碩士學(xué)位論文基于CAN總線的車(chē)載信息系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、 （申請(qǐng)工學(xué)碩士學(xué)位論文） 基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng) 的研究與設(shè)計(jì) 培培養(yǎng)養(yǎng)單單 位位 ：信息工程學(xué)院：信息工程學(xué)院 學(xué)學(xué)科科專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) ：通信與信息系統(tǒng)通信與信息系統(tǒng) 研研 究究生生 ： 指指導(dǎo)導(dǎo)教教 師師 ： 2012 年 4 月 基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 湯 波 武漢理工大 學(xué) 獨(dú) 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作 及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包 含為獲得武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材 料。與我一同工作的同志對(duì)本研究

2、所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作 了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 簽 名： 日 期： 學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子 版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位 論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或 其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn) 可的國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì) 公眾提供信息服務(wù)。 （保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定） 研究生（簽名）： 導(dǎo)師（簽名）： 日期 中文摘要中文摘要 車(chē)載信息系統(tǒng)是用于汽車(chē)行駛過(guò)程中

3、將車(chē)身的各種狀態(tài)信息進(jìn)行采集、處 理、通信、顯示及存儲(chǔ)的信息控制系統(tǒng)。作為車(chē)載信息系統(tǒng)極為重要的一部分， 汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義，而先進(jìn)傳感技術(shù)的采用推動(dòng)了汽車(chē)電子 技術(shù)的發(fā)展，隨之而來(lái)的是車(chē)載信息系統(tǒng)變得越來(lái)越完善。 車(chē)載信息系統(tǒng)早已向著智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展：先進(jìn)傳感技術(shù)制造的 汽車(chē)電子儀器采集車(chē)身信息；數(shù)字儀器顯示方式代替指針表顯示；汽車(chē)行駛過(guò) 程中車(chē)身信息存儲(chǔ)為汽車(chē)行駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)分析提供了依據(jù)等。從發(fā)展中可了解 到車(chē)載信息系統(tǒng)的研究和發(fā)展方向：采用先進(jìn)傳感技術(shù)給駕駛員提供盡可能豐 富和精確的車(chē)身狀態(tài)信息；各類(lèi)總線的采用為總線通信技術(shù)在汽車(chē)上的應(yīng)用提 供了相關(guān)的研究資料；車(chē)身

4、信息的集中顯示給駕駛員提供了方便的交流界面； 車(chē)身信息的存儲(chǔ)為研究人員對(duì)汽車(chē)行駛時(shí)的狀態(tài)的分析提供了數(shù)據(jù)依據(jù)等?？?體說(shuō)來(lái)，車(chē)載信息系統(tǒng)在汽車(chē)上的應(yīng)用從多方面為駕駛員及相關(guān)研究人員提供 了方便。 車(chē)載信息系統(tǒng)的構(gòu)建包括車(chē)身信息采集、數(shù)據(jù)的總線通信、信息的液晶顯 示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本論文致力于車(chē)載信息系統(tǒng)的研究，深入討論了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思 想與實(shí)現(xiàn)方式，提出采用 can 總線通信方式，通過(guò)檢測(cè)模塊來(lái)采集車(chē)體信息。 設(shè)計(jì)出集信息采集，數(shù)據(jù)通信和顯示為一體的車(chē)載信息系統(tǒng)。本論文的主要研 究工作包括：車(chē)身信息檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)、ican 通信協(xié)議的應(yīng)用和顯示模塊的 設(shè)計(jì)。系統(tǒng)針對(duì)車(chē)身環(huán)境設(shè)計(jì)多個(gè)適用于汽車(chē)的傳感模

5、塊，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的 can 總線通信接口電路與其他模塊進(jìn)行通信，將采集的信息數(shù)據(jù)集中顯示。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)個(gè)適用于車(chē)身環(huán)境的車(chē)身信息檢測(cè)模塊，研究了現(xiàn)代傳感技 術(shù)在汽車(chē)電子儀器制造方面的應(yīng)用；系統(tǒng)采用 ican 協(xié)議通信，在數(shù)據(jù)通信的 穩(wěn)定性和可靠性上與其他類(lèi)型的總線相比有無(wú)法比擬的優(yōu)越性；液晶顯示屏代 替了傳統(tǒng)的機(jī)械指針式儀表，為駕駛員提供更方便有效率的界面，可觀性更強(qiáng)。 本論文在介紹車(chē)載信息系統(tǒng)的同時(shí)為汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展方向提供了一個(gè)參考 的方向，也為 can 總線在車(chē)載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的研究提供了參考。 關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：車(chē)載信息系統(tǒng)，汽車(chē)電子技術(shù)，傳感技術(shù)，can 總線通信技術(shù)， ican 通信協(xié)

