电气工程和车辆工程毕业论文答辩ppt...ppt

指导教师：XXX,论文题目：CAN总线在汽车控制上的应用和研究,答辩人：XXXX班级：XXXXX学号：XXXXXXX,XXXX2009级本科生学位论文答辩,汽车CAN总线研究的背景及意义,20世纪80年代以来，随着科技的不断提高，大量电气设备和新型电子通讯产品在汽车上不断的出现,从而使发动机控制,传动系统控制和车身系统控制形成一个复杂的汽车电子网络,因此对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。为了提高信号的利用率，不仅要求大批的数据信息能在不同的电子单元中共享，而且汽车控制系统中大量的控制信号也需要实时交换，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目急剧增加，虽然电控系统的增加提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了车辆的可靠性，增加了维修的难度，所以传统线束已远远不能满足这种需求，为此德国BOSCH公司开发了一种解决汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换的通信协议CAN总线,背景,意义,目前面对汽车上日益复杂的控制子系统的不同需要，国外许多汽车制造商倾向于采用多个协议子网混合使用的方案，即由各子系统决定自身采用哪一类总线，如有通信必要，各子系统总线之间再由网关互相连接以进行数据通讯。现在，典型的应用方案是车身舒适控制系统单元都连接到CAN总线上，并借助于LIN总线进行外围设备控制；而汽车高速控制系统单元如应用在发动机，变速箱,ABS，安全气囊，制动力分配等实时性要求特别强的控制模块，主要使用高速CAN总线进行连接，而车身控制模块领域主要运用低速CAN总线进行连接，但是迄今为止，还没有一个车载网络协议可以完全满足未来汽车所有成本和性能的要求。所以现在研究车载网络协议将是汽车电子技术发展的一个新的里程碑。,论文采用的方法及其达到的目的,利用单片机89C52和CAN控制器SJAl000、收发器PCA82C250，A/D转换器PCF8591，DS18B20温度传感器等元器件，设计开发车载CAN总线数据采集节点并与原车车身控制系统CAN总线网络匹配，完成车内温度和车内空气中酒精浓度分别对空调和点火开关的通断控制，以提高汽车的舒适性和行驶的安全性。,方法,目的,通过本论文的研究工作，对于我们理解车载CAN总线网络系统控制的结构与功能及其运作方法并设计车载CAN总线数据采集通讯单元节点，具有较强的指导意义：对于我们自主研发整车车载CAN总线网络系统具有一定的参考意义。,论文的结构和主要内容,第一章：绪论第二章：车载CAN总线网络系统分析第三章：车载CAN总线网络系统硬件的设计第四章：车载CAN总线网络系统软件的设计第五章：结论,一车载网络CAN总线的通讯方式,传统的通讯方式：,CAN总线通讯方式：,二车载网络CAN总线基本构成,由于汽车的很多部分都由独立的电子控制器进行控制,为了将整个汽车内各系统统一管理,实现数据共享和相互之间协同工作,利用总线进行数据传递是一个必然的趋势。目前汽车上的网络连接方式主要采用两条CAN,一条用于驱动系统的高速CAN,速率一般可达到500Kb/S,最高可达1000kb/S，另一条用于车身系统低速CAN,速率是100KB/S。,（1）驱动系统CAN总线,控制与汽车行驶直接相关的系统。主要连接3块电脑：发动机、ABS和自动变速器电脑。CAN总线可以同时传递10组数据(发动机电脑5组、ABS电脑3组自动变速器电脑2组)，该系统的数据总线以500Kbits速率传递数据，每组数据传递大约需要025ms，每一电控单元720ms发送一次数据。优先权顺序为：ABS电控单元、发动机电控单元、自动变速器电控单元。,(2)汽车车身舒适系统CAN总线主要连接五块控制单元，包括中央控制单元，4个车门控制单元。该系统主要提供：中央门锁、电动车窗，照明开关、电动后视镜、自诊断五个功能。由于采用CAN总线系统后，车门过线大量减少，线路简化，车身舒适系统的故障率下降，可靠性提高。车身舒适系统CAN数据总线以625kbs通讯速率传递数据时，每一组数据大约需要lms，而每个控制单元20ms发送一次数据。优先权顺序为：中央控制单元、左前门控单元、右前门控单元、左后门控单元、右后门控单元。各控制单元的传输线以星形汇聚于一点，这样一来，如果一个控制单元发生故障，其它控制单元仍可以继续发送各自的数据，而不影响整个舒适系统的正常工作。,三车载网络CAN总线的的功能,现在的车载CAN总线网络系统与以前的相比更为复杂，为了有效地进行车辆的负荷管理实现车内灯控制和燃油供给控制等功能，特意设计了一个控制功能独特且较为集中的车载网络控制单元J519，由于其承担了以前一直由单独继电器和控制单元所执行的功能，使车辆的整体性能大大提高。位于驾驶员侧仪表板后的车载网络控制单元J519的主要功能如下：,1.负荷管理：,在行驶中，大量舒适性装备和电热器，如座椅加热装置、后窗加热装置、外后视镜加热和电子辅助加热装置等，会引起发电机过载，进而导致蓄电池放电。这种现象尤其会出现在短途行车和冬季行驶时，以及时停时走和装备过多的车辆中。