汽车CAN总线技术研究开题报告

南 京 理 工 大 学 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 设计 (论文 )题目 ： 汽车 CAN 总线技术研究 指 导 教 师 : 2005 年 3 月 18 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑 墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇（不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004-03-15”。 毕 业 设 计（论 文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 1 汽车上使用网络系统的必要性 随着汽车电子技术的不断发展，汽车上的电子装置越来越多。较高档的汽车中，电子系统的成本已经超过总成本的 20%1，并且增长很快。汽车上新的技术增长点几乎无一不与电子技术和信息技术的相关。车上电子装置不断增加，使得连接这些装置的电子线路迅速膨胀，线束越来越复杂，布线就越来越困难，在汽车设计，装配，维修中的负担甚至到了无法忍受的程度；而且线路以及接头的 增加是引起安全问题的巨大隐患。另外，线的质量和占用的空间也都成为值得考虑的问题。质量的增加意味着降低汽车的效率；线路直径太大，在相当运动部分过线非常的困难，如车窗的线束等。 因此，在电子装置不断增加的情况下，减少线束成为一个必须要解决的问题。使用传统的点对点并行连接方法，显然无法摆脱这种困境，基于串行信息传输的网络结构成为一种必然的选择 2 车上网络的发展现状 汽车工程师协会（ SAE）按照汽车上网络系统的发展，性能从底到高划分 A 级， B级， C 级， D 级网络 1。 A 级网络主要应用于要求价格底，数据传输速度， 实时性，可靠性要求较底的情况。如车身系统的门窗和后备箱网络系统，也可以作为一些传感器和执行器级别的底层局部连接总线使用。 UART 就是典型的 A 级网络。现在， UART 在国外的汽车上已经很少使用。 B 级网络用于对数据传输速度要求较高的系统，包括一些车身控制系统，仪表盘，底档的实时控制系统以及故障诊断系统等。典型的 B 级网络是 J1850； C 级网络主要用于可靠性和实时性要求较高的系统，如高档的发动机和动力传动系统的实时控制系统，线控系统等。 CAN 就是典型的 C 级网络，也是国外现在被最广泛使 用的一种车上网络，国内也有了少 量的发展。 D 级网络要求传输速度 1M 以上，现在还没有发展起来。 3 车上 CAN 协议的发展现状 3.1 CAN 网络基础协议 当提到“ CAN 标准”或“ CAN 协议”时，我们需要理解 ISO 11898 标准中的功能性 7。这个标准包括由 ISO 参考模型的物理层（第一层）和数据链路层（第二层），没有规定应用层。现在，数据链路层有两种形式现在都被广泛使用，一种是具有 11 位 ID 标识符的 BasicCAN，另一种是带有扩展成 29 位 ID 标识符的高级形式 PeliCAN，各使用者根据不同的要求有不同的选择。汽车上一般使用 BasicCAN，也有使用 PeliCAN 的。 3.2 CAN 网络高层协议（应用层） 由于 CAN 也在非汽车自动化中被广泛使用，几乎同时产生了几个较高层协议和开放式系统方法。今天， DeviceNet15， CANopen10 和 SDS15 这三种基于 CAN 的开放式系统已经成熟其标准已经形成。这三个标准给人留下一个印象，那就是它们具有相同的功能性，虽然这三个标准采用的方法不尽相同，最明显的不同是信息标示符的使用。信息标示符的使用在 SDS 里是基于完整的预定义方式，而在 CANopen 里信息标示符的 使用是向系统设计者或综合者保持开放， DeviceNet 的信息标示符的使用也自由但相对有些限制。现在，汽车上使用 DeviceNet 较多。 4 CAN系统的组建方法 4.1 CAN节点的组成 CAN 节点主要由 CAN 控制器 16， CAN 驱动器，单片机（或其它智能装置）组成。在使用 CAN 总线时，首先就要考虑使用什么样的 CAN 控制器。 CAN 控制器有集成的和独立的两种形式，集成的 CAN 控制器成本底，速度快，可靠性高；独立的 CAN 控制器兼容性好，软件可以实用于其它系统，适应性强 16。如： Bosch 公司就广泛使用 集成的 CAN 控制器。 4.2 常见的 CAN网络结构 网络结构对系统的特性有很大的影响， CAN 网络一般使用总线结构，所以 CAN 网络又称作 CAN 总线， CAN 总线又有多种连接方法。 CAN 网络结构选择的原则是：在同样的硬件参数下，尽量提高网络的电磁兼容性。另外，为实现一些特定的要求，有时需要采用一些特殊结构，如无线连接，多终端的星形结构等 1。 5 CAN总线的应用现状 CAN总线在国外已经被广泛的研究和接收，在国内也有一些的研究，主要集中在汽车行业和高等院校。 1995年， 北京航空航天大学的教授邬宽明指导他的研究生完成了 一个 CAN网络系统2，用于食堂刷卡机的连网，并且投入使用后获得了好评。在这之前类似的系统都是使用 RS232进行通信的，其稳定性，传输速度和传送距离都不及 CAN总线。 2000年，浙江大学的葛林等三人写了一篇论文，关于 CAN总线在汽车中的应用研究。研究了 CAN总线的速度 17，抗干扰性和通用性等问题。最后得出结论： CAN总线能够满足汽车的需要。 2001年，吉林大学的程芳提出了一个车上控制系统 CAN总线通信的实现方法 18。采用 SAEJ1939通信协议在载货车上实现了 CAN通信，设计了 ABS控制器和变 速器控制器的各个数据的高层通信协议。 2002年，江苏大学的刘惠等设计了一个基于 CAN总线的客车后置发动机数据采集显示系统 19。该系统是汽车局域网 CAN总线在现代客车上的具体应用，采用 89C52单片机+SJA1000CAN控制节点为核心设计了基于 CAN总线的客车后置发动机数据采集显示系统，系统利用单片机通过传感器对发动机的冷却水温、机油压力、转速、车速等信号进行采集，再用 CAN总线传输所有信号，简化了汽车线束。