汽車CAN總線技術研究開題報告

南 京 理 工 大 學 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 學 生 姓 名： 學 號： 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 設計 (論文 )題目 ： 汽車 CAN 總線技術研究 指 導 教 師 : 2005 年 3 月 18 日 開題報告填寫要求 1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2開題報告內容必須用黑 墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于 15篇（不包括辭典、手冊）； 4 有關年月日等日期的填寫，應當按照國標 GB/T 7408 94數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004-03-15”。 畢 業(yè) 設 計（論 文） 開 題 報 告 1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1 汽車上使用網絡系統(tǒng)的必要性 隨著汽車電子技術的不斷發(fā)展，汽車上的電子裝置越來越多。較高檔的汽車中，電子系統(tǒng)的成本已經超過總成本的 20%1，并且增長很快。汽車上新的技術增長點幾乎無一不與電子技術和信息技術的相關。車上電子裝置不斷增加，使得連接這些裝置的電子線路迅速膨脹，線束越來越復雜，布線就越來越困難，在汽車設計，裝配，維修中的負擔甚至到了無法忍受的程度；而且線路以及接頭的 增加是引起安全問題的巨大隱患。另外，線的質量和占用的空間也都成為值得考慮的問題。質量的增加意味著降低汽車的效率；線路直徑太大，在相當運動部分過線非常的困難，如車窗的線束等。 因此，在電子裝置不斷增加的情況下，減少線束成為一個必須要解決的問題。使用傳統(tǒng)的點對點并行連接方法，顯然無法擺脫這種困境，基于串行信息傳輸的網絡結構成為一種必然的選擇 2 車上網絡的發(fā)展現狀 汽車工程師協會（ SAE）按照汽車上網絡系統(tǒng)的發(fā)展，性能從底到高劃分 A 級， B級， C 級， D 級網絡 1。 A 級網絡主要應用于要求價格底，數據傳輸速度， 實時性，可靠性要求較底的情況。如車身系統(tǒng)的門窗和后備箱網絡系統(tǒng)，也可以作為一些傳感器和執(zhí)行器級別的底層局部連接總線使用。 UART 就是典型的 A 級網絡?，F在， UART 在國外的汽車上已經很少使用。 B 級網絡用于對數據傳輸速度要求較高的系統(tǒng)，包括一些車身控制系統(tǒng)，儀表盤，底檔的實時控制系統(tǒng)以及故障診斷系統(tǒng)等。典型的 B 級網絡是 J1850； C 級網絡主要用于可靠性和實時性要求較高的系統(tǒng)，如高檔的發(fā)動機和動力傳動系統(tǒng)的實時控制系統(tǒng)，線控系統(tǒng)等。 CAN 就是典型的 C 級網絡，也是國外現在被最廣泛使 用的一種車上網絡，國內也有了少 量的發(fā)展。 D 級網絡要求傳輸速度 1M 以上，現在還沒有發(fā)展起來。 3 車上 CAN 協議的發(fā)展現狀 3.1 CAN 網絡基礎協議 當提到“ CAN 標準”或“ CAN 協議”時，我們需要理解 ISO 11898 標準中的功能性 7。這個標準包括由 ISO 參考模型的物理層（第一層）和數據鏈路層（第二層），沒有規(guī)定應用層?，F在，數據鏈路層有兩種形式現在都被廣泛使用，一種是具有 11 位 ID 標識符的 BasicCAN，另一種是帶有擴展成 29 位 ID 標識符的高級形式 PeliCAN，各使用者根據不同的要求有不同的選擇。汽車上一般使用 BasicCAN，也有使用 PeliCAN 的。 3.2 CAN 網絡高層協議（應用層） 由于 CAN 也在非汽車自動化中被廣泛使用，幾乎同時產生了幾個較高層協議和開放式系統(tǒng)方法。今天， DeviceNet15， CANopen10 和 SDS15 這三種基于 CAN 的開放式系統(tǒng)已經成熟其標準已經形成。這三個標準給人留下一個印象，那就是它們具有相同的功能性，雖然這三個標準采用的方法不盡相同，最明顯的不同是信息標示符的使用。信息標示符的使用在 SDS 里是基于完整的預定義方式，而在 CANopen 里信息標示符的 使用是向系統(tǒng)設計者或綜合者保持開放， DeviceNet 的信息標示符的使用也自由但相對有些限制?