汽車can總線設(shè)計(jì).doc

湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)報(bào)告 題 目 汽車CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì) 院 系 汽車工程系 專 業(yè) 汽車電子1004 學(xué)生姓名 向杰 指導(dǎo)教師 冉成科 完成日期 2012年3月23日 目錄概述3實(shí)訓(xùn)要求4第一章 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和原理 41.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 41.2 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用4第二章 CAN總線 42.1 CAN簡(jiǎn)介 52.2汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6第三章CAN總線的維修與檢修 73.1 故障類型及檢測(cè)診斷方法7第四章 CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用84.1摘要84.2 CAN總線技術(shù)的應(yīng)用84.3汽車CAN總線節(jié)點(diǎn)ECU的硬件設(shè)計(jì)84.4CAN總線在國內(nèi)自主品牌汽車中的應(yīng)用9第五章實(shí)訓(xùn)心得 10概述隨著現(xiàn)代汽車中所使用的電子表之間、系統(tǒng)和汽車故障診斷系統(tǒng)之間均需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如使用普通的線索完成這些數(shù)據(jù)之間的交換，線索總長(zhǎng)可能超過1600m，實(shí)現(xiàn)起來是相當(dāng)困難的。為解決這一問題控制系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)越來越多，如發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)、自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）、自動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）和車載多媒體系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與顯示儀，德國的博世（Bosch）公司及幾個(gè)半導(dǎo)體生產(chǎn)商開發(fā)出一種新型的車用控制器CAN。 CAN 是Controller Area Network 的縮寫（以下稱為CAN），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在當(dāng)前的汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對(duì)安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對(duì)可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個(gè)LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。現(xiàn)在，CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場(chǎng)總線是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一,被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，所以它在汽車領(lǐng)域中運(yùn)用只會(huì)越來越廣泛越來越重要。我們作為汽車電子的學(xué)習(xí)者有必要學(xué)好這方面的技術(shù)，這樣才能順應(yīng)汽車高智能化的特點(diǎn)。為自己提升技能。 實(shí)訓(xùn)要求1、描述汽車網(wǎng)絡(luò)的分類與基本特征。2、完成汽車CAN總線系統(tǒng)的維修與檢測(cè)。3、分析汽車CAN控制器與收發(fā)器芯片的基本原理與功能。4、完成汽車CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。 汽車車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和原理 1.1汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述 電子技術(shù)的迅速發(fā)展并在汽車上的廣泛應(yīng)用使得汽車電子化的程度越來越來高，特別是微控制器進(jìn)入汽車領(lǐng)域后，給汽車帶來了劃時(shí)代的變化。同時(shí)，汽車電子設(shè)備的應(yīng)用和不斷增多也導(dǎo)致了汽車布線越來越復(fù)雜，電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性低，故障維修難度增大等問題。為了提高信號(hào)的利用率，大批數(shù)據(jù)信息能在不同的電子控制單元中共享，汽車綜合控制系統(tǒng)中大量的控制信號(hào)能實(shí)時(shí)交換，人們選擇了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。汽車上使用網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)原因是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在說中的廣泛運(yùn)用和智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用。 1.2汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的作用 1、提高控制系統(tǒng)的可靠性，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)后，解決了汽車內(nèi)部存在的集中控制與分散控制的矛盾。2、網(wǎng)絡(luò)組成靈活方便，可針對(duì)不同需要進(jìn)行組合無需對(duì)整車進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。3、降低生產(chǎn)成本，可以最大程度實(shí)現(xiàn)硬件和軟件等資源的共享，節(jié)省傳感器、線束及連接器，減少工作量。 