《基于CAN总线技术的汽车电器实验台改造设计》13000字

页PAGE\*Arabic1CAN摘要随着现代汽车技术的不断发展,各种高新技术层出不穷，汽车上的各种电气设备越发复杂，这也就为学生学习汽车电器方面的知识增加了一定的困难，所以汽车电器实验台架便成为了学生们直观了解各种车身电器的一个很好的途径。本文便是基于CAN总线技术的对汽车电器实验台架的一次改进设计。本人论文研究的内容主要如下：首先，。其次，对实验台电路的一些电气元件的相关节点进行改进设计，并对其布线方式进行一定的改动，使其能够更加的简洁高效。然后，CAN目录摘要 3Abstract 4目录 5第一章绪论 6第二章汽车总线技术 72.1汽车总线技术的发展背景 72.2汽车总线中网络协议的分类 82.2.1LIN总线标准和TTP总线标准 82.2.2VAN协议 92.2.3CAN总线协议 92.2.4Flex-ray总线协议 10第三章总体设计方案 113.1全车实验台图及简图 113.2CAN总线系统拓扑结构的选取 123.3研究内容与相关工作 13第四章CAN总线技术 154.1can总线的一些基本概念 154.2CAN分层结构 17第五章车身电器系统的硬件设计 205.1控制系统整体网络结构设计 205.2通讯电路元器件选型及硬件电路连接图 215.2.1单片机AT89S52 215.2.2CAN控制器SJA1000 215.2.3通讯电路连接图 225.3上位机转换节点的接口电路 225.4开关控制节点的接口电路 235.5车灯控制节点的接口电路 245.6车门控制节点接口电路 24第六章汽车电器实验台架的故障设置 26总结 27参考文献 29第一章绪论因为目前现代车用电子技术、车载电脑控制系统，机电交融发展等一系列新技术在汽车领域的应用，导致现如今在各种汽车上使用的用于控制汽车电器的电子控制系统的技术发展发生了很大的变化。随着各式各样的国际尖端科技、优良产品的大范围使用，一方面使得人们对于汽车修理专用方法以及相关的操作流程有了一定的规范，然而另一方面，科技的不断进步，汽车上的零部件也越发复杂，线束逐渐增多，这也就使得对于汽车部件维修人员的专业知识以及操作熟练度有了更高的要求。所以，为了能够应对往后社会汽车修理复杂的情况，本着为国家培养优秀的汽车维修员，又或者是说，在大学里面设置一门课程，专门引导学生学习相关的汽车电器高新技术的相关内容。因此，便有人设计出了以汽车各种电器铺设在一块面板上，各种电器之间相互连接，成为一个完整的汽车电器连接网络。来供给学生学习相关的汽车电器的知识。这就是汽车电器实验台架。实际上，为了便于教学，往往这些汽车电器实验台架可能只有精简的相关重要部件或者是某一系统的电路总成。在设计之初，本着好观察的原则，所有的电器部件连同连接线路被拆分然后固定在一块操作面板上。而一些相关的电路系统，譬如电源集成电路、照明的集成电路、点火开关的集成电路等等一些集成的连接部件则被分区放置，各自形成一个独立的区块，但是彼此之间又按照在汽车上实际的连接方式通过汽车的电子控制系统的线路相互连接。这些线路连接着相关的汽车部件，所以这些部件就与汽车电器控制系统有了连接，就这样，汽车的整体控制网络就形成了。我们将汽车整体部件拆分放置并不是没有理由的。这样做的目的在于可以使学生能够更加清晰的看到整车的电器线路的连接方式，并直观的看到各个部件相互协调工作的整个过程和他们之间的连接关系。避免了学生在学习时只能通过书本上的静态图片以及抽象的文字来脑补自己所学的东西，不能充分的了解那些部件工作的原理以及他们的工作机制。所以，汽车电器实验台架的产生是必然的，也是必须的。

