汽车CAN总线技术研究精减答辩稿

汽车 CAN 总线技术研究摘要1 概论本文针对正在迅速发展之中的汽车 CAN 总线技术进行了研究，对包括 CAN 总线的汽车电控系统研发的步骤、方法以及规律性等进行探索。自行设计、研制了一个典型的能实际运行的 CAN 总线汽车电控系统，包括 CAN 总线、电控单元以及控制元件（电机）等。本典型汽车 CAN 总线通信网络在实验室阶段工作稳定，控制准确，数据传输可靠。证明用单片机 P89C668，CAN 控制器 SJA1000 和 CAN 驱动器TJA1050 构成的 CAN 节点具有足够的实时性，稳定性和抗干扰能力，完全满足车上网络应用的需求。针对实际应用，提出了一个在摩托车中应用 CAN 技术的解决方案，分析了方案的特点及工作原理，定义了摩托车 CAN 总线应用层协议。解决了摩托车如何在电子装置不断增加的情况下，减少线束，降低电路开发成本成的问题 为我校本科教学中开设相关实验进行了准备，提出了具体的设想与方案。2 典型 CAN 系统设计本 CAN 总线汽车电控系统由三个节点组成，并通过控制器局域网(CAN-bus)连接起来，形成一个基于 CAN 总线的通信网络。图 1 系统方框图第一个 CAN 节点(node_1)是由计算机构成的控制平台,通过 CAN 总线设定电机的运行参数,并实时显示反馈的电机运行情况。制作 CAN 到 LPT 的转接卡，实现 CAN 总线接入计算机，编写总线驱动程序和低层的接口函数库，完成控制平台的应用程序。第二个 CAN 节点(node_1)和第三个 CAN 节点(node_3) 分别由 89C51 系列的单片机构成，保持与 node_1 的通信,根据 node_1 的要求实时监控一个直流电机，并反馈电机的运行情况，单片机通过 CAN 控制器和 CAN 驱动器接入 CAN 总线。完成 CAN 节点接口的硬件设计，制作了 PCB 板，焊接并完成调试，为 CAN 控制器编写正确的初始化程序，数据发送子程序和数据接收子程序。MCUNode_2ID:0202PCNode_1ID:0101MCUNode_3ID:0303CAN 总线驱动程序接口函数控制平台驱动器传感器电机2驱动器传感器电机3CAN-PCI转接卡CAN控制器驱动器CAN控制器驱动器对小型直流电机的速度控制采用 PWM 调速,控制平台接收操作人员给出的 PWM 的占空比，然后把含有占空比的控制信息发送给指定的节点。节点 MCU 接收到控制信息后，首先分析该控制信息的性质，然后根据控制信息做出相应的操作。当接收到含有占空比的控制信息，MCU 就改变输出的 PWM 信号的占空比，该 PWM 信号经放大后用来驱动电机，达到调速的目的。对 PWM 调速进行研究，完成 PWM 控制的硬件电路设计，制作了 PCB 板，焊接并完成调试，编写 PWM 控制程序。速度的测量使用霍尔效应传感器。霍尔效应传感器感应的电机的转动产生脉冲信号，经放大后送 MCU 计数，MCU 计数一秒得到电机的转速, MCU 把数据打包上传到 CAN 总线。node_1 从总线上接收到数据，控制平台实时显示。对传感器数据采集进行分析研究，编写测速单片机程序。 完成 CAN 网络应用层理论分析,并制定相应的应用层。本汽车 CAN 总线系统主要实现了四个数据通道：node_2 测量电机 2 的实时速度上传到 node_1；node_1 对电机 2 控制指令下传到 node_2； node_3 测量电机 3 的实时速度上传到 node_1；node_1 对电机 3 控制指令下传到 node_3。四个通道都是建立在 CAN 总线上。程序设计方法，基于 MCU 的 CAN 节点的程序设计采用前/后台系统，模块化设计方法。每一个功能让一个子程序完成，所以功能通过子程序调用。设计软件 Keil C51，使用C 语言完成。基于 PC 的 CAN 节点程序设计成 Windows 程序。驱动程序和接口函数库的编写使用C+语言编写，其中接口函数库生成动态链接库，供编写的 Windows 应用程序调用。应用程序使用 MFC 编程生成 Windows 应用程序。对本汽车 CAN 总线系统进行性能检测，通过系统性能检测发现潜在的缺陷，掌握系统性能参数。其测试网络如图 2，左边是本汽车 CAN 总线系统，右边增加一个测试节点，该节点上运行 ZLGCANTest 软件，监视整个网络。图 2 系统检测图3 摩托车 CAN 总线解决方案探讨了摩托车上 CAN 节点的数量，位置，和功能，定义了摩托车 CAN 总线应用层协议。整个系统四个 CAN 节点组成，每个 CAN 节点控制摩托车上的一个区域，并通过控制器局域网(CAN-bus)连接起来，形成一个基于 CAN 总线的通信网络。摩托车上的四个区域是这样划分的：仪表板区域，车头区域，车尾区域，座下区域。四个 CAN 节点物理上是对等，通过一个 CAN 总线连接起来。仪表板节点在车头节点Node_1Node_2Node_3CAN-BUS测试节点的上面，它在四个节点中具有特殊性，因为它是整个系统的人机界面，要负责接收和发送指令，控制仪表，显示系统信息，所以把仪表板节点用作控制中心，尽量让所有的信息都由他来发布和接收，简化系统的通信结构，提高系统的稳定性和再扩展能力。图 3 摩托车节点安排车头节点负责控制大灯，前转向灯，启动锁，发声轮，已及额外的温度传感器，冷却风扇，电喇叭等。座下节点安排在摩托车的中部，用来管理发动机的一些传感器(如：油量传感器，发动机温度传感器，油压传感器)和电子挡的循环等。最后，车尾节点负责控制车尾灯，传感器，转向灯等。对摩托车 CAN 总线应用层协议进行定义。摩托车 CAN 总线屏蔽码都设定为0000FFFF，即把后两个字节屏蔽掉另做它用。前两个字节用于识别，用节点的节点号的重复作为识别可以大大提高系统的稳定性。倒数第二个字节用作发送节点的节点号。最后一个字节只有高五位有效，用作指令。这样，当一帧的标识符为 01010210 时，说明：该帧是由 2 号节点发给 1 号节点的，指令信息为 10。还对摩托车 CAN 总线的系统参数进行了设定。4 总结本课题主要对包括 CAN 总线的汽车电控系统研发的步骤、方法以及规律性等进行深入探索。研制了一个典型的三节点 CAN 总线汽车电控网络，并对其进行了性能实验。主要解决了以下几个问题： 1 CAN 通信网络的结构设计，节点的安排，主要参数的选择和汽车通信网络的应用层协议制定的方法和步骤。2 基于 MCU 的 CAN 节点接口硬件电路设计方法， CAN 控制器的初始化程序设计，报文发送子程序的设计和报文接收子程序的设计。3 基于 PC 的