考虑到短时间用电器的电流需求，车载网络系统控制单元的负荷管理系统会定期监控蓄电池电压。如果识别到车载网络系统中电压不足，车载网络系统控制单元将会采取提高怠速，增加喷油量，关闭部分用电设备等措施，以保持行驶能力及车辆重新启动能力。如果电压降到12.2V以下，车载网络系统控制单元将控制用电器暂时停止工作；如果重新达到标准电压，车载网络系统控制单元会恢复元件工作。,2.燃油泵供给控制,打开驾驶员侧车门后，车门触点开关将信号发送到车载网络系统控制单元，接着车载网络系统控制单元控制燃油供给继电器，并使燃油泵运行大约2s。主要是为了建立起来燃油的压力，便于启动。打开点火开关或起动发动机后，燃油泵通过燃油泵继电器由发动机控制单元控制。在车载网络系统控制单元中有设置一个定时开关，在驾驶员侧车门短暂开启时，能够避免燃油泵持续运行。如果驾驶员侧车门开启超过30min，燃油泵重新受控。,3.车内灯控制,如果前部和后部车内灯开关都位于车门触点位置，在车辆停止而车门未关闭状态下，车载网络控制单元会控制车内灯点亮10min后自动关闭，这样可以避免蓄电池不必要的放电。在拔出点火钥匙时，30s后车内灯会自动接通；在打开点火开关时，车内灯会立即关闭。车内灯在撞车时会自动接通。车内灯控制的另一个作用是，在点火开关关闭约30min后，车载网络控制单元自动关闭由手动打开的灯，该功能同样有利于保持蓄电池电量。,四车载网络CAN总线的应用方案分析,由于使用CAN总线会使系统成本增加，在一些不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，可以使用LIN总线，如上图所示方案，因为LIN(LocalInterconnectNetwork)总线是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。它能为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。LIN的标准化将简化多种现存的多点解决方案，且将降低在汽车电子领域中的开发、生产、服务和后勤成本。典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如门、座椅、空调、照明灯等。对于成本比较敏感的单元，LIN可以使机械元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。,五.车载CAN总线网络系统设计,设计开发了一个CAN总线数据采集通讯节点，在不改变原车车载CAN总线网络系统与硬件结构的情况下进行了系统匹配，通过采集模拟量，实现车内温度、空气中酒精含量、对原车空调及其点火开关控制，提升其安全性与舒适性。,CAN总线数据采集通讯节点组成结构图,1.CAN总线数据采集通讯节点设计,从图中可以看出电路主要由四部分所构成：微控制器P89C52、独立CAN控制器SJAl000、CAN总线收发器PCA82C250和高速光电耦合器6N137。微处理器P89C52负责SJA1000的初始化，通过控制SJAl000实现数据的接收和发送等通讯任务。,(1)CAN通讯节点模块硬件电路原理图,(2)CAN总线数据通讯节点与单片机控制的连接,(3).数据采集模块电路设计,1）A/D转换PCF8591它是具有1个串行IC总线接口的8位A/D及D/A转换器，具有4路A/D输入，1路D/A输出，与单片机的连接如下图。,2）DS18B20温度传感器它是一种新型数字温度传感器，它体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线，能消除较强模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差等优点,在实际应用中取得了良好的测温效果。与单片机连接如图所示。,3）键盘模块按键是一种可以通断电路，并且向CPU发送控制状态信号的器件。但按键的机械弹性在按下与松开时有大约各10ms的抖动，而人按按键的速度不可能快到小于10ms一次，因此若要做一次按键处理则有必要对其进行消抖。它与单片机连接如图所示。,4）发送总图,5）接收总图,车载CAN总线网络系统软件的设计,(4)车载CAN总线网络系统软件的设计,1)CAN总线数据采集通讯节点总体软件功能流程图。,2)CAN通讯模块程序,CAN初始化子程序流程图,发送子程序流程图,接收子程序流程图,（5）CAN总线数据采集通讯节点的整体调试,1)模拟量信号采取车内温度测量的敏感元件选用温度传感器DS18B20，通过对其外围电阻的合理匹配，完成车内温度的测量。车内酒精含量测量的敏感元件选用气体传感器TGS202，当TGS202探测到空气中酒精时，传感器的内阻变小，输出电压迅速上升，通过对其外围电阻的合理匹配，将TGS202输出电压量送入A/DPCF8591，完成车内空气中酒精含量的测量。由于缺少TGS202元件，所以调试过程中空气质量信号暂由标准信号源提供O5v模拟信号替代。,调试,2)系统的调试,检查CAN总线数据采集通讯节点的电路，检查无误后，上电并运行。给CAN总线数据采集通讯节点的数据采集模块信号输入端提供车内空气中酒精含量、车内温度。当改变某个输入信号大小，使它达到程序设定的车内空气中酒精的含量、车内温度的约定参考值时，可以看到数码管在闪烁，这时CAN总线数据采集通讯节点的