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1、汽车控制系统的的CAN总线线应用摘要现代汽车上安装装和使用了越越来越多的电电子控制单元元(ECU),大大提高高了汽车的动动力性、经济济性、舒适性性和操作的方方便性,但随随之增加的复复杂电路使车车内线束增多多、空间紧张张、布线复杂杂,导致车身身重量明显增增加,降低了了车辆的可靠靠性,增加了了维修难度。另另外,各电控控单元之间也也需要传递大大量的信息,有些信息是是多个电控单单元共享的,传统的点对对点的接线和和布线方式不不能实现信息息共享。由于于现代汽车的的电子控制器器及仪表的数数量越来越多多,因此现代代汽车一般采采用CAN总总线系统,将将整个汽车控控制系统联系系起来统一管管理,实现数数据共享和相相
2、互之间协同同工作。把CAN总线技技术应用于汽汽车的电气控控制就可以解解决这些问题题,也是目前前国内外汽车车制造商大力力开发和正在在使用的新技技术。CANN已被广泛应应用到各个自自动化控制系系统中,从高高速的网络到到低价位的多多路接线都可可以使用CAAN.例如,在汽车电子子、自动控制制、智能大厦厦、电力系统统和安防监控控等领域,CAN都具具有不可比拟拟的优越性。现代汽车的结构复杂,传感器遍布全车,其类型多种多样,这使得数据变得复杂,大小不尽相同,因此速率也不相同,另外车身系统也需要获得驱动系统的信息,以供维修人员或者驾驶者参考。因此有必要设计一个高效、可靠的网关与数据处理系统。1.汽车CANN总
3、线系统.CAN的全称是是:Conttrolleer Areea Nettwork,即区域网络络控制器。CCAN总线中中数据在串联联总线上可以以一个接一个个地传送,所所有参加CAAN总线的分分系统都可以以通过其控制制单元上的CCAN总线接接口进行数据据的发送和接接收。CANN总线是一个个多路传输系系统,当某一一单元出现故故障时不会影影响其他单元元的工作,汽汽车CAN总总线对不同数数据的传输速速率是不一样样的,对发动动机电控系统统和ABS等等实时控制用用数据实施的的是高速传输输,速率为00.125MM波特率11M波特率;对车身调节节系统(如空空调)的数据据实施的是低低速传输,传传输速率在11012
4、55K波特率;其他如多媒媒体系统和诊诊断系统则为为中速传输,速率在前两两者之间,这这样的区分提提高了总线的的传输效率。图图1为某种客客车的CANN总线系统结结构图。图1 一种种客车的CAAN总线系统统结构车身系统CANN总线的主要要连接对象为为:中控、门门控制器及其其他一些组件件。车身系统统的控制对象象主要是4个个门上的集控控锁、车窗、行行李箱锁、后后视镜及车内内顶灯。在具具备遥控功能能的情况下,还包括对遥遥控信号的接接收处理和其其他防盗系统统的控制等等等。现代汽车车中所使用的的电子通讯系系统越来越多多,如汽车自自动诊断系统统、自动巡航航系统(ACCC)和车载载多媒体系统统等。系统和和汽车故障
5、诊诊断系统之间间均需要进行行数据交换。2.汽车车身整整体控制系统设计计.整个系统主要由由车内仪表、照照明及信号灯灯组、自动车车窗电控节点点组成。本系系统网络中包包含1个车内内仪表板、44组照明、信信号灯组和44个车门,共共9个节点。其其中,照明、信信号灯组中包包括远光灯、近近光灯、转向向灯、雾灯、刹刹车灯,且不不同灯的安装装位置不尽相相同,如图22所示。中央央控制单元安安装在汽车仪仪表板上,接接收司机的操操作指令,其其余4个节点点则分别安装装在车头、尾尾部的左侧和和右侧,与不不同车灯相连连,控制车灯灯状态。图2 车灯灯总线控制结结构图门控单元不但通通过CAN总总线接收中央央控制单元指指令,还接
6、收收车门上的开开关信号输入入,根据指令令和开关信号号,门控单元元做出相应的的动作,然后后把执行结果果发往中央控控制单元,门门控单元功能能如图3所示示。将所有节节点连接起来来,组成一个个汽车内部控控制网络。由由于每个CAAN节点与网网络连接只用用两根线CAANH线和CCANL线,从而大大减减少了线束的的使用量。中中央控制节点点和其它节点点之间通过CCAN收发器器及CAN控控制器相连,单个节点包包括一个单片片机控制器、一一个CAN收收发器和一个个CAN控制制器。中央控控制节点接收收各节点发送送的现场数据据,经过综合合计算、判断断做出相应的的控制命令,这些命令将将通过CANN总线传送至至各节点,各各
7、节点由单片片机作为控制制器,它用于于采集现场的的各项参数,并执行中央央控制节点发发送的各项命命令,这些命命令将最终传传送至各执行行机构,如车车门电机、车车灯、车窗继继电器等。图3 门控控单元功能图图3.汽车检测线线控制系统的的设计.国内的汽车检测测线大多采用用2级分布式式计算机控制制方式, 其其系统结构如如图4所示。第第1级为工位位控制级,由由分布在各工工位上的工位位机完成测控控工作,主要要担负检测设设备运行控制制、数据采集集和通信等任任务。第2级级为监督管理理级,由主控控机完成测控控工作,具有有安排检测程程序、担负全全线调度、综综合判定检测测结果、存储储并集中打印印检测结果报报告单和管理理数
