摘 要：隨著汽車電子化的發(fā)展，CAN總線通信系統(tǒng)在汽車維修專業(yè)中的重要性日益凸顯。本文探討了基于CAN的車窗控制系統(tǒng)，結(jié)合硬件電路和軟件程序設(shè)計(jì)以及示波器和CAN分析儀的使用，來(lái)加深學(xué)生對(duì)CAN總線通信系統(tǒng)原理和協(xié)議及數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程的理解。這種實(shí)踐性學(xué)習(xí)方法能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為未來(lái)做好汽車維修等崗位工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車維修專業(yè)；CAN總線通信系統(tǒng)；車窗控制系統(tǒng)；硬件電路設(shè)計(jì)；軟件程序設(shè)計(jì)

汽車CAN總線通信系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車中廣泛應(yīng)用的一種通信技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)車輛各個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享。也就是說(shuō)不論是汽車維修專業(yè)，還是汽車電器以及汽車設(shè)計(jì)專業(yè)，汽車CAN總線通信系統(tǒng)都是繞不過(guò)去的必須學(xué)習(xí)的系統(tǒng)，那么如何學(xué)習(xí)CAN總線通信系統(tǒng)才能高效掌握CAN總線通信系統(tǒng)的原理呢？

筆者認(rèn)為帶學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)CAN總線通信系統(tǒng)比單純講解CAN總線通信系統(tǒng)的組成、原理、檢測(cè)方法要有效，這也是“行勝于言”的教學(xué)思想的體現(xiàn)，同時(shí)在“設(shè)計(jì)—完成”中體現(xiàn)出教學(xué)的價(jià)值，學(xué)生有了學(xué)習(xí)成果，有了輸出，這樣的教學(xué)才是更高效的。

在CAN總線通信系統(tǒng)的教學(xué)中，筆者選取一個(gè)“基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”為課題，帶領(lǐng)學(xué)生完成了這一課題，并用于教學(xué)實(shí)踐中，這樣學(xué)生學(xué)得容易，教師教得輕松，學(xué)習(xí)達(dá)到事半功倍的效果。現(xiàn)就具體的設(shè)計(jì)方案與同行們分享一下，旨在拋磚引玉，供同行參考。

一、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括STC32單片機(jī)、CAN總線收發(fā)器、車窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和按鍵輸入電路等部分。最終實(shí)現(xiàn)與車上車窗控制功能一致的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)車窗的主控與分控、單觸上升與下降、鑰匙聯(lián)動(dòng)等功能。

我們采用嘉立創(chuàng)EDA進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，并與學(xué)生共同完成電子元件的焊接。

系統(tǒng)電路組成主要由電源電路、四個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)、CAN總線收發(fā)器、各車窗的按鍵開關(guān)輸入電路、各個(gè)車窗電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路組成。

本系統(tǒng)選用STC3 2G1 2K1 2 8-LQFP32系列單片機(jī)作為主控制器，具有高性能、低功耗的特點(diǎn)。該單片機(jī)集成了CAN模塊和GPIO模塊，能夠滿足系統(tǒng)的需求。

本系統(tǒng)采用TJA1050作為CAN總線通信系統(tǒng)收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與車窗電機(jī)之間的通信。TJA1050具有高速傳輸和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能夠保證系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。為了使教學(xué)不至于枯燥乏味，教師使用了連線操作，讓學(xué)生了解模塊的供電及通信線路連接，這也是一個(gè)必要的互動(dòng)環(huán)節(jié)。

按鍵輸入電路，用于實(shí)現(xiàn)車窗的控制功能。按鍵輸入電路包括上升鍵、下降鍵、自動(dòng)鍵和分控鎖止鍵、車門鑰匙聯(lián)動(dòng)開關(guān)等。通過(guò)按鍵輸入電路，用戶可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車窗的控制操作。

車窗電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路采用兩個(gè)五腳繼電器來(lái)切換，而繼電器的驅(qū)動(dòng)采用ULN2003A芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)，電路簡(jiǎn)單而穩(wěn)定可靠。

整個(gè)電路板采用按功能進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，讓人一看就能明白這一塊電路的主要功能。如駕駛側(cè)車窗控制模塊下方的按鈕與開關(guān)區(qū)域，分別是鑰匙聯(lián)動(dòng)開關(guān)、各車窗的上升、下降及自動(dòng)按鈕，自動(dòng)上升與下降需同時(shí)按下自動(dòng)按鈕與上升或下降按鈕。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、 CAN總線接收中斷程序和按鍵處理程序等部分。

主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化和狀態(tài)檢測(cè)。在主程序中，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，包括CAN總線的初始化和GPIO模塊的初始化。然后進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，判斷是否有按鍵輸入和CAN總線接收到的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。

CAN總線接收中斷程序主要用于處理CAN總線接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)CAN總線接收到數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)中斷并進(jìn)入中斷程序。在中斷程序中，首先判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有效，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的操作。例如，如果接收到的是上升指令，則控制車窗電機(jī)上升；如果接收到的是下降指令，則控制車窗電機(jī)下降。