4、擴(kuò)充功能方便，在不增加硬件懂得條件下，修改軟件即可開放新功能、新的子系統(tǒng)。汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見有星形、總線形、和環(huán)形網(wǎng)格形。 CAN總線2.1 CAN簡(jiǎn)介CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network）的簡(jiǎn)稱，是一種串行多主站控制器局域網(wǎng)總線。它具有很高的網(wǎng)絡(luò)安全性、通訊可靠性和實(shí)時(shí)性，而且簡(jiǎn)單實(shí)用，網(wǎng)絡(luò)成本低。特別適用于汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強(qiáng)和振動(dòng)大的工業(yè)環(huán)境。CAN總線是一個(gè)多路傳輸系統(tǒng)，當(dāng)某一單元出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其他單元的工作，CAN總線對(duì)不同數(shù)據(jù)的傳輸速率不一樣，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)和ABS等實(shí)時(shí)控制用數(shù)據(jù)實(shí)施高速傳輸，速率為125K波特-1M波特，對(duì)車身調(diào)節(jié)系統(tǒng)(如空調(diào))的數(shù)據(jù)實(shí)施低速傳輸，傳輸速率在10125K波特，其他如多媒體系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)則為中速傳輸，速率在兩者之間，這樣的區(qū)分提高了總線的傳輸效率。CAN總線的特點(diǎn)CAN總線可有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制。該總線的通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖，其主要特點(diǎn)如下：CAN總線為多主站總線，各節(jié)點(diǎn)可在任意時(shí)刻向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且不分主從；CAN總線采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，高優(yōu)先級(jí)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先傳送數(shù)據(jù)，故實(shí)時(shí)性好；CAN總線具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播傳送數(shù)據(jù)的功能；CAN總線采用短幀結(jié)構(gòu)，每幀有效字節(jié)數(shù)最多為8個(gè)，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間短，并有CRC及其它校驗(yàn)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低；CAN總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤時(shí)，可自動(dòng)脫離總線，而總線上的其他操作不受影響；CAN總線系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)，可直接將新節(jié)點(diǎn)掛在總線上，因而走線少，系統(tǒng)擴(kuò)充容易，改型靈活；CAN總線的最大傳輸速率可達(dá)1Mb/s，直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10km（速率在5kbps以下）；CAN總線上的節(jié)點(diǎn)數(shù)取決于總線驅(qū)動(dòng)電路。在標(biāo)準(zhǔn)幀（11位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）時(shí)可達(dá)到110個(gè)，而在擴(kuò)展幀（29位報(bào)文標(biāo)識(shí)符）時(shí)，個(gè)數(shù)不受限。CAN總線在車控制中的應(yīng)用現(xiàn)代汽車典刑的控制單元有發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、變速器控制模塊、多媒體控制模塊、氣囊控制模塊、空調(diào)控制模塊、巡航控制模塊、車身控制模塊（包括照明指示和車窗、刮雨器等）、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）防滑控制系統(tǒng)（ASR）等。完善的汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)。汽車CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖本系統(tǒng)中，CAN節(jié)點(diǎn)采用： ECU（AT89C51）CAN控制器（SJA1000）CAN收發(fā)器（PCA82C250）的電路結(jié)構(gòu)。CAN總線控制器、總線驅(qū)動(dòng)器和單片機(jī)連接基本方法如圖2所示。車身控制模塊中的CAN應(yīng)用層協(xié)議協(xié)議原則本協(xié)議遵循CAN2.0B規(guī)范，根據(jù)車身控制模塊的特點(diǎn)，采用源目的方法，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己固定的標(biāo)識(shí)地址，且節(jié)點(diǎn)數(shù)小于64，設(shè)計(jì)時(shí)可將中央控制模塊設(shè)為主節(jié)點(diǎn)，而將車門、電動(dòng)座椅子模塊及自檢子模塊設(shè)置為從節(jié)點(diǎn)。本協(xié)議可完成以下功能：（1）特定信息的廣播；（2）主從節(jié)點(diǎn)之間的連接；（3）主從節(jié)點(diǎn)之間的信息交換（包括故障信息）。第三章 CAN總線的維修與檢修3.1 故障類型及檢測(cè)診斷方法1.1故障類型：裝有CAN-BUS多路信息傳輸系統(tǒng)的車輛出現(xiàn)故障，維修人員應(yīng)首先檢測(cè)汽車多路信息傳輸系統(tǒng)是否正常。一般引起汽車多路信息傳輸系統(tǒng)故障的原因有三種：一是汽車電源系統(tǒng)引起的故障；二是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路故障；三是汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)故障。