模块七车上网络技术简介.ppt

7 1概述7 2汽车局域网中的现场总线 模块7车上网络技术概述 7 1概述 7 1 1车上网络技术的发展7 1 2车上网络介绍 7 1 1 车上网络技术的发展 车上网络技术需求的原因 1 电子装置增加 电子线路膨胀 线束复杂 布线困难2 线控技术普遍应用 7 1 2车上网络介绍 表7 1SAE汽车网络级别 A级网络主要应用于要求价格低 数据传输速度 实时性 可靠性要求较低的情况 如车身系统的车门窗和后备箱网路系统 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 低档的实时控制系统以及故障诊断系统 OBD 等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的实时控制系统 线控系统等 7 2汽车局域网中的现场总线 7 2 1现场总线的基本概念7 2 2CAN的基本知识7 2 3 LIN BUS介绍 7 2 1现场总线的基本概念现场总线 是应用在生产最底层的一种总线型拓扑网络 它直接与所有受控设备节点进行相连 用作现场控制系统的一种通信网络现场总线控制系统既是一个开放通信网络 又是全分布控制系统 它作为一个联系纽带 把挂接在总线上 作为网络节点的智能设备连接为网络系统 并进一步构成自动化控制系统 使系统成为具有测量 控制 执行和过程诊断等综合能力的网络 是一项集控制 计算机 数字通信和网络为一体的综合技术 7 2 2 CAN的基本知识1 CAN总线的特点2 CAN总线的传输速度3 CAN总线总线寻址4 CAN总线仲裁5 CAN总线的组成6 CAN总线的传输原理和过程7 汽车网络可用的传输介质 1 CAN总线的特点CAN数据总线将各个控制单元组合成一个整体 使所有的信息都沿总线传输 1 良好的容错能力 2 可靠的数据通信质量 3 满足不同的实时控制要求 4 方便的线束安装 CAN总线线束只有4根 2根电源线 2根数据线 2 CAN总线的传输速度 1 低速网 通信速度不大于125kbps 目前常用的在100kbps以内 主要用于中央门锁 自动门窗 自动空调 汽车定位等舒适系统 2 高速网 通信速度可达1Mbps 目前常用的在500kbps以内 主要用于汽车动力控制系统 如发动机管理系统 自动变速箱 制动防抱死装置等 高速网和低速网之间有一个网关控制器 用于协调高低速网络之间的数据通信 3 CAN总线总线寻址CAN总线根据内容进行数据寻址 每一条信息被赋予一条恒定的标识符 用于表明该信息的内容 比如发动机转速 挂接在系统上的每一个单元先判别其是否含有其 接受列表 认可检查表 中所列特定标识符 并只对含有这种标识符的信息进行处理 这意味着CAN总线在发送数据时不需要附带相应的单元地址 而接口操作与系统结构型式无关 4 CAN总线仲裁每个单元都会在总线空闲时 尽快发送它的最高优先级信息 如果几个单元同时向总线起动传输数据 会产生总线冲突 解决的方法是利用总线结构上的 线与 的裁决功能 其结果是让最高优先级的信息最优先存取 而且不会有时间或数据位的损失 在总线仲裁中失败的单元 会自动返回到等待状态 一旦总线空闲时再次重复发送传输请求 5 CAN总线的组成 CAN数据总线由一个控制器 一个收发器 两个数据传输终端以及两条数据传输线组成 除数据传输线外 其他元件都置于控制单元内部 控制单元功能不变 如图7 4所示 CAN控制器CAN控制器是用来接收控制单元中微电脑传来的数据 对这些数据进行处理并将其传往CAN收发器 同样 CAN控制器也接收由CAN收发器传来的数据 对这些数据进行处理并将其传往控制单元中的微电脑 CAN收发器CAN收发器将CAN控制器传来的数据转化为电信号并将其送入数据传输线 