8、据库等功功能。主控机CAN收发器侧滑检测制动检测声级检测灯光检测速度检测排放检测轴重检测CAN卡CAN收发器CAN收发器ARM微控制器ARM微控制器ARM微控制器CAN总线图4 CCAN总线计计算机控制系系统结构4.CAN总线线计算机控制制系统本文设计了基于于CAN总线线,以嵌入式式系统为工位位机的汽车检检测线计算机机控制系统,其系统结构构如图所示。该该系统以CAAN总线技术术为核心,采用总线型型网络拓扑结结构。3个工工位由ARMM微控制器组组成的嵌入式式系统代替工工业控制计算算机连接到CCAN总线上上,主控机和登登录机采用普普通计算机,它们通过CCAN卡与33个CAN总总线工位节点点进行信息
9、交交换。CANN总线工位节节点把采集到到的现场信号号经过调理变变换后,送到ARMM微控制器中中,最后变成数数字信号。数数字信号经AARM微控制制器中的CAAN控制器处处理后,由CAN收收发器通过总总线与主控机机进行CANN协议的数据据交换。主控控机对传感器器检测到的现现场信号进一一步分析、处处理和存储,完成了系统统的在线检测测和计算机控控制。本设计有如下特特点:1.采采用基于322位高性能AARM微控制制器的嵌入式式系统作为工工位机,代替替传统的工业业控制计算机机。以ARMM为核心的嵌嵌入式系统具具有体积小、功功耗低及程序序固化在闪存存芯片上等特特点,可有效效节约系统成成本,简化系系统安装及调
10、调试,增加系系统稳定性和和可靠性。22.采用CAAN总线代替替以太网来完完成各工位机机之间的通信信。以太网节节点的硬件成成本、软件开开发费用很高高。而CANN总线使用普普通双绞线作作为传输介质质, 采用总总线型网络拓拓扑结构、基基于优先权的的仲裁方式,由CAN控控制器实现硬硬件纠错,利利用CAN构构成检测通信信网络,不仅仅组网自由、扩扩展性强及实实时性好,还还具有自诊断断和监控能力力。因此使用用CAN总线线替代以太网网应用于汽车车检测线可以以提高系统的的可靠性、稳稳定性,降低低系统开发及及后期维护的的成本。3.采用隔离CCAN收发器器代在以往的的设计方案中中需要高速光光耦，电源隔隔离模块及CC
11、AN收发器器等分立元件件才能实现的的带隔离的CCAN收发电电路。CTMM1050TT接口芯片可可以实现带隔隔离的CANN收发电路,并且隔离电电压可以达到到DC25000V,不但但提高了CAAN总线节点点的抗干扰能能力,保证各各节点之间在在电气上是完完全隔离和独独立的,而且且简化了CAAN智能节点点硬件电路设设计。5.工位机软件件设计.工位机软件主要要由数据采集集程序、CAAN总线通信信程序组成。本本文主要介绍绍CAN总线线通信程序的的软件设计,包括CANN控制器的初初始化、数据据接收与数据据发送。（1）.CANN控制器的初初始化。CAAN控制器的的初始化只有有在复位模式式下才可以进进行。初始化
12、化工作主要通通过对CANN控制器相关关寄存器写入入相应的控制制字来确定CCAN控制器器的工作模式式,它主要包包括: 硬件件使能和配置置引脚连接、软软件复位、设设定通信波特特率、配置CCAN工作模模式、配置发发送优先级模模式、配置验验收滤波器、设设置中断使能能寄存器、设设置错误警告告等。（2）.数据接接收。接收程程序流程如图图5所示。图5 接收收程序流程至此数据从CAAN总线到CCAN接收缓缓冲区是由CCAN控制器器自动完成的的。接收程序序只要从接收收缓冲区读取取要接收的信信息即可。接接收程序可以以采用查询方方式或中断方方式。在某一一段时间内,CAN总线线并不总是在在活动,为了了提高效率,可采用
13、中断断方式。在初初始化程序中中必须使能接接收中断。在在中断服务子子程序中,读读取CANIICR寄存器器,判断是否否有接收中断断标志,有则则读取接收缓缓冲区数据。为为了防止接收收缓冲区数据据溢出,可开开辟一个循环环接收数据队队列来暂时存存储数据,主主程序可通过过查询该队列列来获得总线线数据。（3）.数据发发送。发送程程序负责把按按照CAN协协议格式转换换的数据发送送到CAN总总线上。发送送时只要将待待发送的数据据按CAN协协议的帧格式式组合成一帧帧报文,然后后判断是否有有空闲的发送送缓冲区。CCAN控制器器为了提高大大量数据的发发送效率,每每个CAN控控制器配有33个独立的发发送缓冲区,发送时要
14、根根据缓冲区的的实际情况有有选择性地把把数据写入33个发送缓冲冲区之一。它它们的状态可可以通过查询询寄存器得知知,只有当其中有空闲闲的发送缓冲冲区时才可将将数据写入。在在启动发送数数据的命令后后,CAN控控制器要将缓缓冲区内的数数据发送完毕毕后,才会将将该帧数据是是否发送成功功的状态返回回,可以通过过查询寄存器器的TCS位位或配合发送送成功中断来来判断数据是是否发送成功功。6.总结.本文设计的计算算机控制系统统把CAN总总线技术和嵌嵌入式系统应应用在汽车检检测线上,不不仅提高了汽汽车综合性能能检测的速度度,而且在汽汽车检测线的的安装、调试试、运行和维维护等环节上上节约成本,可广泛应用用于汽车检测测行业,满足足经济实用的的要求,具有有良好的实用用价值和应用用前景。第 10 页 共 （10） 页