6、議 abstract vehicle information system is a control system used for information collection, information processing, data communication, information display and storage of the information of driving car. as a very important part of vehicle information system, the development of vehicle electronic tech

7、nology plays an important role. advanced sensor technologies promoted the development of vehicle electronic technology, the attendant is vehicle information system become more and more perfect. now, vehicle information system is more and more intelligent and digital; advanced sensor technology used

8、to produce more advanced vehicle electronic instruments for gathering vehicle information; convenient digital instrument replaced the previous pointer table display; storage of information of driving car provides evidence for data analysis. thus we can understand the development direction of vehicle

9、 information system: the advanced sensor technology used to collect accurate information of vehicle; the application of various types of bus on the vehicle provided research data of bus communication technology. the display of collected vehicle information provided convenience communication interfac

10、e for driver; the storage of the driving car information provide data basis for researchers analysis. application vehicle information system on car provided convenience for the drivers and researchers. vehicle information system included such parts: vehicle information collection, data communication

11、, display vehicle information and data storage. this thesis is devoted to the research of vehicle information system, it discusses the way of system design and implementation, such as use can bus for communication mode, gather vehicle information from sensor instrument, design a vehicle information

12、system that can combination vehicle information collection, data communication and information display. the main work of this thesis includes: design several vehicle information sensor, application ican communication protocol in system, design display module of vehicle information. all sensor module

13、 design for vehicle is based on automobile environment, through the rational design of hardware electro circuit for receiving and transmitting by can-bus, we can communicate with other module and display the collected information and data. system designed several sensor module that suit for vehicle

14、environment, researched the application of advanced sensor technique in vehicle electronic instrument manufacturing; ican communication protocol had been used for system design, it provided more stability and reliability then other can-bus communication protocol in this system; observable liquid cry

15、stal display (lcd) instead of the traditional mechanical pointer type instrument provided convenient and efficient interface, for the driver. this thesis not only introduces the vehicle information system, provide a reference for the development direction of vehicle electronic technology, but also p

16、rovided reference for the can-bus in vehicle network. key word: vehicle information system, vehicle electronic technology，sensing technology, can-bus communication technology, ican communication protocol 目目 錄錄 第第 1 章章 緒緒 論論 .1 1.1 車(chē)載信息系統(tǒng)研究的背景及意義.1 1.2 汽車(chē)電子技術(shù)及車(chē)用總線國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀.2 1.3 can 總線及ican 協(xié)議的介紹.5

17、1.4 論文組織結(jié)構(gòu).8 第第 2 章章 車(chē)載信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析車(chē)載信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析.10 2.1 系統(tǒng)總體功能分析.10 2.2 系統(tǒng)的通信架構(gòu)分析.10 2.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析.10 2.2.2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分配 .11 2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分析.13 2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析.14 2.5 本章小結(jié).14 第第 3 章章 車(chē)載信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)車(chē)載信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).16 3.1 can 通信接口和電源硬件設(shè)計(jì).16 3.1.1 can 總線通信接口的設(shè)計(jì).16 3.1.2 電源模塊設(shè)計(jì) .18 3.2 主屏顯示模塊硬件設(shè)計(jì).18 3.3 車(chē)身信息檢測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì).21 3.3.1

18、電源電量檢測(cè)模塊硬件設(shè)計(jì).21 3.3.2 雙電瓶隔離模塊硬件設(shè)計(jì).27 3.3.3 水位檢測(cè)模塊設(shè)計(jì).30 3.3.4 溫度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì).35 3.3.5 濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì).38 3.4 本章小結(jié).39 第第 4 章章 車(chē)載信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)車(chē)載信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).41 4.1 系統(tǒng)各模塊的軟件設(shè)計(jì).41 4.1.1 主屏顯示模塊軟件設(shè)計(jì).41 4.1.2 電池電量檢測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì).43 4.1.3 雙電平隔離器模塊軟件設(shè)計(jì).45 4.1.4 水位檢測(cè)模塊和濕度檢測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì).46 4.1.5 溫度檢測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì).47 4.2 ican 通信的軟件設(shè)計(jì).47 4.3 本章小結(jié).50 第第 5

