李雪梅

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 CAN總線的概念

CAN總線最初是由德國(guó)Bosch公司開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)性能的要求越來(lái)越高，而提升汽車(chē)性能的這些控制功能都離不開(kāi)大量電子裝置的運(yùn)用，這就使得所有電子裝置之間的連接和通訊會(huì)變得越來(lái)越復(fù)雜，為了解決現(xiàn)代汽車(chē)中眾多的控制與測(cè)試儀器之間的數(shù)據(jù)交換，在1986年，Bosch公司開(kāi)發(fā)了面向汽車(chē)的 CAN通訊協(xié)議，它是一種多主方式的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，它能夠極大的解決汽車(chē)中各種電子部件之間的通訊問(wèn)題，減少信號(hào)線的使用。在1993年，CAN已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線，ISO11898和ISO11519分別對(duì)應(yīng)著高速應(yīng)用和低速應(yīng)用。CAN總線被設(shè)計(jì)為具有較強(qiáng)的抗電磁干擾性，并具備較好的錯(cuò)誤檢測(cè)功能，其通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導(dǎo)纖維，即使當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10公里時(shí)，CAN的數(shù)據(jù)傳輸率也能夠達(dá)到5Kbit/s；當(dāng)傳輸距離小于40m時(shí)，CAN的傳輸速率高達(dá)1Mbit/s。

2 CAN總線的特點(diǎn)

相對(duì)于一般的通訊總線而言，CAN總線的設(shè)計(jì)中運(yùn)用了全新的設(shè)計(jì)和技術(shù)，其數(shù)據(jù)傳輸具有突出的實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性。其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）具有靈活的通訊方式，CAN為多主工作方式，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不分主從。（2）CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)信息具有優(yōu)先級(jí)和總線仲裁技術(shù)。根據(jù)信息優(yōu)先級(jí)的高低可以很快的確定需要發(fā)送的信息，從而節(jié)省總線沖突仲裁的時(shí)間。（3）CAN只需要通過(guò)報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多及全局廣播等幾種方式的數(shù)據(jù)傳輸，從而不需要單獨(dú)的進(jìn)行報(bào)文調(diào)度。（4）CAN網(wǎng)絡(luò)采用差分傳輸技術(shù)，最大傳輸距離可達(dá) 10km，此時(shí)的傳輸速率為 5kbps；最高速率達(dá)到 1Mbps，此時(shí)傳輸?shù)淖畲缶嚯x為40m。（5）CAN的標(biāo)準(zhǔn)幀節(jié)點(diǎn)數(shù)目前可以達(dá)到110個(gè)，擴(kuò)展幀的節(jié)點(diǎn)不受限制。同時(shí)，CAN報(bào)文標(biāo)識(shí)符種類(lèi)較多。（6）CAN的數(shù)據(jù)通信采用短幀格式，每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他的檢測(cè)措施。（CRC即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種查錯(cuò)校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長(zhǎng)度可以任意選定。循環(huán)冗余檢查（CRC）是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯(cuò)功能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算，并將得到的結(jié)果附在幀的后面，接收設(shè)備也執(zhí)行類(lèi)似的算法，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。）（7）CAN總線的通訊接口中包含了 CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，可以完成對(duì)通訊數(shù)據(jù)的幀處理工作。（8）CAN具備較為靈活的通訊介質(zhì)，其傳輸介質(zhì)可以為同軸電纜、雙絞線或者光纖。（9）在傳輸過(guò)程中若發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤，CAN節(jié)點(diǎn)具有自動(dòng)關(guān)閉輸出的功能，以保證總線上的其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響。開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)模型（Open System Interconnect）是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電話電報(bào)咨詢委員會(huì)建立的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，總共有7層，CAN協(xié)議也是建立在該模型之上的。CAN的網(wǎng)絡(luò)模型只選取了OSI底層的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，主要原因是因?yàn)?CAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用層可以直接從數(shù)據(jù)鏈路層中讀或者寫(xiě)數(shù)據(jù)，去掉中間層使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次減少，這樣有利于系統(tǒng)中實(shí)時(shí)信號(hào)的傳送。

3 基于CAN總線的汽車(chē)儀表盤(pán)電控單元設(shè)計(jì)原則

汽車(chē)儀表的設(shè)計(jì)理念，就是給與駕駛員清晰、方便、穩(wěn)定、人性化的一種顯示平臺(tái)，盡可能的滿足用戶使用的需求，為駕駛員提供行車(chē)駕駛時(shí)的整車(chē)和外部環(huán)境參數(shù)，讓駕駛員能夠及時(shí)做出準(zhǔn)確的判斷，保證駕駛的安全性、舒適性、穩(wěn)定性。

基于上述要求，本次設(shè)計(jì)的基于 CAN總線汽車(chē)組合儀表應(yīng)用于微型轎車(chē)上，方案設(shè)計(jì)要切身考慮到駕駛員的感受，并且結(jié)合汽車(chē)電器技術(shù)以及總線技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行整體系統(tǒng)結(jié)合設(shè)計(jì)，并提出該汽車(chē)組合儀表的整體設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)的汽車(chē)組合儀表要遵循以下幾方面的原則：

