能源汽车充电设施建设奖励的通知 ，中央财政拟安排资金对新能源汽车 推广城市或城市群给予充电设施建设奖励，其中对京津冀、长三角和珠三角地区 城市的最低奖励为 2000 万元，最高奖励达到 1.2 亿元 1。 （2）2015 年 1 月 28 日，为促进节能环保，经国务院批准，财政部、国家税 务总局自 2015 年 2 月 1 日起，对电池涂料征收消费税，在生产、委托加工和进 口环节征收。适用税率为 4%。对无汞原电池、金属氢化物镍蓄电池（又称“氢镍 蓄电池”或“镍氢电池” ） 、锂原电池、锂离子蓄电池、太阳能电池、燃料电池和 全钒液流电池免征消费税。 2015 年 12 月 31 日前对铅蓄电池缓征消费税； 自 2016 年 1 月 1 日起，对铅蓄电池按 4%税率征收消费税 2。 （3） 2015 年 2 月 25 日，科技部发布国家重点研发计划新能源汽车重点 专项实施方案（征求意见稿） ，计划到 2020 年，建立起完善的电动汽车动力 系统科技体系和产业链。这表示未来一段时间，政府会继续加强新能源电动汽车 的发展。 （4）2015 年 10 月 21，国务院总理李克强对“2015 节能与新能源汽车成果 展” （IEEEV China）做出了批示，加快发展节能与新能源汽车，能够促进汽车产 4 业转型升级、抢占供给竞争制高点，也有利于推动绿色发展、培育新的经济增长 点 （5）2016 年 4 月 29 日，财政部、科技部、工业和信息化部和发展改革委 联合公布关于 2016-2020 年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知 ， 通 知指出，将在 2016-2020 年继续实施新能源汽车推广应用补助政策 3。 国内的车企也纷纷投入到新能源电动汽车发展的浪潮中。 近几年来，江淮汽车集团正在大力发展电动汽车。产品开发方面，共开发两 代产品平台共七代(iEV1 - iEV7)产品。iEV1 到 iEV4 是基于传统燃油车开发第 一代平台；iEV5 - iEV7 是针对电动车设计第二代平台。销量方面，目前主要在 售的纯电动车型包括 iEV4 和 iEV5， 2014 年主要销售的电动汽车是 iEV4， 约 2400 辆；2015 年累计销量电动汽车 10521 辆；2016 年江淮计划销售新能源汽车 2 万 辆。未来规划方面，江淮汽车发布了未来 15 年的新能源汽车中长期战略规划， 从该规划可以得知，2020 年，江淮将推出第三代采用全固态锂金属电池的新能 源车型，续航里程将达到 400 公里；2025 年，江淮将推出第四代采用锂空气电 池的新能源车型，续航里程将达到 500 公里。 4 北汽集团也在不断开发自己的电动汽车， 是国内重要的电动汽车研发、 生产、 制造和销售商。 研发投入方面，北汽集团新能源电动汽车的研发费用占北汽集团 汽车研发费用的三分之一 5。此外，北汽集团还为其旗下的北汽新能源进行超过 30 亿元融资，获得了包括乐视控股集团在内的几家科技公司的投资，这些资金 将用于该子公司的营运、减债和新能源高性能运动车型的设计和研发三大方面。 产品销售方面，2015 年，北汽集团新能源电动汽车的销量达到 20,000 台，位居 全国第一，世界第四。未来战略方面，北京新能源汽车股份有限公司的相关负责 人透露了其新能源电动汽车战略的细节：计划到 2020 年，年产销目标将达到 50 万辆，年营业收入达到 600 亿元，市值达到 1000 亿元。此外，在十三五末期北 汽新能源电动汽车产能计划达到 80 万辆，并研发制造出具有强力竞争力、年销 量 10 万辆以上车型。 国内其他企业也加紧新能源电动汽车的发展。 