2、診斷步驟：1了解該車型的汽車多路傳輸系統(tǒng)的特點(diǎn)。2汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的功能。3檢查汽車電源系統(tǒng)是否存在故障。4檢查汽車多路信息傳輸系統(tǒng)的鏈路是否存在故障，采用替換法或采用跨線法進(jìn)行檢測(cè)。5如果是節(jié)點(diǎn)故障，只能采用替換法進(jìn)行檢測(cè)。 第四章 CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用4.1摘要摘要 CAN總線技術(shù)因具備獨(dú)特的設(shè)計(jì)、較高的可靠性及特性，適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)備的互連。眾多知名品牌汽車也已采用CAN總線技術(shù)。文中分析了CAN總線的發(fā)展和汽車CAN總線技術(shù)的特征，對(duì)CAN總線在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探討。關(guān)鍵詞 CAN總線；汽車電子；智能系統(tǒng) CAN總線是國際上應(yīng)用較為廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛本身的控制。對(duì)于汽車工業(yè)而言，它的實(shí)時(shí)性、靈活性、可靠性以及低成本，有著較大的市場(chǎng)空間。如發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN總線控制裝置。4.2 CAN總線技術(shù)的應(yīng)用 國外知名汽車基本都已經(jīng)采用了CAN總線技術(shù)，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內(nèi)汽車品牌，例如奇瑞等公司也已經(jīng)有幾款車型應(yīng)用了總線技術(shù)。CAN總線技術(shù)就是通過遍布車身的傳感器，將汽車的各種行駛數(shù)據(jù)發(fā)送到“總線”上，在這個(gè)信息共享平臺(tái)上，凡是需要這些數(shù)據(jù)的接收端都可以從“總線”上讀取需要的信息，從而使汽車的各個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)作、信息共享、保證車輛安全行駛、舒適和可靠。一般來說，越高檔的車配備的CAN_BUS數(shù)量越多，價(jià)格也越高，如途安、帕薩特等車型當(dāng)中都配備了多個(gè)CAN總線。4.3汽車CAN總線節(jié)點(diǎn)ECU的硬件設(shè)計(jì) 汽車CAN總線研發(fā)的核心技術(shù)就是對(duì)帶有CAN接口的ECU進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中ECU的CAN總線模塊由CAN控制器和CAN收發(fā)器構(gòu)成。CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線之間需CAN收發(fā)器作為接口，它實(shí)現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換。4.4CAN總線在國內(nèi)自主品牌汽車中的應(yīng)用 由于受成本控制、技術(shù)實(shí)力等因素的限制，CAN_BUS總線技術(shù)一般都出現(xiàn)在國外高端汽車，在A級(jí)及以下級(jí)別車型當(dāng)中，該項(xiàng)技術(shù)大多出現(xiàn)在合資品牌當(dāng)中，如POLO、新寶來等。在自主品牌中，采用CAN總線技術(shù)的車型中很少，風(fēng)云2則是其中的代表車型。風(fēng)云2 CAN總線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、ABS、車身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車信息及時(shí)共享。在風(fēng)云2的組合儀表盤當(dāng)中，階段里程、未關(guān)車門精確顯示、安全帶未系提醒等20多項(xiàng)信息全部可以顯示，比同級(jí)產(chǎn)品增加一倍，這樣增加了駕駛過程中的安全度。 另外，在CAN總線技術(shù)的幫助下，內(nèi)部各種傳感器實(shí)現(xiàn)信息共享后，大大減少了車體內(nèi)線束和控制器的接口數(shù)量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。打開發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，看到的是清晰簡(jiǎn)潔的艙內(nèi)布局。維修方面，CAN總線技術(shù)的應(yīng)用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能管家系統(tǒng)符合歐美OBDII標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷的功能。在車輛發(fā)生故障后，各個(gè)控制器通過CAN總線智能管家系統(tǒng)存儲(chǔ)故障代碼，由專業(yè)人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準(zhǔn)確地查找到故障點(diǎn)，第一時(shí)間排除故障。利用CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應(yīng)速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應(yīng)的降低了維修成本；而且，先進(jìn)集成技術(shù)的應(yīng)用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強(qiáng)了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。第五章實(shí)訓(xùn)心得時(shí)光飛逝，又是一個(gè)星期的單片機(jī)學(xué)習(xí)過去了，本次汽車單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的實(shí)訓(xùn)也拉下了帷幕。這次的實(shí)訓(xùn)使我對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)有了很深的理解，知道了它在今后汽車領(lǐng)域的發(fā)展的重要性。這周里我著重對(duì)汽車CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)