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1、基于 CAN 总线的卡车总线控制系统 1 系统原理及硬件结构 1.1 系统原理 本卡车总线系统采用 CAN 总线实现对车身部分电磁阀、车灯、门窗电机等功率设备的控制，解决了传统方式带来的连接繁琐、维修困难等问题，提高了系统的稳定性，可靠性。数字化仪表模块通过与通用控制模块进行CAN 通讯、与车窗控制模块进行LIN 通讯，采集车辆开关的状态，通过LED 灯、液晶屏、转盘指针显示整车状态、故障信息、报警信息等各种信息，实现人机交互，对卡车进行实时控制。本系统为嵌入式系统，不需安装任何软件，系统安装好上电后，即可开始运行。1.2 系统硬件组成 本系统包括五个模块,分别是:数字化仪表模块、前部控制模块
2、、中部控制模块 1、中部控制模块 2、车窗控制模块。连接设备为CAN 总线，执行 CAN 技术规范J1939，波特率为 250 Kbps。模块之间的 CAN 总线连接关系示意图，如图1 所示：图 1 系统 CAN 总线连接示意图 2 系统功能分析 2.1 功能概述 在整个 CAN 总线控制系统中，核心部件有三种，即：数字化仪表、通用控制模块、车窗模块。数字化仪表承担着整车参数的显示、存储任务，并可与发动机ECU 通过 CAN 总线直接进行通信，同时承担着对负载的过程控制任务，依据仪表台上的开关状态及连接在通用控制模块的开关和传感器状态，通过自动控制芯片及软件处理产生功率输出接口的通断状态，并通
3、过 CAN 总线告知通用控制模块；通用控制模块负责将所属区域的开关和传感器状态通过 CAN 总线告知中央控制模块，并接收中央控制模块传来的控制指令，驱动功率输出接口实现通断控制。整个 CAN 总线控制系统在汽车中的安装应用如图 2 所示。图 2 系统在汽车安装示意图 图中仪表台控制器为 EA0121BA 型，位于驾驶室内司机正前方，前部控制模块为 EA0221BA 型，位于驾驶室内司机与副驾驶之间的操作台下，中部控制模块一、中部控制模块二位于车架上，车窗控制模块为 EA0514BA 型，位于驾驶室内司机与副驾驶之间的操作台下。2.2 数字化仪表模块 数字化仪表模块具有一路 CAN 总线接口，遵
4、循 J1939 通讯协议；采用兼容MMT 认证的步进电机；具有丰富的图标库，可以提供可编程图标显示功能；具有 9个高亮度 LED 符号指示灯；具有强大的故障诊断功能，能够对总线状态、电气负载短路/断路状态进行实时监控，出现故障后以中文信息显示；能够获取、显示、存储发动机相关参数；液晶屏可实时显示整车当前状态信息；具有多路开关量输入接口、模拟量输入接口以及脉冲量输入接口，可适用于传统线束车辆控制系统。图 3 数字化仪表模块实物图 输入接口：48 路非隔离开关量输入，其中 8 路正控型、16 路可编程正负控型、24 路负控型；6 路电阻型模拟量输入，测量范围为 0200；3 路模块地址线输入；1
5、路 ACC 档开关输入；1 路一线式温度传感器输入；4 路控地型系统唤醒信号输入。输出接口：6 路高端开关输出，单路输出最大电流为 1A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；1 路常有电功率输出，单路输出最大电流为 3A，带故障诊断及过流保护功能；2 路 ACC 档电源输出，单路输出最大电流为 3A，带过流保护功能；3 路 B7 信号输出，1 路里程传感器仿真信号输出；3 路休眠信号输出。2.2.1 数字化仪表模块界面布局 数字化仪表模块即为驾驶员仪表盘，采集车辆开关的状态，与通用控制模块进行 CAN 通讯，与车窗控制模块进行 LIN 通讯，通过 LED 灯、液晶屏、转盘指针显示整车状态、故
6、障信息、报警信息等各种信息，实现人机交互功能。其平面示意图如图 4 所示。图 4 数字化仪表板模块平面示意图 数字化仪表可以显示车辆行驶速度、发动机转速、油量、水温，气压等功能，具体各模块功能定义如表 1 所示。表 1 数字化仪表各模块功能表 序号 实体定义 序号 实体定义 1 油量表 9 远光指示 2 车速表 10 转速表 3 轮间差速锁指示 11 气压表 1 4 轴间差速锁指示 12 水温表 5 左转指示 13 按键 6 车速灯 14 彩色液晶屏 7 右转指示 15 气压表 2 8 拖车制动指示 2.2.2 彩色液晶屏显示及按键操作功能 数字化仪表模块正中央为彩色液晶屏，按照显示内容将液晶
7、屏分为三部分：图标显示区、多功能显示区 1、多功能显示区 2，在液晶屏上的布局如图 5 所示。图 5 液晶显示屏功能分区 其中图标显示区专用于显示与车辆状态相关的各种图标，例如充电指示图标、开门图标等。多功能显示区 1 在车辆正常工作的情况下显示整车厂的 LOGO；点亮图标显示区中某个图标时，在多功能显示区 1 同时显示放大一倍的图标，持续5 秒钟后，恢复为公司 LOGO。在多功能显示区 2 显示短距离里程和总里程。当车速大于 3Km/h 而车门未关好时，在最下行显示提示信息“请关闭车门”，关好车门后，该信息消失。当电池电压低于 22.5V 时，在最下行显示提示信息“电池电压低 22.4V”，