文中还给出了数据采集通讯软件。 同一年，中国人民解放军军事交通学院的赵慧敏，朱先民，王明国，赵 方庚，姜丁，吴晓等，提出了一种评价 CAN总线系统 EMC的一种新方法 20。介绍了评价汽车控制器局域网络 CAN总线系统电磁兼容性 EMC的基本标准，给出了单线 CAN容错 CAN和高速CAN等不同 CAN总线系统的测试装置、评价标准及评价方法。 同一年， Pisa 大学的 F. Baronti, D. Lunardini, R. Roncella and R. Saletti等 ， 写了一篇关于 CAN总线在摩托车上应用的文章 ： Low-Cost CAN-Based Communication system for High-End Motor-Scooter6. 研究了廉价的 CAN总线在摩托车上使用的可能性。 6 CAN前景展望 尽管 CAN 协议已经有 15 年的历史，但它仍处在改进之中。现在， CAN 在全球市场上仍然处于起始点，当得到重视时谁也无法预料 CAN 总线系统在下一个 10-15 年内的发展趋势。这里需要强调一个现实，近几年美国和远东的汽车厂商将会在他们所生产汽车的串行部件上使用 CAN 。另外大量潜在的新应用，例如娱乐，正在呈现。 CAN 不仅可用于客车，也可用于家庭消费。同时，结合高层协议应用的特殊保安系统对 CAN 的需求也正在稳健增长。德国专业委员会 BIA 和德国安全标准权威 TV 已经对一些基于CAN 的保安系统进行了认证， CANopen-Safety10 是第一个获得 BIA 许可的 CAN 解决方案。 DeviceNet-Safety 也会马上跟进，全球分级协会的领导者之一 Germanischer Lloyd 正在准备提议将 CANopen 固件应用于海事运输 8。 参考文献 : 1 秦贵和 .车上网络技术北京：机械工业出版社， 2003 2 邬宽明 .CAN 总线原理与应用系统设计 .北京 ,北京航空航天大学出版社 ,1996 3 王练 .CAN 在大众汽车中的应用 .上海大众 ,2000 4 周立功 .单片机与 TCP/IP 综合应用技术 .广州周立功单片机发展有限公司 ,2003 5 Mohsin M. Jamali, etc. A CAN Based Real-time Embedded System for DC Motor Control. SAE Paper 2002-01-0444 6 F. Baronti, etc. Low-cost CAN-Based Communication System for High-End Motor-Scooter. SAE Paper 2002-01-2154 7 ISO-IS 11898, Road vehicles - Interchange of digital information - Controller Area Network (CAN) for high speed communication, 1993 8 Bosch, CAN specification, Version 2.0, 1991, Robert Bosch GmbH 9 PHILIPS SJA1000 stand-alone CAN controller product specification 2000 Jan 04 10 周立功 . CANstarter-I 开发套件应用指南 V1.1， 2003 11 饶运涛 .现场总线 CAN 原理与应用技术 .北京航空航天大学出版社， 2003.6 12 广州周立功单片机发展有限公司 .SJA1000 独立的 CAN 控制器 ,2003 13 周立功 .单片机原理与应用设计 .北京航空航天大学出版社 ,2001 14 黄维通 .Visual C+面向对象与可视化程序设计 .清化大学出版社 ,2003 15 CiA DS 201-207,CAN Application Layer for Industrial Applications, 1996 16 PHILIPS. SJA1000 stand-alone CAN controller product specification, 2000 17 葛林 .CAN 通信网络在汽车中的应用研究 .汽车技术 ,2000 18 程芳 .车辆控制系统 CAN 总线通信的实施方法 .汽车工程 ,2001.5 19 刘惠 .基于 CAN 总线的客车后置发动机数据采集显示系统 ,车辆与动力技术 ,2002 20 赵慧敏，朱先民，王明国，赵方庚，姜丁，吴晓等，评价 CAN 总线系统 EMC 的一种 新方法汽车电器， 2001，第 7 期 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 1本课题要解决的问题： 对汽车 CAN 总线技术进行研究。自行设计，研制一个典型的汽车电控系统，组建一个由三个 CAN 节点组成的 CAN 网络。第一个 CAN 节点 作为控制中心，它检测所有的输入；接收第二个 CAN 节点的反馈信息并进行处理，系统有三个方面的输入 : 速度控制 ,正转 /反转 , 转动 /停止。第二个 CAN 节点根据第一个节点的指令控制一个马达，产生各种不同的控制信号；并且监 听传感器的反馈信号，通过 CAN 总线反馈给第一个节点 。第三个节点是以 PC 作为节点的控制器，用于监控整个 CAN 网络。主要要解决以下几个问题： 1 熟悉 CAN 总线的传输协议。 2 制作 CAN 节点电路板。 3 选用合适的电机和传感器。 4 编写 CAN 控制器的初始化程序。 5 制定本网络的应用层协议。 6 编写两个 MCU 节点的控制程序。 7 编写 PC 节点的 Windows 应用程序。 8 系统调试，并进行相关数据的测试。 2本课题所拟采用的研究手段： 学习，实验和创新相结合，首先学习相关的知识，可以获取广东周立功单片机有 限公司的技术支持。 使用 Keil 软件进行软件仿真， 在实验板 CANstarter-1 上做演示，进行硬件 仿真 。最后完成所以程序，制作电路板完成整个系统。 3通过本课题要完成的目的： 1 综合运用本科四年所学的基础知识。 2 提高自己分析与解决问题的能力