按鍵處理程序主要用于處理按鍵輸入的操作。當(dāng)有按鍵輸入時(shí)，觸發(fā)中斷并進(jìn)入中斷程序。在中斷程序中，首先判斷按鍵的類型，然后根據(jù)按鍵的類型進(jìn)行相應(yīng)的操作。例如，如果按下的是上升鍵，則控制車窗電機(jī)上升；如果按下的是下降鍵，則控制車窗電機(jī)下降。

三、系統(tǒng)測(cè)試與分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，進(jìn)行了一系列的測(cè)試和分析。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車窗的主控與分控、單觸上升與下降、鑰匙聯(lián)動(dòng)等功能。同時(shí)，系統(tǒng)具有較高的可靠性和實(shí)時(shí)性，能夠滿足車窗控制的需求。

四、CAN總線通信系統(tǒng)的教與學(xué)

在教學(xué)過(guò)程中，有條件的學(xué)校教師可先把原理圖分享給學(xué)生，并要求學(xué)生按原理圖畫出PCB，并自行定制電路板，焊接元件。對(duì)時(shí)間與條件不允許的學(xué)校，可直接發(fā)電路板給學(xué)生，讓學(xué)生按要求焊接電子元件，接著準(zhǔn)備編程。

筆者推薦使用“天問(wèn)BLOCKER”進(jìn)行編程，因?yàn)樗懿捎脠D形化編程，簡(jiǎn)單易學(xué)易用。

首先，學(xué)生需要了解CAN總線通信系統(tǒng)的基本原理和通信協(xié)議?？梢詫W(xué)習(xí)CAN總線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式、錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正等基本概念。然后，可以學(xué)習(xí)如何使用CAN總線控制器和CAN總線收發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。如先發(fā)送ID為01數(shù)據(jù)為00的標(biāo)準(zhǔn)幀，再依次改變數(shù)據(jù)，同時(shí)用示波器測(cè)量其波形，可把多個(gè)波形及標(biāo)準(zhǔn)幀的組成格式合成一個(gè)圖片，這樣便于觀察，學(xué)生按這樣的圖來(lái)理解CAN的報(bào)文就容易多了。

對(duì)于汽車上真實(shí)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可能不止一個(gè)字節(jié)，示波器在同一屏幕上不太好完整顯示同一幀數(shù)據(jù)，除了通過(guò)波圖理解CAN報(bào)文格式，還使用CAN分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取。可同時(shí)使用CAN分析儀與示波器進(jìn)行車窗控制系統(tǒng)調(diào)試。

通過(guò)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)來(lái)學(xué)習(xí)CAN總線通信系統(tǒng)。同時(shí)，結(jié)合示波器測(cè)量波形和CAN分析儀的使用，學(xué)生可以更好地理解CAN總線通信系統(tǒng)的協(xié)議和數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程。

學(xué)生需要設(shè)計(jì)車窗控制系統(tǒng)的硬件部分。可以選擇適合的微控制器和傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)車窗的控制功能，也可直接參考我們的電路進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，做出自己的電路板，焊接電子元件后，進(jìn)行軟件編程。使用“天問(wèn)BLOCKER”進(jìn)行編程，CAN發(fā)送函數(shù)的核心代碼可由教師講授，弄懂一個(gè)車窗控制模塊的編程，其他車窗控制模塊的編程基本類似，只是ID號(hào)與數(shù)據(jù)不同。教師會(huì)給出關(guān)鍵的代碼，供學(xué)生參考。然后，學(xué)生需要編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)車窗控制系統(tǒng)的功能。學(xué)生可以使用“天問(wèn)BLOCKER”進(jìn)行編程或C語(yǔ)言來(lái)編寫程序，通過(guò)CAN總線通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，來(lái)實(shí)現(xiàn)車窗的開關(guān)控制等功能。

學(xué)生需要進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試和調(diào)試?？梢允褂檬静ㄆ骱瓦壿嫹治鰞x等工具來(lái)監(jiān)測(cè)CAN總線通信系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信號(hào)，檢查系統(tǒng)的工作情況。還可以進(jìn)行故障排除和性能優(yōu)化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。接好車窗馬達(dá)，進(jìn)行實(shí)物測(cè)試，觀察是否實(shí)現(xiàn)車窗控制功能。這樣，就完成了一個(gè)基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)也完成了CAN總線通信系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)，學(xué)生能夠更加深入地理解和學(xué)習(xí)CAN總線通信系統(tǒng)的原理與檢修方法。這種實(shí)踐性的學(xué)習(xí)方法不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，能夠有效地提升學(xué)生對(duì)CAN總線通信系統(tǒng)的掌握程度。希望本文能夠?qū)ζ嚲S修專業(yè)、汽車電器以及汽車設(shè)計(jì)專業(yè)的教師與學(xué)生在講授與學(xué)習(xí)CAN總線通信系統(tǒng)知識(shí)方面提供一定的借鑒和幫助。

（作者：李清明、梁業(yè)慶，深圳技師學(xué)院教師）