东风汽车公司与国能电动汽车 瑞典有限公司在北京签署战略合作协议，双方决定进行优势互补，在新能源汽车 技术领域进行研发方面的合作， 从而促进其新能源电动汽车尽快达到国内国际先 进水平；一汽集团发布了“中国一汽新能源汽车战略规划” ，即到 2020 年完成关 键总成资源布局，掌控核心总成资源，完成全系列车型产业化准备，具备批量投 5 放能力，市场份额 15%以上，在自主新能源汽车中具有领先的技术优势和市场优 势，成为用户满意的中国新能源汽车车企；等等。由此可见，国内绝大部分车企 为了占领新兴的消费市场，正在加紧对新能源电动汽车的投入，使其自身在新能 源领域具有较强的竞争力。 国外方面，主要的汽车大国都正在大力发展新能源电动汽车。 美国是世界上最大的电动汽车消费市场。政策扶持方面， 美国政府在资金和 科研力量方面大力支持电动汽车的研究和开发，同通过经济扶持、政策优惠、法 规强制，加快了电动汽车的商业化进程 6。术研发方面，美国电动汽车发展以通 用，福特和克莱斯勒三大汽车公司为主导，利用其雄厚的资金、先进的技术开发 能力和生产制造能力，通过汽车相关行业的分工合作， 开发出电动汽车的各种总 成和技术单元。 产品销售方面， 2014 年电动乘用车的销量达到 119710 辆， 比 2013 年增加 22.7% 7。在美国，插电式混合动力汽车是电动汽车市场销量最高和最受 欢迎的产品。 德国是欧洲重要的汽车研发、生产、制造国。政策扶持方面，德国政府直接 向购买电动汽车的消费者发放补贴，从 2016 年起至 2019 年 6 月 30 日，购买一 辆纯电动汽车可获 4000 欧元补贴，购买油电混合动力汽车可获 3000 欧元补贴。 产品销量方面，2014 年电动汽车注册量 12300 辆，2015 年德国新的电动汽车销 量有 23,481 辆。未来战略方面，德国发布国家电动汽车发展计划作为德国 发展电动汽车的纲领性文件，计划到 2020 年，德国电动汽车保有量达到 100 万 辆 8910。 日本是全球范围内最早开始发展电动汽车的国家之一。政府扶持方面，细化 补贴政策，对于换购、政府购车、混合动力和私人购车等不同的电动汽车购买情 况采取不同程度的补贴。未来战略方面，日本政府计划 2050 年电动汽车使用量 达到 880 万辆，并提出电动汽车先在邮政、政府公务、商业供货、城市公交、电 力和医疗系统等运行距离相对固定的领域投入使用，再扩展到出租车行业，最后 普及到私家车的推广策略。 综上， 包括中国在内， 各主要汽车大国都在大力扶持和促进电动汽车的发展， 许多著名汽车企业也在电动汽车领域进行资金投入和技术研发， 新能源电动汽车 的迅速发展已经成为不可阻挡的潮流。 6 1.1.2 电动汽车远程监控终端的发展现状和趋势 电动汽车远程监控终端是汽车远程监控系统的重要组成部分， 是实现汽车信 息化的第一步，也是电动汽车动力电池安全监控的关键，它已经成为电动汽车不 可或缺的部分。 在国内，国家政策方面，为了使电动汽车变得更加安全和可靠，政府对远监 控终端做出了一些规定。2009 年 6 月 17 日，政府发布了新能源汽车生产企业 及产品准入管理规则 ，对车辆监控系统做出了规定，并且取得了一定成效。 交通部 2011 年发布了标准道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求 （JT / T794 2011） ，运输企业必须为旅游包车、三类以上班线客车和危险品运输 车安装符合要求的卫星定位装置，该装置需兼容“全国重点营运车辆联网联控系 统” ，对于不符合规定的车辆，工业和信息化部将不准其上车辆产品公告。而卫 星定位模块是电动汽车远程监控终端的一个重要组成部分， 所以在该三类车上安 装远程监控终端，就能成功解决上述问题。这些政策有利于推动了远程监控终端 在商用车上的应用以及开拓其在国内的市场。国内企业方面，2012 年合肥一家 公司自主研发了一套电动汽车远程监控系统，该系统通过 GPRS 网络可实现对电 动汽车及锂电池进行远程管理、故障预警以及实时监控。该系统监控的内容包括 电池组温度、电压、电流等异常情况。 