第二章汽车总线技术2.1汽车总线技术的发展背景在社会不间断的进步科学技术逐渐发展完全的今天，作为人们重要交通工具的汽车也在不断更新迭代，高新科技不断增加。随之而来的是汽车科技领域的能力不断增强，舒适度也不断提高。并且随着科技不断的发展，汽车智能化这一领域也发展得越来越完善，各种单片机或是电路元件不断地添加到车身上，各种传感器也越来越多，例如防抱死制动装置、自动感应行人的传感器、电子刹车助力、电控助力转向、电控燃油喷射装置等。但是随之而来的就是汽车内部线路的不断增多，各种各样的连接线束也越来越多，更为庞大，更为冗杂。所以到目前为止人们对汽车方面的研究也就有了一定的局限性，因为汽车本身所占用的空间不能过大，所以这对于人们来说就要求在现有的空间内尽可能的完成更多的功能需求。如果依旧按照以前的那种点对点的线路连接方法来连接各部件，即用开关来连接线再连接用电设备的方式的话，那么汽车上的电线数目将会成为一个庞大的数目，这将会极大的影响到汽车的性能，并且线路故障的几率也会极大，而且这对于维修人员来说无疑是困难的。因此CAN技术便应时代而生。目前,汽车的机械设备已经充分开发,但是在投资和进一步开发的成本方面存在局限性。汽车车身的电子控制系统在不断发展中得到完善,从而形成了用于汽车底盘和车身电器的多个模块化集中控制系统。如果在这些系统之间仍然使用传统的点对点布线,将不可避免地导致诸如庞大而复杂的线束以及难以维护的问题。汽车总线技术不仅能够满足汽车设备的连接需要,而且在技术上还具备很强的可扩充性,并且在发展中具备了广泛的发展和应用前景。随着CAN总线技术在世界上的迅速而广泛的传播，越来越多的国内制造商开始学习该技术,并找到将这种技术应用于自己的模型的方法。但是,由于该技术本身是国外研究开发的,因此我国的汽车经销商自身也存在一些弊端,与国外的汽车经销商相比,我国对CAN总线技术的使用仍然相对落后。因此,为了缩小与国外的差距并切断国外在这方面的垄断,我国研究CAN技术并发展自己的汽车客车网络是必要和必然的。2.2汽车总线中网络协议的分类在早期，各种汽车厂商都有着自己各种各样的汽车电子控制系统，由于各厂商自家的各种汽车对于汽车通讯的要求不同，发展出了各式各样的车用网络。但是市场是需要统一的，杂论无章是不行的。于是在1980年代开始，各种汽车商们针对自家车型的需要开发出了许多种类的总线的网络协议。在20世纪90年代，美国的汽车工程师协会根据汽车信号传输速率的变化的不同将汽车的控制类型局域网划分为了ABC三个种类，并且还独立保留了一个D类标准。表1-1汽车网络的分类网络分类位传输速率应用场合A类1~10kbit/s运用于数据之间传输量小的场合，如仪表盘仪器灯、电动车窗、汽车内部照明等。B类10~125kbit/s应用于实时控制场合，例如电子车辆控制中心，故障诊断等C类125kbit/s~1Mbit/s应用于更严格控制场合和多媒体控制信号,例如动力传动系统的控制等一些场合D类1~10Mbit/s应用于更严格的控制部件传输信号和一些多媒体控制信号，如汽车导航、影音系统等2.2.1LIN总线标准和TTP总线标准在汽车的控制局域网中，存在着的第一类总线标准有LIN标准和TTP标准两种类型。其中LIN总线标准是LocalInterconnectNet-work的首字母缩写，是在宝马，奥迪和一些其他的各种汽车公司以及一些电子部件制造商的见证合作之下推出的一种作用于汽车分布式电子控制系统的开放式的一种低成本的总线系统。自从这个系统在03年开始投入使用之后，经过十多年的成长，该总线系统已经成为了在全世界范围内应用最为广泛的总线系统之一。