8、电压升高后，该信息消失。2.3 通用控制模块 通用控制模块具有一路 CAN 总线接口，遵循 J1939 通讯协议；具有多路开关量输入接口、多路模拟量输入接口和脉冲输入接口；具有多路功率输出，从 12 路到 24 路不等，可随应用需求选择使用，并且每路输出均具有短路、过压、过热保护；模块具有安全运行模式，为整车安全提供了较好的基础；具有低功耗运行模式，从而减少电池的损耗；采用通用化软硬件设计方法，互换性强，便于产品维护。图 6 通用控制模块实物图 输入接口：12 路非隔离开关量输入，其中 2 路正控型、4 路可编程正负控型、6 路负控型；1 路脉冲量输入，测量范围为 01KHz；1 路带励磁电流
9、供应的充电指示检测输入；4 路电阻型模拟量输入，测量范围为 0200；4 路模块地址线输入。输出接口：11 路高端开关输出，单路输出最大电流为 8A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；2 路常有电功率输出，单路输出最大电流为 3A，带故障诊断及过流保护功能；1 路带反向电流防护的功率输出，输出最大电流为 3A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能。通用控制模块主要实现的功能有：车辆行驶速度以及行程测量与显示、发动机转速测量与显示、燃油量的测量与显示、发动机水温的测量与显示、前后桥气压的测量与显示、发动机机油压力报警、左右转向控制与显示。2.3.1 车辆行驶速度以及行程测量与显示 系统实时测
10、量车辆的行驶速度，并在车速表上显示车辆当前的行驶速度，速度显示单位为 km/h。车速传感器的输入为脉冲波，当输入的脉冲波频率达到 200Hz时，车速达到最到值 180km/h。当车速不为 0 时，系统实时测量车辆行驶的路程数，并显示在仪表板上的液晶显示屏多功能显示区 2，单位为 km，精确到 0.1km。同时系统以 1km 为单位间歇存储车辆行驶总里程数，显示在仪表板上的液晶显示屏多功能显示区 2 上。2.3.2 燃油量的测量与显示 燃油量通过油量传感器来测量，显示采用无量纲方式，F 表示燃油满，E 表示燃油量为 0。当传感器的阻值在 0 到 200 欧姆变化时，对应油量表上的 F 到 E。2
11、.3.3 前后桥气压的测量与显示 系统实时测量前桥气压和后桥气压，并在数字化仪表上显示。气压 1 和气压 2 的分别通过气压 1 传感器和气压 2 传感器来测量，当气压传感器的阻值在 0 到 200 欧姆之间变化时，对应气压表上的 0 到 12。2.3.4 机油压力报警与显示 系统通过开关来模拟发动机机油压力报警。当开关接通时，液晶屏上图标显示区闪烁点亮机油压力报警图标，同时在多功能显示区 1 显示放大一倍的图标。2.3.5 左右转向控制与显示 左右转向通过两个开关来控制，当转向开关断开时，输出为 5v；当转向开关接通时，输出为低电压 5v，高电压 24v 的脉冲，并且数字化仪表上对应的转向指
12、示灯闪烁。2.4 车窗控制模块 车窗控制模块具有一路 CAN 总线，兼容 J1939 通信协议；支持433/868/915MHz(可配置)通信频率；2 路大功率 H 全桥电机驱动通道；4 路大功率高端开关输出通道；12 路开关量输入接口；具有短路、过压、过热保护功能；具有车窗驱动的防夹功能；具有功率接口故障诊断功能。图 7 车窗控制模块实物图 输入接口：24 路非隔离开关量输入，其中 4 路正控型、8 路可编程正负控型、12 路负控型；4 路模块地址线输入。输出接口：4 路高端开关输出，单路输出最大电流为 8A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；2 路常有电功率输出，单路输出最大电流为 3
13、A，带故障诊断及过流保护功能；8 路全桥开关输出，单路输出最大电流为 5A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能。图 8 中一模块连线图 图 9 中二模块连线图 图 10 仪表模块连线图 图 11 前部模块连线图 图 12 车窗模块连线图 3 系统软件测试 系统通过 kvaser usbcanII 连接电脑，采用 x-analyser for kvaser can 软件进行测试。传感器 ID PGN 气压传感器 1 18FF0C23 0FF0C 气压传感器 2 18FF0003 0FF00 左转开关 18FF0452 0FF04 右转开关 18FF0432 0FF04 油量传感器 18FF0C24 0FF0C 车速传感器 18FF0D24 0FF0D 机油压力报警开关 找不到 找不到 当左转向灯断开时，data 为 08；接通时为 08 与 8A 交替变化 当右转向灯接通时，data 为 00；接通时为 00 与 02 交替变化 继续阅读