解析基于CAN系統(tǒng)的汽車無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)方案

1、解析基于CAN系統(tǒng)的汽車無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)方案1 引言 汽車工作過程中，對(duì)各系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車運(yùn)行狀態(tài)的分析與故障診斷。用傳統(tǒng)的有線方式連接汽車診斷接口或檢測(cè)傳感器輸出值的方法存在著布線和設(shè)備使用等方面的不方便。如果能把汽車各系統(tǒng)中的參數(shù)值無(wú)線、快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出來，利用功能強(qiáng)大的微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理將大大方便汽車運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。本文提出并實(shí)現(xiàn)了一種利用單片機(jī)組成CAN系統(tǒng)，利用藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)對(duì)汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理的方法。隨著汽車電子的發(fā)展，汽車內(nèi)電子產(chǎn)品越來越多，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身等電控系統(tǒng)中的電控單元數(shù)量不斷增加，同時(shí)它們之間的通信也越來越重要。在汽車內(nèi)利用

2、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可大大提高系統(tǒng)之間信息傳遞的可靠性，同時(shí)可大大減少汽車線束的數(shù)量，降低汽車電氣系統(tǒng)的成本。近年來，CAN系統(tǒng)在汽車內(nèi)的應(yīng)用越來越廣泛。CAN（ControllerAreaNetwork）是控制局域網(wǎng)的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件的數(shù)據(jù)通信。由于其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性好和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，已廣泛的應(yīng)用于控制系統(tǒng)的各檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信。CAN總線符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速率可達(dá)1Mbps,最大傳輸距離為10km,傳輸介質(zhì)可為雙絞線。它具有如下的一些技術(shù)特性：1）多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的總線仲裁技術(shù)；2）采用短幀結(jié)構(gòu)，受干擾概

3、率低，每幀信息都有CRC檢驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施；3）對(duì)嚴(yán)重錯(cuò)誤具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，使總線的其他操作不受影響。在汽車運(yùn)行過程中，車載射頻裝置如汽車立體聲系統(tǒng)、GPS導(dǎo)航設(shè)備、衛(wèi)星數(shù)字音頻無(wú)線電業(yè)務(wù)（SDARS）裝置、GSM無(wú)線電收發(fā)器以及其它電器設(shè)備均可能造成干擾或受到干擾，這些射頻干擾信號(hào)會(huì)對(duì)汽車無(wú)線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流造成不良影響。如果應(yīng)用傳統(tǒng)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的速率和準(zhǔn)確率都不能很高，從而不能實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，而把藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)用在汽車上可以很好地解決這個(gè)問題。本文所用藍(lán)牙模塊采用英國(guó)CSR公司的BC417芯片，并與SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A構(gòu)成了

4、模塊。 模塊的硬件圖如圖1所示。圖1藍(lán)牙模塊原理圖此模塊的主要特點(diǎn)如下：1）采用CSR主流藍(lán)牙芯片，符合藍(lán)牙V210標(biāo)準(zhǔn)。2）串口模塊上底板帶有RS232接口和TTL接口，任選一種接口使用，使用3135V電源。串口對(duì)用戶而言是透明的。3）藍(lán)牙芯片采用向前糾錯(cuò)編碼，通信效率高，自動(dòng)跳頻，抗干擾能力強(qiáng)。4）波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600,1382400,可在程序中根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。5）休眠電流：小于1MA,工作電流：40MA。2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)原理圖本文利用MICROCHIP公司的內(nèi)嵌CAN控制

5、器的18F4580芯片與CAN收發(fā)器芯片MCP2515構(gòu)成CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并用18F4580芯片自帶的10位AD傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置信號(hào)的測(cè)量，同時(shí)利用智能數(shù)字傳感器DS18B20對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。利用藍(lán)牙模塊把測(cè)量的信號(hào)無(wú)線傳給上位機(jī)，利用VC+編寫數(shù)據(jù)接收與處理的程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示與存儲(chǔ)，并可顯示數(shù)據(jù)值隨時(shí)間的變化關(guān)系曲線圖，測(cè)量結(jié)果直觀。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示。圖2測(cè)量系統(tǒng)原理圖3發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置信號(hào)與水溫信號(hào)的測(cè)量3.1節(jié)氣門信號(hào)信號(hào)的測(cè)量這里測(cè)量的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上節(jié)氣門位置傳感器為一可調(diào)電阻型，節(jié)氣門位置輸出信號(hào)為05V的電壓信號(hào)，根據(jù)節(jié)氣門的實(shí)際開度與輸

6、出電壓的關(guān)系，對(duì)測(cè)量的電壓信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)實(shí)測(cè)的電壓信號(hào)即可換算成節(jié)氣門的開度。所以這里用PIC18F4580單片機(jī)內(nèi)嵌的10位AD轉(zhuǎn)換電路完成對(duì)節(jié)氣門位置傳感器輸出電壓的測(cè)量，為提高測(cè)量精度，對(duì)單片機(jī)AD的5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行了與系統(tǒng)電源隔離穩(wěn)壓處理。本系統(tǒng)利用Microchip公司的MPLAB開發(fā)環(huán)境嵌入PICC18C程序編譯器，用C程序編寫了數(shù)據(jù)采集與CAN數(shù)據(jù)的收發(fā)程序，其中AD轉(zhuǎn)換子程序用匯編語(yǔ)言編寫，程序兼顧了C程序的模塊化和可維護(hù)性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有了匯編語(yǔ)言高效率的優(yōu)點(diǎn)。信號(hào)通過CAN控制器用擴(kuò)展幀格式發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上。其中數(shù)據(jù)采集與CAN數(shù)據(jù)的發(fā)送子程序如下：InitSPI（