其它国家也在研发汽车远程监控终端。在美国，互联网业十分发达，有些车 企直接与互联网公司合作，由互联网公司提供解决方案，包括硬件解决方案，系 统软件以及应用软件。驾驶者可运用无线传输的方式，连接网络传输与接收资讯 和服务，也可以下载应用系统或更新软体等，但主要功能仍以行车安全与车辆保 全为主。也有公司自主研发远程监控系统，2010 年，福特公司考虑到电动汽车 中，由于电池需要经常在高温、高负载、多振动的情况下工作，电池的一致性、 循环寿命及稳定性都面临的很大的考验， 为解决产业初期这一的短板， 针对 2010 年底发售的轻型商务纯电动车 Transit Connect 以及 2011 年发售的纯电动版 FOCUS（福克斯）开发了一套远程监控系统，用于实时监控并远程获取动力电池 工作状况等相关信息，并可以在车辆停驶时对电池管理软件进行升级。日本的车 企则采取比较保守的方式，因为远程监控模块会通过网络和外界连接， 所以日本 车企采用简单的远程监控终端模块，对必要的信息实行远程监控。 综上，不管是国内还是国外，都在开发电动汽车远程监控终端，远程监控终 端会被逐渐被推广应用，成为电动汽车必要的组成部分。 7 1.1.3 CAN 总线技术简介 CAN 是 Controller Area Net 的缩写，即控制器局部网，它是一种有效支持 分布式控制或实时控制的串行通信网络。它是由德国 Bosch 公司为汽车的监测、 控制系统而设计的，一段时间之后被公开发布，Intel 公司生产出第一款 CAN 总 线控制器，后来出现了 CAN2.0A,CAN2.0B，各大公司也开发了许多基于 CAN 总线 的协议，比如美国 AB 公司开发的基于 CAN 总线的 DeviceNet 协议，CIA 发布了 基于 CAN 总线的 CANopen 协议，等等。典型的分散式控制系统由现场设备、接口 与计算设备以及通信设备组成。现场总线（FIELDBUS）能同时满足过程控制和制 造业自动化的需要， 因而现场总线已成为工业数据总线领域中最为活跃的一个领 域。 现场总线的研究与应用已成为工业数据总线领域的热点。尽管对现场总线的 研究尚未能提出一个完善的标准， 但现场总线的高性能价格必将吸引众多工业控 制系统采用。同时，正由于现场总线的标准尚未统一，也使得现场总线的应用得 以不拘一格地发挥，并将为现场总线的完善提供更加丰富的依据。控制器局部网 CAN（CONTROLLER AERANETWORK）正是在这种背景下应运而生的。 A.CAN 总线的电气特征 CAN 总线通信介质由两部分构成，一个叫高电平传输线 CANH， 另外一个叫低 电平传输线 CANL,地线的电压作为 CANH 和 CANL 参考。它们之间的差叫做压差。 CANH 为 3.5 伏，CANL 为 1.5 伏时，压差为 2 伏，为显性，表示逻辑 0；CANH 为 2.5 伏，CANL 为 2.5 伏时，压差为 0 伏，为隐性，表示逻辑 1。 B.CAN 总线的通信模型 CAN 总线的通信模型总的来说有物理层和数据链路层两个主要的层次，具体 划分如图 1.1 所示。 CAN 技术规范没有定义物理层的驱动器/接收器特性，允许根据具体应用对 传输介质和信号电平的实现进行优化。 同一网络内所有节点的物理层必须是相同 的。 数据链路层有 LLC 子层和 MAC 子层两个层次组成。LLC 子层的主要功能是： 为数据传送和远程数据请求提供服务，在由 LLC 子层接收到的报文当中，确定实 际采用哪些报文，为恢复管理和通知超载提供信息。MAC 子层的功能主要是传送 8 规则，亦即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定，是 CAN 协 议的核心。 它把接收到的报文呈现给 LLC， 并接收来自 LLC 的报文以便发送。 