3.1 該汽車(chē)組合儀表上所顯示的內(nèi)容應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確

不能出現(xiàn)信息的滯后，并且對(duì)實(shí)時(shí)變化參數(shù)，如車(chē)速、轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、蓄電池等信息能夠?qū)崟r(shí)反映到駕駛員的視線范圍內(nèi)。

3.2 該汽車(chē)組合儀表采用微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

由于汽車(chē)行駛在各種路況、天氣環(huán)境中，該汽車(chē)組合儀表顯示內(nèi)容應(yīng)該是穩(wěn)定可靠的。

3.3 現(xiàn)代科技日新月異

采用微控制器的汽車(chē)組合儀表應(yīng)該實(shí)時(shí)的對(duì)控制器的控制技術(shù)進(jìn)行信息更新，要有系統(tǒng)預(yù)留升級(jí)空間，及時(shí)滿足系統(tǒng)升級(jí)空間需求。

3.4 整體設(shè)計(jì)方案要根據(jù)用戶的需求

做到人性化的用戶操作界面，并且要考慮到所選用的各種零部件的經(jīng)濟(jì)性和耐久性，保證使用有限的資金創(chuàng)造更加實(shí)用美觀經(jīng)濟(jì)的儀表。

4 基于CAN總線的汽車(chē)儀表盤(pán)電控單元設(shè)計(jì)

4.1 汽車(chē)儀表盤(pán)電控單元硬件設(shè)計(jì)

汽車(chē)儀表盤(pán)電控單元應(yīng)快速、精確地接收各種傳感器信號(hào)，且顯示的控制信號(hào)準(zhǔn)確可靠并抗干擾。因此在設(shè)計(jì)中從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）A/D信號(hào)采集模塊。燃油消耗傳感器、環(huán)境溫度傳感器和蒸發(fā)器溫度傳感器的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件電路的濾波，輸入到MCU中?？紤]到整車(chē)電壓的不穩(wěn)定性和傳感器額定電流的限制，這3個(gè)傳感器的電源由系統(tǒng)提供。圖1中，R11和R12起限流作用，保證傳感器的電流不超過(guò)限定值;C4和C5是去除系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的高頻噪聲的去耦電容。

圖1 溫度、燃油信號(hào)采集電路

（2）開(kāi)關(guān)信號(hào)采集模塊?？照{(diào)開(kāi)關(guān)和空調(diào)壓縮機(jī)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)信號(hào)，經(jīng)光耦隔離后，提高了抗干擾能力，保證了輸入信號(hào)的準(zhǔn)確，如圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)信號(hào)采集電路

（3）脈沖信號(hào)采集模塊。速度傳感器信號(hào)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)放大、調(diào)理電路后，輸入到單片機(jī)的I/O口。圖4中，C1和C2用來(lái)濾除R2和R5產(chǎn)生的熱噪聲電壓和電源的干擾電壓，U1A用來(lái)將速度傳感器的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，然后傳入MCU的I/O口中。在速度傳感器信號(hào)的輸入端和輸出到MCU引腳的一端均加了上拉電阻， 用來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。

圖3 速度信號(hào)采集電路

4.2 汽車(chē)儀表電控單元信號(hào)處理軟件的設(shè)計(jì)

圖4 汽車(chē)儀表盤(pán)電控單元信號(hào)處理軟件流程圖

信號(hào)處理軟件由初始化模塊、傳感器信息采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊組成。數(shù)據(jù)處理軟件設(shè)計(jì)有如下要點(diǎn)：①車(chē)速顯示。通過(guò)車(chē)速傳感器監(jiān)測(cè)的汽車(chē)行駛速度信號(hào)，輸入到微控制器進(jìn)行處理，包括整形、計(jì)數(shù)和存儲(chǔ)等，計(jì)算得到汽車(chē)時(shí)速，發(fā)出車(chē)速表顯示控制信號(hào)。②轉(zhuǎn)速顯示。將來(lái)自 CAN總線上發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的PWM信號(hào)，輸入到微處理器中，檢測(cè)其觸發(fā)脈沖的上升沿，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)出轉(zhuǎn)速表顯示控制信號(hào)。③油量顯示。油箱液位通過(guò)燃油消耗傳感器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入到微處理器，微處理器進(jìn)行必要的處理，獲得汽車(chē)剩余油量，發(fā)出油量表顯示控制信號(hào)。④水溫顯示。來(lái)自 CAN總線上的水溫傳感器信號(hào)，輸入到微處理器，發(fā)出水溫表顯示控制信號(hào)。⑤空調(diào)開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示。電控單元接收開(kāi)關(guān)量信號(hào)，顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)。具體流程圖如圖4所示。

總之，以 CAN總線為通信基礎(chǔ)，接收和處理各種外圍傳感器信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)而控制機(jī)械指針的旋轉(zhuǎn)，能夠完成汽車(chē)儀表盤(pán)的準(zhǔn)確顯示，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

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