7、）；/SPI接口初始化Init_MCP2515（）；/MCP2515初始化TRISA=0B00000001;/AN0>>>>DCinputDC通道上輸入，打開RA0ADCON0=0B00000001;/AN0通道，允許ADC工作，ADCON1=0B00001110;/除RA0為模擬輸入口外，其他RA口跟RE口均為普通數(shù)字口ADCON2=0B10100001;/轉(zhuǎn)換結(jié)果右對(duì)齊，8TAD,1/8FOSC。#asmADCON0EQU0FC2HGOEQU001HbsfADCON0,GO/開始轉(zhuǎn)換ADWAIT:btfscADCON0,GOgotoADWAIT/等待轉(zhuǎn)換完成#end

8、asmwrite_MCP2515（TXB0CTRL,0x03）；/設(shè)置為發(fā)送最高優(yōu)先級(jí)write_MCP2515（TXB0SIDH,0xFF）；/EID28-21write_MCP2515（TXB0SIDL,0xEB）；/EID20-EID18,擴(kuò)展幀使能，EID17-EID16write_MCP2515（TXB0EID8,0xFF）；/EID15-EID8write_MCP2515（TXB0EID0,0xFF）；/EID7-EID0write_MCP2515（TXB0DLC,0x02）；/發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8字節(jié)write_MCP2515（TXB0D0,ADRESH）；/發(fā)送的數(shù)據(jù)write_M

9、CP2515（TXB0D1,ADRESL）；send_TXB0（）；/請(qǐng)求發(fā)送while（read_MCP2515（TXB0CTRL）&0x08）=0x08）；/等待發(fā)送完畢3.2水溫信號(hào)的測(cè)量本文中的水溫信號(hào)利用DALLAS公司的DS18B20智能數(shù)字傳感器測(cè)量。DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。測(cè)量溫度范圍為-55+125，在-10+85范圍內(nèi)，精度為±015?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量，如

10、：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。DS1820采集溫度信號(hào)完成后，通過PIC18F4580芯片接收數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)嵌CAN控制器把數(shù)據(jù)以8位二制數(shù)的格式用標(biāo)準(zhǔn)幀格式發(fā)送到CAN總線上。4CAN網(wǎng)絡(luò)的傳輸系統(tǒng)采集到的信號(hào)通過PIC18F4580內(nèi)嵌的CAN控制器發(fā)出。這里選用MICROCHIP公司出品的MCP2551CAN收發(fā)器完成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳遞，在CAN網(wǎng)絡(luò)終端加入阻值為120歐的終端電阻。CAN網(wǎng)絡(luò)接收端的收發(fā)器接收到的信號(hào)后傳遞給另一片PIC18F4580芯片，通過基內(nèi)部的CAN控制器取出網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，如果接收到擴(kuò)展幀，則接收到的數(shù)據(jù)為節(jié)氣門的位置信號(hào)；接收到標(biāo)準(zhǔn)幀，則接收到的數(shù)

11、據(jù)為水溫信號(hào)。對(duì)信號(hào)處理后以數(shù)據(jù)包的方式通過基自身的UART口發(fā)給MAX232芯片，把TTL信號(hào)電平轉(zhuǎn)換成232電平。節(jié)氣門部分的CAN通訊板硬件原理圖如圖3所示。圖3節(jié)氣門位置信號(hào)測(cè)量CAN通信板原理圖5藍(lán)牙無(wú)線傳輸系統(tǒng)MAX232芯片把轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳給由CSR公司的BC417構(gòu)成的藍(lán)牙主（發(fā)射）模塊。BC417藍(lán)牙模塊可以設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率，在保證發(fā)射信號(hào)的質(zhì)量的情況下，可以盡量采用高速率的傳輸。本文中的傳輸速率為38400bps。另一塊BC417藍(lán)牙芯片構(gòu)成的從（接收）模塊在接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，通過MAX232芯片轉(zhuǎn)換電平傳給上位機(jī)微機(jī)的串口。6上位機(jī)信號(hào)接收處理系統(tǒng)上位機(jī)微機(jī)的串口接到信號(hào)

12、后，用VC+開發(fā)工具編寫了面向?qū)ο蟮某绦驅(qū)?shù)據(jù)包進(jìn)行處理。為了直觀的顯示數(shù)據(jù)的數(shù)值和其隨時(shí)間的變化關(guān)系，本程序可顯示實(shí)際節(jié)氣門位置信號(hào)與水溫的數(shù)值，另可顯示節(jié)氣門位置信號(hào)的變化曲線。上位機(jī)程序的界面如圖4所示。本文利用的是SerialPort類來實(shí)現(xiàn)此功能，這種方法對(duì)使用者來說只要關(guān)心設(shè)定相關(guān)的通訊參數(shù)，而不用關(guān)心封裝的實(shí)現(xiàn)方法，程序的模塊化和維護(hù)性好5。在使用中采用串口事件響應(yīng)方式工作。為了更直觀的顯示出數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化的曲線，編寫了一個(gè)利用封裝的BUTTON類控件實(shí)現(xiàn)的顯示界面。此控件可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)、背景、數(shù)據(jù)的單位與數(shù)據(jù)的更新速度等屬性進(jìn)行設(shè)定，顯示效果良好。圖4上位機(jī)界面圖7結(jié)論該系統(tǒng)運(yùn)行良好，能方便、快速、可靠地實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)汽車網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的無(wú)線實(shí)時(shí)測(cè)量與汽車故障診斷提供了一個(gè)較好的平臺(tái)。程序運(yùn)行結(jié)果顯示此藍(lán)牙無(wú)線傳輸CAN測(cè)量系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：1）在測(cè)量汽車運(yùn)行參數(shù)時(shí)，可利用多個(gè)單片機(jī)構(gòu)成CAN測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，充分利用了CAN網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)抗