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| CAN总线在汽车车身控制中的应用 | |
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一、引言
20世纪80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置（ABS）、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等等。在这种情况下，如果仍采用常规的布线方式，即电线一端与开关相接，另一端与用电设备相通，将导致车上电线数目的急剧增加，使得电线的质量占整车质量的4％左右。另外，电控系统的增加虽然提高了轿车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。为此，改革汽车电气技术的呼声日益高涨。因此，一种新的概念——车用控制器局域网络CAN应运而生。
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network）的简称，它是由德国Bosch公司及几个半导体生产商开发出来的，CAN总线是一种串行多主站控制器局域网总线。它具有很高的网络安全性、通讯可靠性和实时性，而且简单实用，网络成本低。特别适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。
二、CAN总线的技术特点
CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下：
·CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从；
·CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好；
·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；
·CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低；
·CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响；
·CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活；
·CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）；
·CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。
三、车身系统的CAN控制设计
1. CAN总线网络系统架构
现代汽车典刑的控制单元有发动机控制模块、变速器控制模块、多媒体控制模块、气囊控制模块、空调控制模块、巡航控制模块、车身控制模块（包括照明指示和车窗、刮雨器等）、防抱死制动系统（ABS）防滑控制系统（ASR）等。完善的汽车CAN总线网络系统架构如图1所示。图1 汽车CAN总线网络系统架构2. CAN节点的硬件架构
本系统中，CAN节点采用：
ECU（AT89C51）＋CAN控制器（SJA1000）＋CAN收发器（PCA82C250）的电路结构以下是其核心芯片简介：
（1）CAN控制器
为了系统进一步扩展的需要，可选取支持CAN 2.0B通讯协议的芯片SJA1000。SJA1000是PHILIPS公司生产的既支持CAN 2.0B，又支持CAN 2.0A的CAN控制器，它与仅支持CAN 2.0A的CAN控制器PCA82C200在硬件和软件上完全兼容。
（2）CAN收发器
PCA82C250是PHILIPS推出的CAN控制器和物理总线接口芯片，可提供对总线的差分发送和接收。它与ISO 11898标准完全兼容，并有高速、斜率控制和待机3种不同的工作方式，可根据实际情况选择。
（3）单片机AT89C51
AT89C51是ATMEL公司的单片机。它是一种低功耗、高性能、内含4KB闪速存储器的8位CMOS微控制器，与工业标准MCS－51指令系统和引脚完全兼容。AT89系列的优越性在于其片内闪速存储器可进行1000次的编程与擦除，且数据不易丢失，数据可保存10年。
CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接基本方法如图2所示。图2 CAN总线控制器、总线驱动器和单片机连接图三、车身控制模块中的CAN应用层协议
1. 协议原则
本协议遵循CAN2.0B规范，根据车身控制模块的特点，采用源→目的方法，每个节点都有自己固定的标识地址，且节点数小于64，设计时可将中央控制模块设为主节点，而将车门、电动座椅子模块及自检子模块设置为从节点。本协议可完成以下功能：
（1）特定信息的广播；
（2）主从节点之间的连接；
（3）主从节点之间的信息交换（包括故障信息）。
本协议采用帧优先原则分配标识符，每一帧标识符中的高四位表示帧类型，不同帧类型有不同的优先权，优先权决定了各种信息帧在同等情况下的发送顺序，协议中的29位标识符的分配如下：
帧类型（4位）＋目的地址（6位）＋源地址（6位）＋命令（或状态、报告）属性（13位）[或数据属性＋分段标志＋分段号（共13位）]。
对所有的命令或状态、数据、报告属性、除定时采集发送的数据外，原则上均需应答（发送确认帧以保证通讯正常）。
2. 帧格式仲裁场和控制场定义
仲裁场由29位标识符ID28－ID0以及SRR、IDE和RTR组成，SJA1000中的寄存器17－21用来存放扩展帧格式帧信息的标识符。发送时，SRR＝1，IDE＝1，RTR＝1/0（远程帧/数据帧）。标识符中的ID28－ID25为车身控制模块交换报文的帧类型（共4位）。ID24－ID19为车身控制模块中帧信息使用者的地址（或称为目的地址，共6位）。ID18－ID13为车身控制模块中帧信息发送者的地址或称为源地址（共6位）。ID12－ID5为车身控制模块中交换的命令、状态、数据或报告属性（共8位），ID4位需附加命令或状态、数据、报告属性时的分段标志。ID3－ID0为附加命令或状态、数据、报告属性的分段号（共4位）。当ID4＝0时，ID3－ID0控制场、数据寄存器0－7有效。对于远程帧，则可忽略ID4－ID0以及控制场的值。SJA1000的寄存器16低四位DLC3－DLC0可构成控制场，以决定数据帧的数据长度。
3. 车身控制模块CAN2.0B通讯报文约定
按车身控制模块的节点要求，通讯的信息帧分为表1所列的6种，表1中的优先级按序号从高到低排列。其目的地址和源地址的分配见表2所列。 表1 车身控制模块帧模型 （图片）表2 车身控制模块各节点地址分配 （图片）表3 中央控制模块与诊断模块通讯 （图片）表4 正常工作时各节点通讯协议约定 （图片） | |
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