CAN总线汽车内部网络系统研究报告 .docx

精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结基于 CAN 总线的汽车内部网络系统争论0、引言作者：黄涛、周德恒可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结随着车用电气设备越来越多，从发动机把握到传动系统把握，从行驶、制动、转向系统把握到安全保证系统及外表报警系统，从电源治理到为提高舒适性而作的各种努力，使汽车电气系统形成一个复杂的大系统，而且这一系统都集中在驾驶室把握。另外，随着近年来ITS 的进展，以 3G<GPS、GIS 和 GSM）为代表的新型电子通信产品的显现，对汽车的综合布线和信息的共享交互提出了更高的要求。从布线角度分析，传统的电气系统大多接受点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必定需要庞大的布线系统。据统计，一辆接受传统布线方法的高档汽车中，其导线长度可达2 000 m ，电气节点达 1 500 个，而且依据统计，该数字大约每10 年增长 1 倍，从而加剧了粗大的线束与汽车有限的可用空间之间的冲突。无论从材料成本仍是工作效率 看，传统布线方法都将不能适应汽车的进展。从信息共享角度分析，现代典型的把握单元有电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统 <ABS）、防滑把握系统 <ASR）、废气再循环控制、巡航系统和空调系统。为了中意各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等, 但每个把握单元对实时性的要求是因数据的更新速率和把握周期不同而不同的。这就要求其数据交换网是基于优先权竞争的模式，且本身具有较高的通信速率。CAN总线正是为中意这些要求而设计的。1、CAN简介德国 Bosch 公司为解决现代车辆中众多的把握和数据交换问题，开发出一种CANController Area Network>现场总线通信结构。CAN总线硬件连接简洁，有良好的牢靠性、实时性和性能价格比。CAN总线能够中意现代自动化通信的需要，已成为工业数据总线通信领域中最为活跃的一支。其主要特点是： CAN 总线为多主站总线，各节点均可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分 主从，通信灵敏。 CAN 总线接受特殊的非破坏性总线仲裁技术，优先级高的节点优先传送数据，能中意实时 性要求。 CAN 总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 CAN 总线上每帧有效字节数最多为8个，并有 CRC及其他校验措施，数据出错率极低，万一某一节点显现严肃错误，可自动脱离总线，总线上的其他操作不受影响。 CAN 总线只有两根导线，系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上即可，因此走线少， 系统扩充简洁，改型灵敏。 CAN 总线传输速度快，在传输距离小于 40 m 时，最大传输速率可达1 Mb/s 。 CAN 总线上的节点数主要取决于总线驱动电路 , 在 CAN2.0B 标准中 , 其报文标识符几乎不受限制。总之 ,CAN 总线具有实时性强、牢靠性高、通信速率快、结构简洁、互操作性好、总线协议具有完善的错误处理机制、灵敏性高和价格低廉等特点。2、总体方案设计2.1 汽车内部 CAN网络设计正是由于 CAN总线具有这些其他通信方式无法比拟的优点，使之成为电动汽车把握系统的理 想总线。现代汽车典型的电控单元主要有主把握器、发动机把握系统、悬架把握系统、制动防抱死控制系统 ABS>、牵引力把握系统、ASR把握系统、外表治理系统、故障诊断系统、中心门锁系统、座椅调剂系统、车灯把握系统等。全部这些子把握系统连接起来构成一个实时把握系统指令发出去之后，必需保证在确定时间内得到响应，否就，就有可能发生重大事故。这就要求汽车上的CAN通信网络有较高的波特率设置。另外，汽车在实际运行过程中，众多节点之间需要进行大量的实时数据交换。如整个汽车的所有节点都挂在一个CAN网络上，众多节点通过一条CA N 总线进行通信，信息治理配置稍有不当，就很简洁显现总线负荷过大，导致系统实时响应速度下降的情形。这在实时系统中是不答应的，因此在对汽车上各节点的实时性进行了分析之后，依据各节点对实时性的要求，设计了高、中、低速三个速率不同的CAN通信网络，将实时性要求严格的节点组成高速CAN通信网络，将其他实时性要求相对较低的节点组成中速CA N 通信网络，将剩下实时性要求不是很严格的节点组成低速 CAN通信网络。并架设网关将这三个速率不同的三个通信网络连接起来，实现全部节点之间的数据共享。整个汽车的CAN通信网络拓扑结构如图1 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1 汽车 CAN总线网 0 络拓扑图发动机把握系统、悬架把握系统、制动防抱死把握系统ABS>、牵引力把握系统、ASR把握系统这五个节点是汽车运行的核心部件，对时间响应要求严格，因此将这五个节点组成高速CAN通信网络， 通信波特率设为500 bps 。外表治理系统、故障诊断系统等相对来说对实时性的要求较低，因此这些节点构成中速 CAN通信网络、通信波特率设为128 bps 。