基于can總線的汽車自動控制系統(tǒng)的研究

基于can總線的汽車自動控制系統(tǒng)的研究

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車的電器元件越來越多，需要對其進行可靠的控制。車身控制單元bcm搭配現(xiàn)場總線技術(shù)(CAN總線)在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,該種控制能滿足智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需求且穩(wěn)定可靠。CAN(ControllerAreaNet-work)即控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱,是由德國BOSCH公司于1986年開發(fā)的面向汽車的通訊協(xié)議,并最終成為國際標準,是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線能夠滿足現(xiàn)代自動化通信的需要,已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線通信領(lǐng)域中最為活躍的一支。CAN總線具有實時性強、可靠性高、通信速率快、結(jié)構(gòu)簡單、互操作性好、靈活性高和價格低廉等特點,完美符合汽車車載總線的要求。本文研究設(shè)計了基于CAN總線的控制系統(tǒng),將單片機測控、儀表顯示和CAN總線通信技術(shù)相結(jié)合,整合成一個綜合的電子控制系統(tǒng)。1控制系統(tǒng)的組成CAN協(xié)議的一個最大特點是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,對通信數(shù)據(jù)塊進行編碼,這使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點個數(shù)在理論上不受限制。在實際應(yīng)用中,節(jié)點個數(shù)受到硬件電氣特性的限制。根據(jù)皮卡車身電器的特點,在不改動現(xiàn)有整車布置的情況下,將車身CAN總線控制系統(tǒng)分成4個模塊,如圖1所示:1)前部模塊主要控制前部燈光和電喇叭,安裝在發(fā)動機倉內(nèi);2)中央模塊主要控制室內(nèi)燈光、雨刮、門鎖和電動玻璃等,安裝在駕駛室內(nèi)。中央模塊是整個控制系統(tǒng)的核心,所有控制命令均由該模塊發(fā)出并通過CAN總線送至其它模塊執(zhí)行;3)儀表模塊可以通過總線接收各類燈光指示和報警信息,并實時顯示油箱、車速、轉(zhuǎn)速等重要信息。當(dāng)發(fā)生故障時,能通過LCD顯示出故障代碼,方便排查檢修;4)后部模塊主要控制后部燈光、倒車雷達等對象,安裝在車架后部。中央模塊檢測開關(guān)量狀態(tài)的變化,經(jīng)過處理向相關(guān)的模塊發(fā)送控制指令,相關(guān)的模塊接收到控制指令后,驅(qū)動電路控制對應(yīng)的電器工作。中央模塊負責(zé)整個系統(tǒng)的控制部分,在CAN通訊中擁有最高的優(yōu)先級。各模塊間通過CAN總線實現(xiàn)信息與指令的傳輸。2傳感器信號輸出硬件電路設(shè)計中的單片機是飛思卡爾公司的MC68HC908GZ16芯片,它是主要的控制單元。電源處理芯片采用摩托羅拉公司的MC33989芯片,該芯片同時集成了高速CAN控制器和收發(fā)器,滿足了通信需求。節(jié)點電路如圖2所示。對于整個控制系統(tǒng)來說,輸入量有開關(guān)量信號和傳感器信號,輸出則有開關(guān)量輸出信號,LCD液晶顯示及功率輸出電路。硬件電路如圖3～5所示:對于開關(guān)量的信號輸入,模塊采用循環(huán)掃描的方式讀取開關(guān)量的狀態(tài),在發(fā)現(xiàn)開關(guān)量有效或者發(fā)生變化時采取相應(yīng)的動作。當(dāng)需要中央模塊完成動作時,則使相應(yīng)的功率控制信號有效。當(dāng)需要前模塊或后模塊動作時,中央模塊通過CAN總線將指令發(fā)送到相應(yīng)模塊,由其完成控制過程。傳感器的輸出信號一般為脈沖量和模擬量,分為發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器信號、車速傳感器信號、油箱傳感器信號,信號經(jīng)過處理后由儀表模塊顯示出來。模塊的電源取自皮卡蓄電池,單片機的工作電壓為5V,通過MC33989單片機獲得所需要的電壓,并對其進行監(jiān)控,異常時報警?？紤]到汽車電器的工作環(huán)境比較復(fù)雜,有各類電磁和脈沖干擾,CAN總線采用雙絞導(dǎo)線以阻止電磁干擾對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?并串聯(lián)終端電阻。電源輸入部分加入了濾波電容和瞬態(tài)管用于抑制大脈沖和浪涌沖擊。3id結(jié)構(gòu)參數(shù)CAN總線的應(yīng)用層協(xié)議定義了CAN報文的標識符及數(shù)據(jù)部分的使用原則和功能含義,使得CAN總線網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)有了其特定的功能和含義。在本文的設(shè)計中控制系統(tǒng)各模塊之間的通信采用CAN2.0B總線協(xié)議,波特率設(shè)定為100。由于系統(tǒng)采用的是CAN擴展幀格式,因此ID為29位。將其中ID15～ID8作為目的地址,ID7～ID0作為源地址,如圖6所示。P是優(yōu)先級,R是保留位,DP是數(shù)據(jù)頁,PF是PDU格式,SRR是代用遠程請求位,IDE是標示符擴展位,PS是待定PDU,SA是源地址,RTR是遠程傳輸請求位。1)優(yōu)先級P:一個模塊可以發(fā)出多種信息,根據(jù)信息的重要性提供8個優(yōu)先級,000優(yōu)先級級最高,用于緊急指令,111優(yōu)先級最低,用于不重要的數(shù)據(jù)。2)保留位R:1位,對于發(fā)送信息的節(jié)點,此位清零。3)目標地址:8位,用于指示接收報文的目標節(jié)點地址。4)源地址:8位,用于指示發(fā)送報文的源節(jié)點地址,合法取值為0～254,允許最多連接255個節(jié)點。各模塊的ID協(xié)議如圖7所示。軟件部分的編程語言使用C語言,其工作流程如圖8所示。4基于mc652ca的汽車轉(zhuǎn)速和車速顯示控制系統(tǒng)在模塊安裝后對各控制對象進行試驗,前模塊控制遠近光燈正常,雨刮正常,后模塊尾燈控制正常,通過人為的對各個燈負載進行短路和斷路模擬,本總線系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N故障進行判斷,同時進行報警,并在儀表液晶屏上顯示。另外,實現(xiàn)了汽車轉(zhuǎn)速和車速顯示,實現(xiàn)了油箱油量的顯示。現(xiàn)在主要問題是,汽車車速的指針顯示實時性較差,有時有滯后性,需要進一步修改顯示車速的步進電機控制程序,達到實時顯示效果。汽車內(nèi)各控制模塊之間完成數(shù)據(jù)傳輸,以實現(xiàn)內(nèi)部電子控制單元的網(wǎng)絡(luò)化是必然的發(fā)展趨勢。本文以MC68HC908GZ16芯片為控制核心,經(jīng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)測量皮卡的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油壓