实际上，LIN能够在这么短的时间里面成为一个应用广泛的总线标准，主要是因为它是对现有的汽车can网络的一个进一步的补充，在现有的汽车系统之中，LIN总线标准可以有效的减少汽车线束的数量，起到降低成本的作用，可以说LIN系统就是为了生产更便宜的汽车而设计出来的总线系统2.2.2VAN协议1994年6月，国际标准化组织（ISO）在原始标准协议的基础上开发并发布了VAN（AreaNetwork（车辆局域网））标准协议。该标准由法国的一家汽车公司和标致汽车公司共同开发。VAN协议不仅仅是车辆使用领域，在其他一些需要网络标准协议的地方也得到了很广泛的运用，另外VAN协议是免费提供给大家使用的。下面则是VAN协议的一些特点：1具有很好的兼容性，可以适用网络类型。2使用广播和点对点通信3站点数目多。并不只是只有一个主站，而是拥有复数个主站，或是主从站混合结构。也就是说它具有自动备份的功能，当系统出现问题的时候，他会在系统崩坏之前自动上传备份，并且对于故障部位的标识符也会在一并之间传递到上层结构。4系统传输数据所用的到现有两根，其中一根用来传输数据，另外一根则是在系统传输数据的时候，对传输的数据进行备份传输。5该协议有一个特点，那就是他是可以进行仿真模拟的，可以模拟不同故障情况的影响。6，此协议对于通信时所用的数据传输介质也没有太多的限制，他可以在红外线、光纤等多种介质中进行数据传输。2.2.3CAN总线协议Bosch（博世）公司在20世纪80年代初期设计并推出了网络控制器中的局域网协议（can）。该通信协议的技术发展是为了让现如今的各种汽车的车载电器的电控处理单元和仪器之间的无线数据传输能够安全正常传输的纯无线数据通信协议。随着不断地使用和发展，该总线协议已经成为世界范围内使用最为广泛的总线协议之一，并已经成为一项国际化的标准。can总线的通信接口将具有can总线协议的物理层和通信网络的整个数据链物理层完美的相互集成连接到了一起，这是使用can协议的最大主要特点。can总线系统采用的技术是一种完全集成自动化的多线程主控(multi-master)式的总线管理系统。传统的汽车商的数字总线传输系统,例如使用usb或是以太网等都主要是在各种控制器和处理单元的协同控制作用下,完成了从一个上位A节点到下位B节点的数据的传输。CAN网络的视频通讯的特点就是基于广播式的通讯方式，就是在相同空间时刻内该网络上所有的消息节点被实时检测和收到的消息数据都必须是一致的,它就是采用了一种基于广播消息总线广播网络模型的视频串行总线通讯消息总线。所以相对来说更加的迅捷、高效。2.2.4Flex-ray总线协议在1999年，在汽车硬件部件不断发展的时代，汽车上所使用的那种旧的通讯方式已经相对落后。以往的那种点对点的通讯方式已不能高效的完成车内电控元件之间的通讯要求。于是，在来年，宝马公司就联合戴姆勒-克莱勒斯以及一些其他公司成立了一个全球化联盟，这个联盟就是Flexray联盟。该联盟的目标之一就是研制出一种完全独立、具有确定性和不易容错的完整的全世界通用的通信标准,另外该联盟在研发出了flexray通信网络之后，并没有收费，而是对联盟内的所有成员公开免费供其使用，不用支付任何费用。该FlexRay协议在经过大约十年的不断更新，最终在2010年间确定了该协议的最终标准规范。最终逐渐发展并成为iso系统的标准协议。Flexray系统是专门针对车内应用局域网而量身设计的一种同时具备网络故障容错的高速、可靠和确定性的车载信息总线处理系统,它不仅采用了基于小波长时间中断触发的容错机制且同样同时具有车载传感器的高数据带宽、容错性好等技术特征,在其网络实时性、可靠度及网络操作者的灵活性等各个方面均同样具有很强的网络技术应用优势,非常好的适合于对网络安全性技术要求比较高的无线应用电缆网络场合和对网络带宽要求需要相比去高的工业应用网络场合