，F在，汽車上使用 DeviceNet 較多。 4 CAN系統(tǒng)的組建方法 4.1 CAN節(jié)點的組成 CAN 節(jié)點主要由 CAN 控制器 16， CAN 驅動器，單片機（或其它智能裝置）組成。在使用 CAN 總線時，首先就要考慮使用什么樣的 CAN 控制器。 CAN 控制器有集成的和獨立的兩種形式，集成的 CAN 控制器成本底，速度快，可靠性高；獨立的 CAN 控制器兼容性好，軟件可以實用于其它系統(tǒng)，適應性強 16。如： Bosch 公司就廣泛使用 集成的 CAN 控制器。 4.2 常見的 CAN網絡結構 網絡結構對系統(tǒng)的特性有很大的影響， CAN 網絡一般使用總線結構，所以 CAN 網絡又稱作 CAN 總線， CAN 總線又有多種連接方法。 CAN 網絡結構選擇的原則是：在同樣的硬件參數下，盡量提高網絡的電磁兼容性。另外，為實現一些特定的要求，有時需要采用一些特殊結構，如無線連接，多終端的星形結構等 1。 5 CAN總線的應用現狀 CAN總線在國外已經被廣泛的研究和接收，在國內也有一些的研究，主要集中在汽車行業(yè)和高等院校。 1995年， 北京航空航天大學的教授鄔寬明指導他的研究生完成了 一個 CAN網絡系統(tǒng)2，用于食堂刷卡機的連網，并且投入使用后獲得了好評。在這之前類似的系統(tǒng)都是使用 RS232進行通信的，其穩(wěn)定性，傳輸速度和傳送距離都不及 CAN總線。 2000年，浙江大學的葛林等三人寫了一篇論文，關于 CAN總線在汽車中的應用研究。研究了 CAN總線的速度 17，抗干擾性和通用性等問題。最后得出結論： CAN總線能夠滿足汽車的需要。 2001年，吉林大學的程芳提出了一個車上控制系統(tǒng) CAN總線通信的實現方法 18。采用 SAEJ1939通信協議在載貨車上實現了 CAN通信，設計了 ABS控制器和變 速器控制器的各個數據的高層通信協議。 2002年，江蘇大學的劉惠等設計了一個基于 CAN總線的客車后置發(fā)動機數據采集顯示系統(tǒng) 19。該系統(tǒng)是汽車局域網 CAN總線在現代客車上的具體應用，采用 89C52單片機+SJA1000CAN控制節(jié)點為核心設計了基于 CAN總線的客車后置發(fā)動機數據采集顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)利用單片機通過傳感器對發(fā)動機的冷卻水溫、機油壓力、轉速、車速等信號進行采集，再用 CAN總線傳輸所有信號，簡化了汽車線束。文中還給出了數據采集通訊軟件。 同一年，中國人民解放軍軍事交通學院的趙慧敏，朱先民，王明國，趙 方庚，姜丁，吳曉等，提出了一種評價 CAN總線系統(tǒng) EMC的一種新方法 20。介紹了評價汽車控制器局域網絡 CAN總線系統(tǒng)電磁兼容性 EMC的基本標準，給出了單線 CAN容錯 CAN和高速CAN等不同 CAN總線系統(tǒng)的測試裝置、評價標準及評價方法。 同一年， Pisa 大學的 F. Baronti, D. Lunardini, R. Roncella and R. Saletti等 ， 寫了一篇關于 CAN總線在摩托車上應用的文章 ： Low-Cost CAN-Based Communication system for High-End Motor-Scooter6. 研究了廉價的 CAN總線在摩托車上使用的可能性。 6 CAN前景展望 盡管 CAN 協議已經有 15 年的歷史，但它仍處在改進之中。現在， CAN 在全球市場上仍然處于起始點，當得到重視時誰也無法預料 CAN 總線系統(tǒng)在下一個 10-15 年內的發(fā)展趨勢。這里需要強調一個現實，近幾年美國和遠東的汽車廠商將會在他們所生產汽車的串行部件上使用 CAN 。另外大量潛在的新應用，例如娛樂，正在呈現。 CAN 不僅可用于客車，也可用于家庭消費。同時，結合高層協議應用的特殊保安系統(tǒng)對 CAN 的需求也正在穩(wěn)健增長。德國專業(yè)委員會 BIA 和德國安全標準權威 TV 已經對一些基于CAN 的保安系統(tǒng)進行了認證， CANopen-Safety10 是第一個獲得 BIA 許可的 CAN 解決方案。 DeviceNet-Safety 也會馬上跟進，全球分級協會的領導者之一 Germanischer Lloyd 正在準備提議將 CANopen 固件應用于海事運輸 8。 參考文獻 : 1 秦貴和 .車上網絡技術北京：機械工業(yè)出版社， 2003 2 鄔寬明 .CAN 總線原理與應用系統(tǒng)設計 .