MAC 子层由称为故障界定的一个管理实体监控， 它具有识别永久性故障或短暂扰动的 自检机制。 MAC 子层不存在修改的灵活性。 数据链路层 逻辑链路控制子层 LLC 验收滤波 过载通知 恢复管理 介质访问控制子层 MAC 数据包装/解包 帧编码（填充，消除填充） 介质访问管理 错误检测 错误标定 应答 并行转换为串行/串行转换为并行 物理层 物理信号子层 PLS 位编码/解码 位定时 同步 物理介质连接 PMA 驱动器/接收器特征 介质相关接口 MDI 连接器 图 1.1 CAN 总线分层结构 C.CAN 信息传送和帧类型 CAN 总线的传输距离 故障界定 总线故障管理 故障器 9 CAN 总线在传输速率为 5kbps 及其以下时，传输距离可达 10km；传输距离在 40m 及其以下时，传输速率可达 1Mbps。传输距离和传输速率的关系由图 1.2 表 示： 图 1.2 CAN 总线传输速率和传输距离的关系 D. CAN 总线的数据帧 帧格式是 19 位的标识符叫做标准标识符， 帧格式包含 29 位标识符的叫做拓 展标识符。CAN2.0A 支持标准格式，CAN2.0B 不仅支持标准帧帧还支持拓展帧。 具体而言， 分为四种类型的帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。数据帧（Data Frame） ：数据帧携带数据从发送器至接收器；远程帧（Remote Frame） ：接收单 元向发送单元请求发送具有相同标识符数据所用帧；出错帧（Error Fram） ：任 何单元检测到一总线错误就发出出错帧；超载帧（Overload Frame） ：超载帧用 以在先后的数据或远程帧之间提供一附加的延时。 E. CAN 总线的节点结构 一般来说，CAN 总线的节点由三部分组成：微控制器、CAN 控制器和 CAN 收 发器三部分组成，节点结构如图 1.3 所示。 10 图 1.3 CAN 总线节点图 1.1.4 电动汽车远程监控终端封装测试的意义 所谓封装测试其实就是封装后测试,把已制造完成的电子设备或者半导体元 件进行结构及功能的确认，以保证其符合系统的需求。主要是检查其基本特性是 否符合要求， 基本功能能不能够实现。进行封装测试的时候需要用到测试工装这 样的一种设备，它是一种用于指示电气和电子设备状态的装置。 对电动汽车远程监控终端封装测试之前， 在硬件上我们需要设计一个测试接 口电路，软件上要写好测试程序。测试的时候，把终端和通过测试接口电路和工 装连接起来，把测试程序下载到终端设备，开始运行并等待数秒，工装就可以知 识出远程监控终端的功能状态。 对于电动汽车远程监控终端这样重要的车载设备， 刚刚生产出来，其功能是否完整，我们无法从表面看出，如果直接投入使用，会 带来一些问题。因此需要通过一定的方法对它的基本特性进行确认，以保证功能 能够正常实现。 11 1.2 本文的主要内容和结构 本设计主要针对电动汽车远程监控终端封装测试的需求， 介绍终端的硬件系 统，设计出测试用的 CAN 通信接口电路，相应的测试软件编写，并且和工装进行 联调，最终成功实现电动汽车远程监控终端封装测试。具体而言，包括电动汽车 远程监控终端硬件架构及其每一部分原理图介绍，CAN 总线接口部分电路原理图 绘制和硬件选型，封装测试软件编写与调试，和上位机以及测试工装的联调。 论文总共由五章组成，第一章介绍了研究背景、研究内容、国内外发展现状 和研究的意义。 第二章是电动汽车远程监控终端的硬件系统介绍和部分电路设计。 第三章主要是软件设计，包括测试程序、CAN 通信程序和中断服务程序。第四章 为软件联调和不足之处的改进。第五章为对本设计的总结。 