中心门锁系统、座椅调剂系统、车灯把握系统对实时性要求不是很严格，它们构成低速通信网络，通信波 特率设为 30 bps 。两个网关跨接高、中、低速三条总线，与各节点进行数据交换。网关通过对CAN总线间待传数据信息的智能化处理，可以确保只有某类特定的信息才能够在网络间传输。2.2 器件选择汽车内部 CAN网络主要由两部分组成： 面对底层 ECU的 CAN节点和实现高低速网络数据共享及网络治理的网关。为了削减开发周期，选择Motorola 公司一款带 CAN模块的中档微处理器MC9S12DP256。 CAN收发器以及电源系统是用MC33989来实现的。微把握器 MC9S12DP256是基于 16 位 HCS1 2 CPU 及 0.25 m微电子技术的高速、高性能5.0 V Flash储备器产品中的中档芯片。其较高的性能价格比使其特殊适合用于一些中高档汽车电子把握系统。同时其较简洁的背景开发模式BDM>也使开发成本进一步降低 , 使现场开发与系统升级变得更加便利。MC9S12DP256的主频高达25 MHz。片上集成了许多标准模块，包括个异步串行通信口SC I 、3 个同步串行通信口SPI、8 通道输入捕捉输出比较定时器、 2 个 10 位 8 通道 A/D 转换模块、 1 个 8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结通道脉宽调制模块、49 个独立数字 I/O 口<其中 20 个具有外部中断及唤醒功能）、兼容CAN2.0A/B 协议的5 个 CAN模块以及 1 个内部 IC 总线模块。片内拥有256 KB 的 Flash EEPROM12 KB 的 RAM、4 KB 的 EEPROM。这些丰富的内部资源和外部接口资源可以中意各种 ECU数据的处理以及发送和接收。由于有多个CAN模块，所以特殊适合做高低速网络之间的网关。Motorola公司的系统级芯片 SBC>MC3398 9 具有二个电源整流器，专为MCU和外围器件供应电源。这个智能化的半导体器件可以供应全部必需的系统电压，内部有一个低噪声的200 mA 整流器用来给 M CU子系统供电。另外，仍有一个把握外部导通晶体管的装置用来给外围设备供电。这个外部导通晶体管答应调整二次电源，使之中意每种特殊应用所需的功耗极限要求。二次供电电源仍能依据要求切断所选外围设备的供电，并以此达到降低功耗的目的。除了供应系统电源外，SBC内部仍集成了一个 1 Mb 的 CAN收发器。该收发器具有主控状态超时检测、内部喜爱惜以及CAN-H和 CAN-L 输入端短路爱惜等功能。收发器内部仍对CAN-H和 CAN-L 输入端进行了跳启、电池反接以及短接至电源或的的爱惜。4 个高压唤醒输入端使器件具备了强大的唤醒功能。这些唤醒输入端的最大耐压能达40 V 。输入端的上拉源能在芯片上产生。由于只需用上拉源就能随时检测开关输入的变化，因此能较好的降低功耗。该器件仍具有周期性唤醒功能。另外，SBC仍供应了针对 MCU的复位调剂与低压检测功能。2.3 CAN 节点的硬件电路设计为了便于调试和演示，节点模块都包括C AN接口、 RS232 接口和液晶显示器。在调试过程中，液晶显示器用来将本的数据和通过CAN总线接收的数据直观的显示出来，RS232 接口在需要的情形下可用来与 PC机建立通信。节点的核心芯片是微处理器MC9S12DP256，主要负责CAN的初始化，完成数据的处理及监控数据的传送。图 2 中 MC33989是 CAN把握器与物理层总线之间的接口。该器件可以供应对总线的差分发送才能和差分接收才能，具有抗汽车环境下的瞬时干扰、爱惜总线的功能。除此之外，它仍为MCU和外围器件供应电源。CAN节点原理框图如图2 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 CAN 节点原理框图2.4 CAN 网关的硬件电路设计网关的主要作用是和谐各个网络之间数据的共享，负责各节点之间的通信，其硬件结构与CA N 节点特殊相像。由于它负责高速与低速网络之间的数据共享，所以，必需同时跨接在两个网络之间。CAN总线网关硬件框图如图3 所示。图 3 CAN 总线网关硬件框图微处理器 MC9S12DP256具有 5 个 CAN模块，这里使用其中的两个：一个通过MC33989与低速网相连，实现与低速网的通信。另一个通过MC33989 与高速网相连，实现高、低速网之间的通信以及对网络的治理。2.5 CAN 网络通信系统软件设计本设计所需实现的功能是各节点发送接收数据，网关能实现数据的转换，实现高、低速网络之间的通信。在试验过程中，假设速率不同的两个网络，数据刷新周期分别为10 ms 的低速网和5 ms 的高速网。软件设计由KEIL C 编写，主程序完成数据的处理和收发，中断程序负责数据的采集，主程序由CAN 总线数据的收发、液晶显示把握、数据帧解读三部分构成。通过中断判定数据的接收或发送，依据高、低速的不同，每隔一段时间<5 ms 或 10 ms ）发送一组新数据。通信程序流程如图4 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 4 通信程序流程结语3、结语为了充分发挥 ECU在汽车把握中的作用， CAN通信网络为全局优化供应了条件。通过试验证明， CAN总线具有以下优点： 组网自由，扩展性强。 自动错误界定，简化了电控单元对通信的操作。 可依据数据内容确定优先权，解决通信的实时性问题。此外， CAN网络仍被众多工业把握系统接受，特殊是传输速率较高而且对实时性及牢靠性要求高的场合，所以CAN总线将有宽敞的应用前景。可编辑资料 - - - 欢迎下载