第三章总体设计方案3.1全车实验台图及简图所选用的汽车电器实验台架为帕萨特B5的整车电器装置，如3-1所示。图3-1帕萨特全车电器实验台该汽车电器实验台架的部件由几部分组成,包括全车灯光的元件、全车的汽车外以及汽车内部信号的控制单元、全车的门窗以及汽车的后视镜等部分。、电启动组件、以及雨刮器组件。课堂中学生可以通过故障模拟来判断车辆故障部位以及故障原因。部件位置简图如3-2所示。

3-2，全车电器部件位置简图3.2CAN总线系统拓扑结构的选取一般来说。常规使用的总线网络的拓扑结构有以下几种。总线拓扑简而言之，总线拓扑就是一个总的网络线路、若干通讯节点组成。总的通讯网络通过一根线路来连接和控制下属节点，那个总的单根线路被称为总线，应为总线是一种通讯线路，所以所有的下属节点都可以喝总线拥有同样的带宽。另外由于线路是互通的，当节点之间相互发送信息的时候，所有的节点都可以通过总线的连接来接收到这条信息，只有当接受信息的节点接收到信息之后，这种信息互通的现象才会结束环形结构和总线拓扑不同的是，环形结构没有一条总的线路，而是每一个节点都和他相邻的两个网络节点之间相互连接来进行数据传输，最后所有的节点连接在一起，形成一个环形结构，这就是CAN总线的环形结构。环形线路中的每一个节点都拥有一个能够进行信号发射的数据中继器，数据中继器将数据通过节点朝着一个方向传递出去，形成环形的数据传输回路。这就是节点之间相互传递数据的方式。星形拓扑在该拓扑结构之中，总线网络中的所有的节点之间并没有相互连接，而是将数据通过一条线路传递个一个如同中央服务器的设备，然后这个设备再将节点传输的数据进行分析整理，然后通过哪些线路传递到数据的目标节点。网状拓扑网状拓扑，顾名思义就是形容节点之间的连接状况如同网一样。而事实也确实如此。在网状结构中，所有节点两两之间相互连接，形成一个复杂的网状结构。所有的节点之间传输数据都是一一对应的，不存在中间过程，所以可想而知，当网络中的某一节点出现故障无法用来传输数据时，那么将会很方便的修改其中的数据的传输路径。因此，在安全性方面，网状拓扑结构是最优的一种拓扑结构。对于本次实验来说，此种拓扑结构的搭建是最为容易的，并且搭建的使用费用低，而且总线结构扩充节点也相对容易一点，只需要在总线路之下加装所需要的节点就好。而且相比于其他几种结构来说，总线结构总体性能也并不差，可以在通讯使用的时候达到较高的实时性和容错率。所以综合考虑集中拓扑类型的特点，最终我决定选用总线拓扑结构来组建整车的电器CAN网络。3.3研究内容与相关工作CAN网络是世界上广泛使用并且具有较高可靠性的网络协议，在全世界范围内的汽车制造商们口中都得到了一致好评。但是由于一些原因，我国对于CAN网络协议的研究在最近几年才开始起步，在汽车领域的研究更不用说了，相较于其他的一些国家一直处于落后阶段。所以现阶段国内的汽车制造商的车内电器所使用的汽车总线系统基本上靠进口。本文主要是对基于CAN总线技术的汽车电器实验台架进行改进和更新优化。主要是为了汽车电器实验台架各种类型的一些落后的部件进行优化升级，并把汽车实验台架上的汽车电器之间的那种以往的连接方式更改为基于CAN总线技术的连接方式。另外我还对汽车电器的各种借口的电路部分进行了优化设计，完成了对实验台架的一次完整的革新。同时也为学生学习各种汽车电器和其网络通信系统提供了方便。通过对基于CAN总线技术的汽车电器实验台架进行改进设计，此次论文的研究点主要有以下几个部分：对车辆各电器控制节点按照所能够实现的功能进行分类。对CAN总线技术的有关概念进行讲解。对车身的电气系统的硬件部分进行重新的改造设计。本实验台将汽车演示用电器分为了四种类型，包括上位机转换节点、开关控制节点、车灯控制节点、车门控制节点4类模拟实验台实验当汽车电器实验台安装完成之后，在模拟台上面对该试验台的各项功能进行测试，另外，对试验台的软件部分进行改写并导入。