12 2、电动汽车远程监控终端硬件系统介绍 2.1 电动汽车远程监控终端硬件系统架构 本文中提到的电动汽车远程监控终端采用了如图 2.1 所示的系统设计： 图 2.1 远程监控终端硬件系统架构图 1、微控制器采用 Freescale MC9S12XEQ512MAA 16 位汽车级微控制器，电压 平台 5V，工作温度-40 - 125，提供了 1MB 的 Flash 存储空间、64kB 的 RAM、 8 路异步串行通信接口（SCI） 、3 路串行外设接口（SPI 总线） 、8 路增强型定时 器（ECT） 、2 路 16 通道的 12 位模拟-数字转换器（AD） 、8 通道的 24 位脉宽输 出（PWM） 、5 路 CAN 2.0 总线模块、2 路（芯）片间总线模块（IIC 总线） 、8 通 道的 24 位周期中断计时器和 8 通道的 16 位标准时间模块（TIM） 。 2、定位模块采用 HX6412 北斗/GPS 双模卫星定位模块，该型双模卫星定位 模块是中国自主知识产权的民用双模卫星定位模块， 采用高性能的射频芯片和第 四代双模基带芯片，设计商可以满足专业定位和个人消费需求，适合应用于多种 导航终端产品，如汽车、轮船等。改型模块采用 16mm12mm 的邮票式封装，电 压平台 3.3V，工作温度-4085。 3、GPRS 模块采用华为 MG301：华为公司是中国电信电子行业第一品牌，也 是全球领先企业，其通信电子产品经过多年行业应用，性能可靠、价格低廉。其 MG301 型 GPRS 数传模块是 MG323-B 型模块的改进型，是在消费电子普遍进入 4G 时代的前提下针对工业数传应用设计开发的 GPRS （2G） 无线数传模块。 与以往的 汽车级 16 位微 控制器 （MCU） 卫星定位模块 GPRS 数传模块 EEPROM 存储器 隔离式 CAN 总线收发 器 BDM 接口 时钟信号 13 2G 手机时代不同，这一款数传模块只定位于工业现场无线数据传输或其他相似 业务，强化了数据传输功能的性能（设计了透传模式） ，对传统的电话、短信等 业务功能进行了缩减。 由于远程监控终端的应用需求和工业现场无线数传应用较 为相似，即需要长期稳定的数据通信通道但数据量较小，故远程监控终端使用该 型数传模块是合适的，且因为该模块实现了在工业现场的大批量应用，故采购成 本很低、可靠性有保障。 4、CAN 接口电路部分，参考了 SAE J1939 协议的相关内容。CAN 收发器采用 TI 公司的 ISO1050DUB， 它自带电容隔离， 微控制器端和 CAN 总线端独立供电,CAN 总线端有端电阻和端电容。为了减少干扰，加入了抗共模干扰滤波器减弱共模干 扰、滤波电容滤除串模干扰。另外，为了保护 CAN 总线，加入了静电防护模块。 CAN 总线接口电路原理图如图图 2.6 所示： 图 2.6 CAN 总线通信接口电路原理图 本人参与了这款远程监控终端的硬件设计， 其中 CAN 接口电路原理图的绘制 是由本人完成，其它部分均是已有的。 CAN 总线接口部分电路硬件选型： (1）CAN 收发器：采用德州仪器（TI）公司的 ISO1050 电容隔离式 CAN 收发器， TI 是全球知名半导体公司，ISO1050 是其一款电容隔离式 CAN 收发器，本接口使 用该型 CAN 收发器在实现 CAN 收发器功能的前提下加入电容隔离， 保证外部总线 上的传导干扰被隔离于终端内低压电路之外。由于这种收发器是隔离式的， 所以 需要分别供电，在本设计中两端均需要 5V 的供电电源，而且两个电源和地之间 需要并联两个滤波电容，其中大电容起到滤除纹波的作用，小电容主要是为了消 14 除大电容的等效电感。 该型收发器的主要性能和引脚如表 2.1 和表 2.2： 表 2.1 ISO1050 CAN 收发器主要性能参数表 参数 指标 电压平台 3.3V-5V 总线错误保护范围 -27V-40V 额定瞬态防护 50kV/s 环路延时 150ns（额定） ，210ns（最大） 适用温度范围 - 55 - 105 表 2.2 ISO1050 CAN 收发器的引脚功能 引脚名称 类型 描述 Vcc1 电源 数字侧电源 GND1 GND1 数字侧接地 RXD 输出 CAN 接收数据输出 TXD 输入 CAN 发送数据输入 CANL 输入/输出 CAN 高 CANH 输入/输出 CAN 低 GND2 GND2 收发侧接地 Vcc2 电源 收发侧电源 （2）终端电阻 120 欧姆。