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计算机控制系统论文——CAN总线在汽车制造业的应用 1 CAN总线在汽车制造业的应用 现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一被誉为自动化领域的计算机局域网。
它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。
CANController Area Network属于现场总线的范畴它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。
那么什么是can总线呢 CAN是控制器局域网络Controller Area Network CAN的简称是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的并最终成为国际标准ISO1188。
是国际上应用最广泛的现场总线之一。
在北美和西欧CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
近年来其所具有的高可靠性和良好的错误检测能力受到重视被广泛应用于汽车计算机控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。
CAN 与其他现场总线比较的主要特性 1传输速率最高 1Mbps/40m单根双绞线距离最远可达 10km/5kbps。
2节点数达 110 个受限于总线驱动能力传输介质为双绞线或光纤。
3CAN 采用点对点、一点对多点及全局广播几种数据收发方式。
4CAN 可实现全分布式多机系统并且无主、从机之分每个节点均主动发送报文可方便地构成多机备份系统。
5CAN 采用非破坏性总线仲裁技术两个节点同时上传送数据时优先级低的节点主动停止数据发送优先级高的节点可不受影响地继续传输数据有效避免了总线冲突。
6具有可靠的错误检测和处理机制CRC 循环冗余校验。
7短帧结构每一帧的有效字节数为8个受干扰的概率低 8节点具有自动关闭功能在错误严重时。
9CAN 器件丰富有带 CAN 的单片机82C200、CAN 控制器 SJA1000、收发器TJA1050、CAN I/O器件82C150等。
计算机控制系统论文——CAN总线在汽车制造业的应用 2 自上世纪80年代以后汽车领域得到了飞速的发展而单片机与集成电路都广泛应用于汽车上。
防抱死制动装置、电子燃油喷射装置、主动悬架、安全气囊装置、电控门窗装置等等这些电子控制单元在汽车上的应用也越来越多但是常规的布线方式已经不适于飞速发展的汽车。
原始的布线方式为电线一端与开关连接另一端与欧诺供电设备连接这种连接方式大大增加了电线的数量有的重量甚至达到了60公斤左右从而使得电线的重量占汽车总比重的4左右虽然在一定程度上电控系统确实确实增加了汽车的经济型、动力性、舒适性但是他复杂的线路将提高维修的难度也降低了汽车的可靠性。
在此环境的影响下越来越多人想要运用一种新兴的概念——CAN来解决此问题。
CAN总线已经作为汽车的一种标准设备列入汽车的整体设计中。
对此很多世界级的半导体厂商专门针对CAN总线在汽车上的应用提出了自己的全套解决方案。
下图是某半导体公司的汽车网络解决方案。
通过上图可以看到蓝色较粗线代表CAN总线它连接了传动装置控制单元、灯控单元、门控单元、座椅控制单元以及仪表盘控制单元等等。
CAN管理结构 图1中的发动机、自动变速器、安全气囊、ABS系统等都是现代汽车动作的核心部件对时间响应要求严格因而在本设计中采用传输速率为1000Kbps的高速CAN通信网络。
空调控制、雨刷控制、照明控制和仪表管理控制等相对来说计算机控制系统论文——CAN总线在汽车制造业的应用 3 对实时性要求较低采用传输速率小于125 Kbps的CAN通信网络主控制器跨接高、低速两条总线与各节点进行数据交换兼起网关作用实现网络互连。
图 1 硬件架构 CAN接口电路采用技术成熟应用广泛SJAl0006N137P82C250组成接口电路。
但是CAN总线两端务必跨接120欧终端电阻。
应用系统编程电路 P89C668FLASH空间OXFCOO0XFFFF烧写入1K字节Boot Rom程序PHILIPS提供编程软件由串行口通讯就可以实现程序线升级。
串行数据通讯波特率可达38400bps。
晶振和复位电路复位电路采用X25045芯片进行智能控制。
本节点用到X25405前两个功能构成可靠复位电路。
开关数字量模拟量检测电路汽车节点开关器件特别复杂和繁多而电流检测水温油位传感器信号都是非线性模拟信号可靠实时对这些开关模拟量进行检测成为汽车电子硬件必须解决问题。
软件结构 系统程序结构分为四个部分CAN通讯程序包括应用层协议SJAl000通讯外围接口程序所有检测芯片和驱动芯片驱动中断服务程序处理开关信号以及故障报警等消息主程序完成系统初始化和任务调度喂狗等如图2所示。
计算机控制系统论文——CAN总线在汽车制造业的应用 4 图 2 目前汽车上的网络连接方式主要采用2条CAN一条用于驱动系统的高速CAN速率达到500kb/s另一条用于车身系统的低速CAN速率是100kb/s。
驱动系统CAN主要连接对象是发动机控制器ECU、ABS控制器、安全气囊控制器、组合仪表等等它们的基本特征相同都是控制与汽车行驶直接相关的系统。
车身系统CAN主要连接和控制的汽车内外部照明、灯光信号、雨刮电机等电器。
目前驱动系统CAN和车身系统CAN这两条独立的总线之间设计有网关以实现在各个CAN之间的资源共享并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。
驾车者只要看看仪表板就可以知道各个电控装置是否正常工作了。
然而对于许多基本的汽车应用而言由于CAN总线的实现成本较高并非都需要用CAN节点来实现连接。
飞思卡尔汽车电子市场部经理康晓敦说CAN总线的实现成本较高做一个节点MCU需要带CAN数字接口至少20多元加上CAN收发器七八元因此一个CAN节点芯片需要30多元左右。
随着节点数的增加这部分成本会增加许多而LIN局部互联网络对MCU要求的资源很少普通的串行口就可以做一般LIN子节点所用的MCU只需要几元。
并且LIN总线正是针对相对简单的应用而设计的。
因此在CAN/LIN网络中CAN节点可连接发动机、变速箱、仪表盘等LIN节点来连接门窗、后视镜、车灯等。
这是综合汽车成本、性能方面的权衡之举。
计算机控制系统论文——CAN总线在汽车制造业的应用 5 在国外汽车总线技术已经基本形成了统一的标准硬件接口也已统一芯片也已定型、量产。
目前国内许多汽车电子厂商都在开发CAN总线系统各个产品正在陆续推出。
就中国而言汽车总线更是一项朝阳产业有着无限的前景相信总线系统在中国的普及应用为期不远。
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