然后在软件导入完成之后，对软件进行测试。在此基础上，对试验台的故障设置部分的功能进行测试并改进。保证在正常教学过程中不会出现系统故障和部件损坏。第四章CAN总线技术4.1can总线的一些基本概念CAN总线通讯协议，就是controllerareanetwork的英文缩写，意思是控制器局域网络，是一种符合国际通用化协议的一种总线协议。在世界上几乎所有的国家的汽车制造商们都会用到的一种通讯协议。在国家大力提倡发展汽车技术的时代，人们出于对提高乘用汽车驾驶的安全性、舒适度、方便性、低环境污染和无公害、低成本等各种较高技术的需求，发展并设计除了各种适用于发展汽车技术的电控系统。但是由于当时的汽车通讯市场并没有形成完整规范的规章制度和基本条例，所以可想而知，由于各个汽车厂商之间并没有统一的数据传输方法，并且数据的类型也各不相同，因此在那时一辆汽车上的各个电子元器件之间相互传输信息所使用的线束最终不断增多，这最终成为了限制汽车科技技术进步的一块顽石。后来，为了适应“减少线束，通过多个LAN来传输大量数据”的号召，在20世纪80年代德国电气元件公司bosch（博世）自主开发研制了现如今应用最为广泛的CAN通信协议，并将其推向世界。后来，经过一次次的标准化，现如今已经在欧洲范围内成为汽车通用的标准协议，并有发展为全世界标准协议的趋势。而且不仅仅是在汽车领域，在其他诸如船舶、工业设备自动化、医学精密仪器等领域，CAN的高效性和稳定容错率低的特性已经得到了广泛的认同。在近些年来，总线领域内发展最为受到关注之一的就是现场总线技术，主要是由于现场总线具有可靠简单、经济适用等一些有点，所以现场总线技术在一些领域内很受到欢迎，另外，这种能够进行分布式控制的总线控制系统提供了极为有利的基础技术支持。CAN总线是一种实时的数据通信协议，它具有很高的安全防护登记，能够很好地保护数据不泄露。另外，CAN总线能够实时的完成对数据的处理和传输主要是因为将CAN通讯协议的物理层和数据链路层完美的集成到了CAN总线的通信接口中，这样总线系统对数据能够直接实时的进行监测。CAN总线的最为突出的一个特点就是对通信数据块的处理，不再是以前那种传统通信站点的点对点通信方式，而是分布式控制。以下部分是该网络总线系统的相关概念：1）报文格式：在标准协议中，用户可以在总线网络中发布报文信息，不受其他限制，但是在报文的长度方面有一些要求，在报文起始位置的称为起始帧，然后接着是标准格式下的11位标识符，然后最后在报文的尾部有帧结束标出结束。然后当总线处于空闲状态时，所有的连接节点都可以是由总线的数据线路来发送报文而不会被阻止2）信息路由：在CAN总线系统中，独立运行的系统节点只获取与之工作有关的信息，对于系统结构的任何信息，它是不获取的。其中包括：系统灵活性—节点在被动的接受到总线网络中时，不会改变任何的系统运行部件的工作情况。成组—在所有的节点工作时，任何发送到系统中的报文，都可以被报文接收到。数据相容性—在该总线网络中，报文的接受是可以被检测到的，我们可以确定报文是否被同时接收或没有接收，这主要是基于系统的成组的特点和其独有的出错处理完成的。3）位速率：在不同的汽车通讯系统之中，总线系统中的数据传输速率可以是不一样的，但是在一个固定的系统当中，所有数据传输的速率是统一，且固定不变的。4）优先权：在总线系统中，某一特定的识别符可以指定其中的某一报文的优先级。5）远程数据请求：在网络中需要数据传输的节点，需要通过向另外一个节点请求传输数据帧到自己节点这样的方式来传输数据，然后该网络数据传输相应的数据帧和相应的远程帧是由相同的识别码命名的。