它也为CAN控制器接收和转发数据 数据传输终端数据传输终端是一个电阻器 其作用是防止数据在线端被反射 并以回声的形式返回 数据在线段被反射会影响数据的传输 数据传输线数据传输线是双向对数据进行传输的 两条传输线分别被称为CAN高线和CAN低线 为了防止外界电磁波的干扰和向外辐射 CAN总线将两条线缠绕在一起 双绞线 如图7 5所示 这两条线的电位相反 如果一条是5V 另一条就是0V 始终保持电压总和为一常数 图7 5CAN数据传输线 双绞线 6 CAN总线的传输原理和过程 图7 7数据的具体传输过程 1 提供数据2 发出数据3 接收数据4 检验数据5 认可数据 7 汽车网络可用的传输介质 1 双绞线 2 光纤 3 同轴电缆 4 无线电 1 双绞线 双绞线是由两根各自封装在彩色塑料套内的铜线扭绞而成的 如图7 10所示 扭绞在一起的目的是降低他们之间的干扰 双绞线分为屏蔽型 STP 和非屏蔽型 UTP 两类 STP是在UTP外面加上一层由金属丝纺织而成的屏蔽层构成的 以提高其抗电磁干扰的能力 因此STP抗外界干扰的性能优于UTP 但价格要比UTP贵 相互扭绞的一对双绞线可作为一条信息通路 图7 10双绞线a 结构示意图b 非屏蔽双绞线c 屏蔽双绞线 2 光纤 光纤是有线介质中性能最好的一类 它是一种直径为50 100um柔软的传导光波的介质 一般由玻璃纤维和塑料构成 在折射率较高的纤芯外面 再用折射率较低的包层包住 就构成了一条光波通道 再在包层外面加上一层保护套 就构成了一根单芯光缆 光纤传输数字信号是利用光脉冲的有无来代表1和0的 图7 12光纤a 单芯光缆结构示意图b 光纤 图7 13光纤传输系统 3 同轴电缆 电缆的中央是一条单根的铜导线 其外部被一层绝缘材料包围着 在这种绝缘介质的外部是一个网状金属屏蔽层 网状金属屏蔽层既可屏蔽噪声 也可做信号的地线 最外面一层是塑料封套 图7 14同轴电缆 4 无线电 短程无线通信标准 蓝牙技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范 它将取代目前多种电缆连接方式 以低成本的近距离无线连接为基础 使各种电子装置在无线状态下相互连接传递数据 应用蓝牙技术 可以通过嵌入在电子装置上的一个写有程序的微电子芯片 使所有相关设备在有效范围内完成相互交互信息 传递数据的工作 从而省去了那些将移动电话 个人信息处理系统及其他一些电子设备相互连接的电缆装置 7 2 3 LIN BUS介绍 LIN LocalInterconnectNetwork 是一种低成本的串行通信网络 适用于汽车中的分布式电子系统控制 LIN的目标是为现有汽车网络提供辅助功能 因此 LIN总线是一种辅助的串行通信总线网络 在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合 比如智能传感器和制动装置之间的通信 使用LIN总线可大大节省成本 1 主要特性2 通信原则3 应用场合 1 主要特性 1 低成本 基于通用UART接口 几乎所有微控制器都具备LIN必须的硬件 2 极少的信号线既可实现国际标准ISO9141规定 3 传输速度最高可达20kb s 4 采用单主机 多从机模式 无需总线仲裁机制 5 保证信号传输的延迟时间 6 不需要改变LIN从节点的硬件和软件就可以在网络上增加节点 7 通常一个LIN网络上节点的数目小于12个 共有64个标识符 2 通信原则 1 由主节点到一个或多个从节点 2 由一个从节点到主节点或其他的从节点 3 通信信号可以在从节点之间传播 而不经过主节点或通过主节点广播消息到网络中所有的从节点 3 应用场合 典型的LIN总线主要应用在汽车中的联合装配单元 如车