19、 章章 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果 .51 5.1 檢測(cè)模塊功能調(diào)試.51 5.1.1 電池電量檢測(cè)模塊調(diào)試.51 5.1.2 雙電瓶隔離模塊調(diào)試.51 5.1.3 水位檢測(cè)模塊調(diào)試.53 5.2 主屏顯示模塊調(diào)試.53 5.3 ican 通信功能調(diào)試.54 5.4 本章小結(jié).56 第第 6 章章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 .57 6.1 全文工作總結(jié).57 6.2 后續(xù)工作的展望.57 致致 謝謝 .59 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .60 第第 1 章章緒緒 論論 隨著科技的日益發(fā)展，各類(lèi)電子儀器逐漸與人們的日常生活相結(jié)合，使用 范圍也日益廣泛。與人們生活緊密相關(guān)的出行工具汽車(chē)采用的電子儀器也 越來(lái)越多，

20、車(chē)載信息系統(tǒng)就是在這種情況下產(chǎn)生的。汽車(chē)上車(chē)載信息系統(tǒng)的應(yīng) 用極大的方便了駕駛員的行車(chē)駕駛。隨著汽車(chē)制造行業(yè)的飛速發(fā)展和汽車(chē)的普 及，車(chē)載信息系統(tǒng)的重要性也越來(lái)越大。通過(guò)近半年查閱有關(guān)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和調(diào) 查國(guó)內(nèi)汽車(chē)車(chē)載信息系統(tǒng)的發(fā)展情況了解到：隨著交通部門(mén)對(duì)汽車(chē)車(chē)輛信息的 重視越來(lái)越高，車(chē)載信息系統(tǒng)的研發(fā)已經(jīng)成為汽車(chē)車(chē)載系統(tǒng)領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)1。 從動(dòng)力控制系統(tǒng)到傳動(dòng)控制系統(tǒng)，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)到必要的安全 保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，從電源管理系統(tǒng)到為提高出行和生活舒適性而作的 各種努力等各方面來(lái)看，汽車(chē)電氣系統(tǒng)早已形成了一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)。作為汽 車(chē)電氣系統(tǒng)重要組成部分的車(chē)載信息系統(tǒng)的數(shù)字化、智

21、能化已成為趨勢(shì)所向2。 隨之而來(lái)的是各種針對(duì)特殊情況和需求的汽車(chē)電子儀器不斷的被設(shè)計(jì)和創(chuàng)造出 來(lái)，應(yīng)用新型汽車(chē)電子儀器的車(chē)載信息系統(tǒng)也不斷的被開(kāi)發(fā)和裝載到車(chē)輛上。 論文描述的基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)是針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間在野外行駛車(chē)輛 的需求而設(shè)計(jì)的。本系統(tǒng)為駕駛員提供車(chē)輛上有利于長(zhǎng)時(shí)間野外行車(chē)的信息， 根據(jù)這些信息駕駛員能有計(jì)劃的用車(chē)。本系統(tǒng)還針對(duì)野外行車(chē)時(shí)的一些特殊情 況設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決措施，從而保障行車(chē)正常。 1.1 車(chē)載信息系統(tǒng)研究的背景及意義車(chē)載信息系統(tǒng)研究的背景及意義 20 世紀(jì) 90 年代初，美國(guó)和德國(guó)開(kāi)發(fā)了完整的數(shù)字式汽車(chē)車(chē)載信息系統(tǒng)， 用以方便于汽車(chē)駕駛員的駕駛。目前這種技術(shù)又

22、得到修正和完善。就國(guó)外水平 來(lái)講，車(chē)載信息系統(tǒng)的實(shí)體形式早已在美洲和歐共體試用多年。自 1999 年開(kāi) 始，美國(guó)的 ford 汽車(chē)公司開(kāi)始在它的車(chē)輛上安裝車(chē)載信息系統(tǒng)，美國(guó)其他一些 知名汽車(chē)公司也開(kāi)始在部分車(chē)上試裝車(chē)載信息系統(tǒng)。德國(guó)、美國(guó)和瑞典的汽車(chē) 在 2001 年也將相繼安裝車(chē)載信息系統(tǒng)3。就國(guó)內(nèi)這方面的發(fā)展來(lái)講，研發(fā)汽車(chē) 車(chē)載信息系統(tǒng)的廠家較少?？紤]到中國(guó)強(qiáng)大的汽車(chē)市場(chǎng)和發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)該 對(duì)汽車(chē)車(chē)載信息系統(tǒng)的市場(chǎng)持積極的態(tài)度4。 隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)車(chē)載信息系統(tǒng)向著電子化、數(shù)字化的趨 勢(shì)發(fā)展，所以促進(jìn)汽車(chē)車(chē)載信息系統(tǒng)智能化和數(shù)字化的研究將成為今后車(chē)載信 息系統(tǒng)的主要課題5。