6）多个网络总线连接分站:因为每一个网络总线都可能是全部总线开放的,所以每一个网络单元都可能是用户可以从一个网络上直接开始总线进行直接发送一个报文,但是如果总线的最大访问权被那些发送到一个网络上并且具有最大流量优先权，发送报文的那个网络单元就不可能直接传输数据。7）仲裁：因此,当总线网络中某一条线路未被使用时,任何一个报文单元都可能是同时可以从另外两个单元来发送报文，但是当有两个及以上单位对同一条数据总线发送进行报文发送时，在总线中就会出现数据传输的优先级问题，以及访问时间冲突的现象。为了解决这个问题，便在总线网络中设计了仲裁机制。仲裁机制主要是通过逐位阅读的方法来对数据传输单位的优先级问题，或者说利用标志符号如ids等方法来加以解决。例如若是有两个含有相同主机标识符的两个数据帧，其中一个是主机数据帧，另外一个是远程数据帧，前者的优先级是要高于后者的，相同时这个控制单元就这样可以通过更换电路板来继续进行发送。这就是由于仲裁机制发生作用的原因。8）安全性：在总线网络中的每一个节点，都应当具有完备的安全措施。对错误数据的检测，以及对节点自身来说尤为重要的自检过程，这些过程是必不可缺的。这样做的目的有三点：第一点，可以在发生故障的时候快速而准确地找到故障发生的位置。第二点，这样可以大大的提高数据传输过程中数据的准确性与完整性。第三点，这样也可以避免病毒的入侵。9）总线节点系统中的逻辑数值表示可以用公式来写：总线的某一个节点可以显示显性和隐形电平两种电平互补，在不发送显性或是隐形电平之间的情况时，总线网络上面每一个电平信号均为显性位。因此，在某一种情况下，总线网络使用“线与”操作方式时，我们可以通俗的用逻辑“0”来表示显性位，那么逻辑“1”则同时表示隐形位。10）出错的节点标注及报文恢复使用期限:已经安装损坏的所有报文均由系统校正后自动找出错误的报文节点，并进行恢复标记。该报文将被自动遗漏并且可能会被自动再次重新进行报文修改。如果旧的检出信息无新的检测错误,从旧的检测信息到新的下一次恢复报文系统启动之前就会开始再次恢复发送的错误恢复信息时间最多周期应该可以是29位。11）连接：CAN串行总线通信的数据传输线路就像是公用电话线一样，理论上人们可以无限制的往线路上面加装负载单元，只要那条“电话线”足够长，那么加装的“用户”就是无限的。但是实际上，CAN串行通信的数据链路在很大程度上受限于延时的时间分配和连接总线中所有家用电器设备的巨大负载的影响，而并不是“无限”的。就像那条“电话线”一样，理论上无限长，但是实际上是有限长的。12）故障限制：对于网络节点来说，判断发生的故障是永久性的故障还是临时性的故障是简单而高效的，在识别到故障之后，不管该故障为永久性还是临时性，故障节点均会被关闭。13）应答：对于接收器来说，检查发送的报文的连贯性是必须做的工作，对于连贯的报文，接收器接受并应答，对于不连贯的报文，接收器将对其做出标志。4.2CAN分层结构CAN总线的技术协议规范的创建对于整个CAN总线来说作用很大，为了完成在CAN元器件之间能够达成相容性的可能，并且使得设计更加的公开透明。根据CAN遵循的OSI标准模型建立的要求，技术人员将CAN的结构类型分为了数据链路层和物理层两层。然后再细分的话，这两项，按照IEEE802.2和802.3标准协议内容的要求，数据链路层又划分为：逻辑链路控制(LLC-LogicLinkControl)和媒体访问控制(MAC-MediumAccessControl)两种控制类型。而CAN类型中的物理层则是划分出了物理信令(PLS-PhysicalSignalling)、物理媒体附属装置(PMA-PhysicalMediumAttachment)、媒体相关接口数据接口子物理层(MediumDependentInterface)三大类。