高速 CAN 所加的两个 120 欧的电阻实际上模拟的是线 束连接无穷远的时候在传输线上产生的特性阻抗（而不是实际阻抗） ，这是个典 型经验值 终端电阻的作用： 1.阻抗匹配， 匹配信号源和传输线之间的阻抗， 极少反射， 避免振荡。 2.减少噪声，降低辐射，防止过冲。在串联应用情况下，串联的终 端电阻和信号线的分布电容以及后级电路的输入电容组成 RC 滤波器，消弱信号 边沿的陡峭程度，防止过冲。 终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射在通信过程中， 有两种信号因 导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续，信号在传输线末端突然 遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原 15 理， 与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。 消除这种反射的方法， 就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻， 使电缆的 阻抗连续。由于信号在电缆上的传输是双向的，因此，在通讯电缆的另一端可跨 接一个同样大小的终端电阻。 引起信号反射的另个原因是数据收发器与传输 电缆之间的阻抗不匹配。这种原因引起的反射，主要表现在通讯线路处在空闲方 式时，整个网络数据混乱。 CAN 是多主传输，为了消除短路现象，其 CANH 和 CANL 电平的性质是不一样 的，如 CANH 的两种逻辑状态为高电平和高阻状态，CANL 的两种逻辑状态为低电 平和高阻，高阻状态其实电平是不确的，因此在差分传输的 CAN 总线中，匹配电 阻不仅作为匹配用还起降低 CANH 与 CANL 回路中阻抗的作用， 使 CANH 和 CANL 具 有确定的电平，所以在调 CAN 时，即使线再短也需要加在 CANH 与 CANL 之间加一 个电阻的原因，此时这个电阻并不起匹配作用。 当一个显性位发送到至少包含一个 CAN 驱动处于开启状态的网络上时， 意味 着有电流经过终端电阻， 因此， CANH 和 CANL 具有了不同的电压值。 ， 也就是说， 在显性状态时，终端电阻会稳定并增强差分电压，当去掉一个或两个终端，通过 示波器可以明显看到一是信号不稳，二是差分电压会有变化，缺少终端或没有终 端电阻时所测到的电压我认为是单纯由 CAN 驱动器所产生的，离发送端越远，电 压差异越大。 （3）抗共模干扰 电动汽车上的电磁环境比较复杂，一个重要的原因是电机上 存在大电流。由于 CANL 和 CANH 位置很近，电磁环境基本相同，电磁环境产生的 干扰也基本相同，所以存在共模干扰。 本接口电路采用 ACT45B-220-2P，其最大额定电流为 200mA，而 CAN 总线上 电流等级为A 级，所以能满足要求，它实际上是一个共模电感。 共模电感是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同， 匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，要 对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用， 而对于差模信号呈现出很小的漏电感 几乎不起作用。原理是流过共模电流时磁环中的磁通相互叠加，从而具有相当大 的电感量，对共模电流起到抑制作用，而当两线圈流过差模电流时，磁环中的磁 通相互抵消，几乎没有电感量，所以差模电流可以无衰减地通过。