23、本論文的內(nèi)容以汽車(chē)電氣系統(tǒng)中的車(chē)身信息采集和應(yīng)用各種傳感技術(shù)的汽 車(chē)電子儀器為研究和設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，采用了 can 總線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)出針對(duì) 特殊需求車(chē)輛，集車(chē)身信息采集、傳輸、顯示與控制為一體的系統(tǒng)。論文首先 從車(chē)輛需求的車(chē)載信息系統(tǒng)采用的汽車(chē)電子儀器開(kāi)始，分析了傳感器信號(hào)采集 的工作原理和方式，設(shè)計(jì)了針對(duì)特殊車(chē)輛車(chē)身信息的檢測(cè)模塊，通過(guò) can 總 線通信將檢測(cè)的車(chē)身信息送入顯示模塊整合顯示，使所需車(chē)身信息一目了然6。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足了長(zhǎng)時(shí)間野外行駛車(chē)輛的需求，也為車(chē)載信息系統(tǒng)的數(shù)字化、 智能化研究提供了良好的參考。 1.2 汽車(chē)電子技術(shù)及車(chē)用總線國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀汽車(chē)電子技術(shù)及車(chē)用總線

24、國(guó)內(nèi)外的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著科技的高速發(fā)展，人們生活水平日益提高，汽車(chē)作為日常出行的代步 工具逐漸普遍化。伴隨科技發(fā)展，汽車(chē)動(dòng)力性能逐漸提高，人們漸漸對(duì)汽車(chē)產(chǎn) 業(yè)提出了其他方面的要求。汽車(chē)電子技術(shù)正是用于滿足人們的這些要求而產(chǎn)生 的。各種汽車(chē)電子儀器不斷的被設(shè)計(jì)出來(lái)，應(yīng)用于在車(chē)輛，使汽車(chē)不斷的電子 化。這些汽車(chē)電子儀器應(yīng)用于汽車(chē)上有利于增加汽車(chē)的駕駛安全性、降低燃料 消耗、減少尾氣排放和增加駕乘的舒適性和便捷性等。如今，汽車(chē)電子化已被 公認(rèn)為汽車(chē)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的重要進(jìn)步，汽車(chē)電子技術(shù)作為衡量現(xiàn)代汽車(chē)各方 面技術(shù)水平的一個(gè)重要標(biāo)志，是現(xiàn)今汽車(chē)產(chǎn)業(yè)用來(lái)開(kāi)發(fā)新類(lèi)型產(chǎn)品，改進(jìn)汽車(chē) 總體性能最重要的技術(shù)手

25、段和措施7。 汽車(chē)電子技術(shù)基礎(chǔ)來(lái)源于半導(dǎo)體行業(yè)、傳感器和軟件行業(yè)等電子技術(shù)行業(yè) 的發(fā)展，是一個(gè)復(fù)雜、多門(mén)類(lèi)、知識(shí)度密集的高新技術(shù)領(lǐng)域。汽車(chē)電子技術(shù)涉 及電子、機(jī)械、通信、計(jì)算機(jī)等多個(gè)前沿學(xué)科。新一代的汽車(chē)被稱(chēng)為電子化汽 車(chē)，是先進(jìn)的汽車(chē)工業(yè)和電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 圖 1-1 車(chē)身電子儀器應(yīng)用分布圖 汽車(chē)的出現(xiàn)改變了世界，而改進(jìn)汽車(chē)并使其發(fā)生巨大變化的是電子信息化。 汽車(chē)廣泛地采用電子信息技術(shù)，用來(lái)提升總體性能和增添各種服務(wù)功能，以滿 足人們各方面的方面的需求。如今，汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展以提高舒適性、節(jié)能 性、環(huán)保性、安全性這四個(gè)方面為主題。汽車(chē)電子化正是圍繞這四個(gè)方面，逐 步的提升汽車(chē)的總體性

26、能8。汽車(chē)電子化的實(shí)現(xiàn)有賴(lài)于電子控制單元 ecu（electric control unit）技術(shù)的發(fā)展。電子控制單元的核心是微控制器，而 汽車(chē)是使用微控制器最多的行業(yè)之一。 隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在汽車(chē)上的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)電子化的程度越 來(lái)越高，從發(fā)動(dòng)機(jī)控制到傳動(dòng)系統(tǒng)控制，從行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全 保證系統(tǒng)及儀表報(bào)警系統(tǒng)，從電源管理到為了提高舒適性而進(jìn)行的各種研究， 使汽車(chē)電子系統(tǒng)成為了一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)除了各自的電源線外， 還需要相互之間通信。但是傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)大多采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的單一通信方式， 相互之間少有聯(lián)系，這樣必然造成龐大的布線系統(tǒng)。不難想象，若仍沿用常規(guī) 的點(diǎn)對(duì)