在基于CAN网络技术应用的统一版本之中,数据连接链路层的基于逻辑数据链接线路子级分层又被明确地将其描述而成为"目标层";基于媒体服务存取与数据访问功能管理控制子层的媒体服务与传送功能也被简单地将其描述而变成"传送层"。can的应用分层软件架构及其基本功能和架框图结构如下文的表2-1所示。图2-1CAN的分层结构物理层物理层是一条直接的电路，在发动机ECU和数据总线之间相互连接，做到数据的直接真实的传输。该层级的知足要作用就是实现ECU和数据总线之间相互连接，与通信信道上的原始比特率有关，主要作用是使二进制信号能够在物理数据链路上安全传递，而物理层的主要功能就是用来进行信号的编译与解码、同步定位、二进制数据的接受与发送。为了保证数据传输的安全性，物理层链路还可以对传输来的数据进行校验，找出错误的部分。另外CAN物理链路的数据传输介质的要求也不是那么严格，诸如光纤、双绞线等均可以用来传输数据而现如今市面上大多时候使用双绞线。数据链路层在数据链路的局域网之中，往往会出现多个设备同时使用一个信道的数据的问题，为了对使用同一数据的多个用户进行次序排队，决定谁可以先用，谁在后面用的问题，产生了一个控制方法，那就是介质访问控制权。所以，数据链路层又可以分为介质访问控制子层和逻辑链路控制子层两个层级。1）介质访问控制子层该下属层级的基本功能就是利用车载网络的传输来传递链路中打的介质信息制定的规则，简而言之就是在介质访问时，对进行访问的控制帧的基本结构、故障标识、诊断信息和帧编码等信息进行界定与管理。这个技术层级即为CAN协议的其中一个技术核心。该技术层次与一个子层11c相互连接，该技术层级可以将接受到的所有的报文都分享发送给其连接子层11c，同时该技术层级还可以共享到其连接子层的所有报文信息。介质访问控制子层的主要作用就是对系统发送的报文的仲裁数据、应答、错误的状态监测、以及报文发生错误时得日期界定等进行处理。2）逻辑链路控制子层逻辑链路控制子层产生的报文的主要功用就是接受系统发送的滤波、对数据传输通道过载进行通知警告和恢复系统管理三个作用。该控制子层的作用范围如下：①提供多种手段来完成数据传输的过载警告服务以及对数据传输过载及时恢复童工相应的解决方案。②对当前控制子层传输的数据进行确定。③在进行远程数据传输时，对其传输过程中的请求进行控制。

第五章车身电器系统的硬件设计5.1控制系统整体网络结构设计在对台架上的电器进行设计改进的时候，我们作为设计者第一点要为用户考虑的就是实用性，另外在此基础上，按照常规以往汽车硬件部件设计的习惯，我们在设计时，应当在保证功能完善的情况下尽可能的减少材料的损耗，而且还得保证部件的可更换性以及更换时的方便程度。所以在了解了以上的相关要求之后，按照最简洁的线路要求，基于CAN总线技术，我根据控制系统的节点分类，将车身电器系统按照节点分类分为了上位机转换节点、开关控制节点、车灯控制节点、车门控制节点四大类。各种类型的节点所包含的设备以及需要相应做出的工作有以下部分：1）上位机转换节点：顾名思义，该类节点的功用就是按照转化规则将CAN协议产生的协议信号转化为数据信号输出给其他节点，使其做出相应的动作。2）开关控制节点：譬如汽车各种开关的控制，车窗玻璃的上下升降等等物理开关控制的动作，都需要进行“开”和“关”的信号输入，所以，开关控制节点的作用就是通过汽车控制部件中的某一类型的单片机将人工手动“开”“关”的物理动作转化为能够在CAN控制网络中进行识别的数据信号。3）车灯控制节点：主要作用就是利用各种传感器传输数据到CAN总线来实时监测汽车上的各种车灯的工作状况以及是否存在故障情况。该节点主要能够控制的就是远近光灯、雾灯、倒车灯、车内照明灯、转向警示灯等各种灯具。4）车门控制节点：控制车门的开和关的数据输入以及车门上玻璃升降的电机的输出与否。