因此共模电感 在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号， 而对线路正常传输的差模信号无影响。 （4）静电防护: 为了保护总线，我们对总线进行静电防护，静电产生的原因主 16 要有两个方面：a.空气干燥，总线上容易累积电荷；b 在安装的时候，可能存在 人为接触总线接插件插头的情况，这时候也会产生静电。设计中所采用的 PESD1CAN 是四个稳压二极管， CANH 和 CANL 上都串联两个反向的稳压二极管，假 设 CANH 上有静电荷，它的对地电压为正，这时候两个串联稳压二极管其中一个 直接导通，另外一个起稳压作用。 （5）总线滤波电容: 减少总线上的串模干扰。 17 3、电动汽车远程监控终端封装测试软件设计与实现 3.1 需求分析 3.1.1 封装测试需要考虑的因素 封装测试是在电子设备或者电子元件批量化生产的过程中检验设备是否有 功能故障，在设计封装设计方案时，必须考虑如下因素。 （1）封装测试的具体作用：与性能测试不同，封装测试不需要测试出具体性能 指标，而是用简单方法，确定电子设备上的每一个模块能不能正常工作。 （2）功能故障锁定：封装测试不仅要检查出电子产品是否有功能故障。如果要 就严格，还要检查出故障出在什么地方，出了什么问题；如果要求不是很严格， 起码要知道是哪个模块除了问题。假设我们要对一个复杂的系统做封装测试，如 果没有锁定故障，很难对故障进行排除。 （3）测试效率问题：批量化生产时，需要测试的产品很多，如果每个产品的测 试时间增加一点，大量产品累积起来，总的时间会变得很长，测试效率变低，测 试成本也会增大，所以必须尽量减少每个产品的测试时间。 3.1.2 封装测试软件功能需求 （1）电动汽车远程监控的封装测试需求：本设计中，需要检测北斗模块、GPRS 模块、 EEPROM 模块是否能够正常使用， 并把测试的结果发送给测试工装。 因此， 在软件设计时，应该包含对 GPS 模块测试程序、GPRS 模块测试程序、EEPROM（电 可擦除可编程只读存储器）模块测试程序和通信程序。此外，也需要检测 CAN 通 信模块是否能正常，由于只要能接受和发送数据，就可以认为其能正常工作，所 以不需要单独编写测试程序 （2）故障锁定测试功能需求：故障锁定是指测试的结果必须明确是哪个模块出 了故障，如果要求更高的话，还要明确具体是什么故障。如果没有实现故障锁定 功能，很难根据测试结果做出判断，后续的工作也难以进行。为了实现故障锁定 的功能，在软件设计时，应该设置全局变量，每测试完一个模块，根据测试的结 果，对相应的全局变量进行设置，并且发送给测试工装的结果中，应该包含每个 模块的测试结果信息。 （3） 通信程序需求： 由于本设计中用到的测试工装的通信接口是 CAN 通信接口， 18 可以采用 CAN 总线进行通信，用以接收测试请求和发送测试结果。所以软件设计 中应该包含 CAN 通信程序的设计，保证终端和工装之间能够正常通信 3.2 软件的功能及实现 3.2.1 软件架构和软件流程 （1） 软件架构： 软件设计主要包括对电动汽车远程监控终端片上模块 （BD 模块、 GPRS 模块和 EEPROM 模块）的测试程序，接收工装测试请求和向工装发送测试结 果的 CAN 通信程序。其中，所有的接收程序都是采用中断函数架构实现的，所有 的发送数据都是采用查询的方式来实现的。软件架构如图 3.1 所示： 图 3.1 软件系统架构 （2）软件流程： A主函数流程 主函数中，首先禁止中断，对系统进行初始化（包括时钟初始化、中断初始 化、I/O 口初始化和计时器初始化等） ，初始化结束时使能中断。