北京 ,北京航空航天大學出版社 ,1996 3 王練 .CAN 在大眾汽車中的應用 .上海大眾 ,2000 4 周立功 .單片機與 TCP/IP 綜合應用技術 .廣州周立功單片機發(fā)展有限公司 ,2003 5 Mohsin M. Jamali, etc. A CAN Based Real-time Embedded System for DC Motor Control. SAE Paper 2002-01-0444 6 F. Baronti, etc. Low-cost CAN-Based Communication System for High-End Motor-Scooter. SAE Paper 2002-01-2154 7 ISO-IS 11898, Road vehicles - Interchange of digital information - Controller Area Network (CAN) for high speed communication, 1993 8 Bosch, CAN specification, Version 2.0, 1991, Robert Bosch GmbH 9 PHILIPS SJA1000 stand-alone CAN controller product specification 2000 Jan 04 10 周立功 . CANstarter-I 開發(fā)套件應用指南 V1.1， 2003 11 饒運濤 .現場總線 CAN 原理與應用技術 .北京航空航天大學出版社， 2003.6 12 廣州周立功單片機發(fā)展有限公司 .SJA1000 獨立的 CAN 控制器 ,2003 13 周立功 .單片機原理與應用設計 .北京航空航天大學出版社 ,2001 14 黃維通 .Visual C+面向對象與可視化程序設計 .清化大學出版社 ,2003 15 CiA DS 201-207,CAN Application Layer for Industrial Applications, 1996 16 PHILIPS. SJA1000 stand-alone CAN controller product specification, 2000 17 葛林 .CAN 通信網絡在汽車中的應用研究 .汽車技術 ,2000 18 程芳 .車輛控制系統(tǒng) CAN 總線通信的實施方法 .汽車工程 ,2001.5 19 劉惠 .基于 CAN 總線的客車后置發(fā)動機數據采集顯示系統(tǒng) ,車輛與動力技術 ,2002 20 趙慧敏，朱先民，王明國，趙方庚，姜丁，吳曉等，評價 CAN 總線系統(tǒng) EMC 的一種 新方法汽車電器， 2001，第 7 期 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1本課題要解決的問題： 對汽車 CAN 總線技術進行研究。自行設計，研制一個典型的汽車電控系統(tǒng)，組建一個由三個 CAN 節(jié)點組成的 CAN 網絡。第一個 CAN 節(jié)點 作為控制中心，它檢測所有的輸入；接收第二個 CAN 節(jié)點的反饋信息并進行處理，系統(tǒng)有三個方面的輸入 : 速度控制 ,正轉 /反轉 , 轉動 /停止。第二個 CAN 節(jié)點根據第一個節(jié)點的指令控制一個馬達，產生各種不同的控制信號；并且監(jiān) 聽傳感器的反饋信號，通過 CAN 總線反饋給第一個節(jié)點 。第三個節(jié)點是以 PC 作為節(jié)點的控制器，用于監(jiān)控整個 CAN 網絡。主要要解決以下幾個問題： 1 熟悉 CAN 總線的傳輸協議。 2 制作 CAN 節(jié)點電路板。 3 選用合適的電機和傳感器。 4 編寫 CAN 控制器的初始化程序。 5 制定本網絡的應用層協議。 6 編寫兩個 MCU 節(jié)點的控制程序。 7 編寫 PC 節(jié)點的 Windows 應用程序。 8 系統(tǒng)調試，并進行相關數據的測試。 2本課題所擬采用的研究手段： 學習，實驗和創(chuàng)新相結合，首先學習相關的知識，可以獲取廣東周立功單片機有 限公司的技術支持。 使用 Keil 軟件進行軟件仿真， 在實驗板 CANstarter-1 上做演示，進行硬件 仿真 。最后完成所以程序，制作電路板完成整個系統(tǒng)。 3通過本課題要完成的目的： 1 綜合運用本科四年所學的基礎知識。 2 提高自己分析與解決問題的能力