节点的分类及功能图5.2通讯电路元器件选型及硬件电路连接图按照各种节点功能和特点的不同，我们将会选取最为合适的通讯电路元器件，在保证通讯线路完整，故障率小于设定值的情况下，尽可能的选取价格低廉的元器件。所以，经过多次试验求证，我们最终选取了最为合适的硬件通讯电路的电子元器件。包括单片机AT89S52、CAN控制器SJA1000、以及CAN收发器PCA82C250这三个电子元器件。在选定元器件并进行安装调试完成之后，该CAN网络中的所有节点在进行设计的时候，其硬件设计均为这一套组合，不用更改。采用这一套组合的时候，为了提高系统在应对总线信号输入时的应对速度问题，所以我们这次选用的单片机和与其配套的CAN控制器都有其特殊的点。他们的所使用的的晶振均为独立晶振，而不是非独立的。其中单片机所选用的晶振频率为12mhz,而CAN控制器SJA1000所选用的晶振频率则是比单片机的频率高4mhz，为16mhz。这样做的目的是很高明的。当总线系统传输的数据传输到这个位置时，由于CAN控制器的晶振频率要比单片机的频率高那么一点，所以相对应的，CAN控制器处理数据的速度是要比单片机AT89S52要快一些的，那么，当数据在线路中传输的时候，在到达单片机处理之前，数据便可以暂存于CAN控制器的“缓冲区”之中。5.2.1单片机AT89S52单片机AT89S52是一个微型，低成本的单片机。采用八位控制器，片内ROM全部使用FlashROM技术，和人工工业标准产品80C51的数据指令和引脚完全兼容。另外人们可以在系统内手动岁程序存储器进行编译，这对于常规编程器来说也是适用的。该单片机所拥有的的功能有：40个引脚，8k字节的Flash,256字节的RAM,32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器／计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。5.2.2CAN控制器SJA1000CAN控制器SJA1000主要是通过线路中的并行总线和处理器MCU之间实现相互连接的，在这两个元器件之间，并不只是物理层面上的用胶水相互连接，而是在数据层面通过数据的传输、地址的输入、读写反馈等多条线路进行相互连接。但是正是由于在CAN控制器与MCU之间的连接线路过多，所以往往在进行安装的时候，人们往往很难确定CAN控制器和MCU之间是否已经正确连接。所以，为了确定安装是否正确，CAN控制器SJA1000推出了一个测试寄存器来对连接情况进行确认，测试寄存器将数据不断写入和读取，若写入和读取时的数据一致，则可以证明连接正确。5.2.3通讯电路连接图，在两，他的作用就是用来在单片机完成通电操作之后，CAN控制器能够直接复位。通讯电路线路连接图5.3上位机转换节点的接口电路为了完成功能的需求，将系统传输来的数据经过转化，转化为能够符合标准电平协议的数据来使用，是所有的上机位转化节点的主要的功能。而转化过程主要是由于单片机在表述电平“0”和“1”的时候往往用特定的电压来表示，诸如用“5V”表示电平“1”和用“0V”表示电平“0”这样的。而按照电平标准协议的规定，电平“0”和电平“1”所选用的电压却是一段范围内的电压，所以又需要另外一个新的元器件MAX232来完成电平转化，得以实现其功能。下图为MAX232连接图。MAX232连接图5.4开关控制节点的接口电路在汽车这些众多的电路系统中存在着各式各样的“开关”，在这些节点中，主要是接口开关点的工作来实现这些开和关的功能的。该电路系统的主要作用就是将人们手动的开和关这两种状态，转变为计算机能够识别的数字模拟信号，又或者是直接将其转化为系统中的单片机能够识别的单一数字信号。而且他也可以直接实现不同系统电源之