然后给 GPRS 模 块上电，GPRS 模块上电时需要通过上传上电成功标志字符串向 CPU 确认上电成 系统初始 片上模块 测试 循环等待 测试请求 BD 模块检测 GPRS模块检测 EEPROM 模块 中断接收测试请求 延时发送测试结 中断请求 19 功,而程序采用通过中断的方式接收这个标识符，所以不能再初始化的时候给 GPRS 上电。接下来开始测试 BD、GPRS 和 EEPROM 三个模块是否能够正常工作， 最后进入到一个死循环， 每次循环都会重新检测三个模块是否能正常工作， 在这 个循环中，如果工装请求测试结果，会进入中断服务程序里面进行响应的处理。 流程图如 3.2 所示 图 3.2 主函数流程图 禁止中断断 系统初始化 GPRS 上电 使能中断 模块测试 循环等待 开始 20 BEEPROM 模块检测程序流程 图 3.3 EEPROM 模块检测程序流程 本部分采取简单的方式检测 EEPROM 模块是否能够正常使用，首先在 EEPROM 的指定地址处写入一个字节， 等待一小段时间后， 在同一个地址处读取一个字节， 如果读取和写入的字节数据一致，就认为 EEPROM 模块是可以正常使用的。 C北斗模块检测程序流程 这一部分是为了检测北斗模块是否能够正常工作，采用的方式是，先主动给 北斗模块发一条指令，然后采用中断的方式接收北斗模块回复的消息。如果能够 接收到正确的回复信息，就认为北斗模块正常工作。 指令发送： 发送指令采用查询的方式，第一个字节发送之前先清除发送成功 标志，然后发送，每发送一个字节，就去查询发送成功标志位有没有置位，如果 没有置位，就继续查询；如果置位，就把操作指针加 1。再判断刚刚发送的是不 是最后一个字节，如果是，就结束发送；如果不是，继续重复上述步骤。 在地址 A 处写一个字节 读地址 A 处字节数据 读写一致？ EEPROM 模块正常 EEPROM 模块故障 转1 开始 21 图 3.4 北斗模块发送流程图 中断接收： 用于接收北斗模块回复的消息，因为无法确定北斗模块何时根据 收到的指令回复响应的消息，所以采用中断方式接收。首先开辟一个缓冲区，用 于接收北斗模块发来的消息，在成功接收完北斗模块发来的消息后，对消息进行 解析， 分析这条消息是不是正确的回复消息， 如果是， 则认为北斗模块正常工作； 如果不是，不进行任何判断。此外，北斗模块还有可能发来其他消息，如果缓冲 区满，将操作指针指向缓冲区初始处，以防止缓冲区溢出。 清除发送成功标 发送字节 操作指针加 1 发送成功？ 否 发送结束？ 是 否 转2 是 1 22 图 3.5 北斗模块中断接收流程图 DGPRS 模块检测程序流程 这一部分是为了检测 GPRS 模块是否能够正常工作，采用的方式是，先主 动给 GPRS 模块发一条指令，然后采用中断的方式接收 GPRS 模块回复的消息。如 果能够接收到正确的回复信息，就认为 GPRS 模块正常工作。 指令发送： 发送指令采用查询的方式，第一个字节发送之前先清除发送成功 标志，然后发送，每发送一个字节，就去查询发送成功标志位有没有置位，如果 没有置位，就继续查询；如果置位，就把操作指针加 1。再判断刚刚发送的是不 是最后一个字节，如果是，就结束发送；如果不是，继续重复上述步骤。 读接收数据寄 北斗模块正常 存数据， 指针加1 指针回到数组起始处 字符串结束标志？ 正确的返 回信息？ 缓冲数组满 是 否 否 是 是 中断开始 中断返回 23 图 3.6 GPRS 模块发送流程图 中断接收： 用于接收 GPRS 模块回复的消息，因为无法确定 GPRS 模块何时根 据收到的指令回复响应的消息，所以采用中断方式接收。首先开辟一个缓冲区， 用于接收 GPRS 模块发来的消息，在成功接收完 GPRS 模块发来的消息后，对消息 进行解析，分析这条消息是不是正确的回复消息，如果是，则认为 GPRS 模块正 常工作；如果不是，不进行任何判断。此外，GPRS 模块还有可能发来其他消息， 如果缓冲区满，将操作指针指向缓冲区初始处，以防止缓冲区溢出。 清除发送成功