27、點(diǎn)的布線法進(jìn)行布線，那么整個(gè)汽車(chē)的布線將極其冗繁。無(wú)論從電氣布 線材料成本還是整體的工作效率來(lái)看，傳統(tǒng)布線方法都將不能適應(yīng)如今汽車(chē)產(chǎn) 業(yè)的高速發(fā)展。若采用總線的方式布線就可以減少導(dǎo)線數(shù)量，提高電氣系統(tǒng)布 線的可靠性和可維修性9。 電動(dòng)座椅 can 電動(dòng)門(mén)窗 can 安全氣囊 can 傳輸控制 can 懸掛系統(tǒng) can can 空調(diào)系統(tǒng) can 燈光系統(tǒng) can 電動(dòng)門(mén)鎖 can 剎車(chē)系統(tǒng) can 發(fā)動(dòng)機(jī) can 控制 面板 can 圖1-2 can總線汽車(chē)電氣系統(tǒng)布線方式 目前，絕大多數(shù)車(chē)用總線都被 sae(society of automotive engineers 美國(guó)汽 車(chē)工程師協(xié)會(huì))

28、下屬的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)委員會(huì)按照協(xié)議劃分為 a，b，c，d 四類(lèi)10。 a 類(lèi)是面向傳感器或執(zhí)行器管理的低速網(wǎng)絡(luò)，它傳輸數(shù)據(jù)的位速率通常小于 10kb/s，主要用于調(diào)整后視鏡，電動(dòng)窗和燈光照明等設(shè)備11；b 類(lèi)是面向獨(dú)立 控制模塊中信息共享的中速網(wǎng)絡(luò)，位速率一般在 10kb/s125kb/s 之間，主要 用在車(chē)身電子的舒適性模塊和顯示儀表等設(shè)備中；c 類(lèi)是面向閉環(huán)實(shí)時(shí)控制的 多路傳輸高速網(wǎng)絡(luò)，位速率多在 125kb/s1mb/s 之間，主要服務(wù)于動(dòng)力傳動(dòng)系 統(tǒng)12；d 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)則是面向多媒體設(shè)備，高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)母咝阅芫W(wǎng)絡(luò)，位速率 一般在 2mb/s 以上，主要用于液晶顯示等設(shè)備。 就目前車(chē)用總線的主流

29、而言，由 can(controller area network 控制器局域 網(wǎng))規(guī)范所衍生出來(lái)的 b 類(lèi)（低速容錯(cuò)）和 c 類(lèi)（高速 can 總線）車(chē)用總線系 統(tǒng)覆蓋了汽車(chē)中絕大部分可以用到網(wǎng)絡(luò)的范圍，而且由于 can 總線的網(wǎng)絡(luò)特 性與節(jié)點(diǎn)成本等特性在汽車(chē)行業(yè)中受到了人們的青睞，被普遍認(rèn)為是車(chē)載網(wǎng)絡(luò) 領(lǐng)域最有發(fā)展前途的總線規(guī)范之一。 多種多樣的車(chē)用總線的采用使汽車(chē)的動(dòng)力性能，經(jīng)濟(jì)性，安全性，舒適性 等各方面有了很大的提高。隨著人們對(duì)汽車(chē)各方面性能提出更高的要求，汽車(chē) 制造業(yè)的各種技術(shù)必會(huì)不斷地提高和發(fā)展，同樣車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)規(guī)模必然會(huì)不 斷的發(fā)展壯大。然而目前而言，不可能在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)一套統(tǒng)

30、一的解決方案能 完全滿足人們針對(duì)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)在性能成本上所提的一切要求。車(chē)載總線領(lǐng)域仍將 長(zhǎng)期保持目前這種多協(xié)議規(guī)范互相競(jìng)爭(zhēng)共存的態(tài)勢(shì)，甚至還會(huì)出現(xiàn)在同一國(guó)際 標(biāo)準(zhǔn)下并存有多種兼容總線的格局13。 1.3 can 總線及總線及 ican 協(xié)議的介紹協(xié)議的介紹 20 世紀(jì) 80 年代末，為了提高控制單元間通訊的可靠性和降低導(dǎo)線成本， 德國(guó) bosch 公司及幾個(gè)半導(dǎo)體集成電路制造商開(kāi)發(fā)了 can 總線協(xié)議，并使其 成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)14。can 總線的全稱(chēng)為“controller area network” ，即控制器局 域網(wǎng)。1989 年，intel 公司率先開(kāi)發(fā)出 can 總線協(xié)議控制器芯片。隨后 c

31、an 總線技術(shù)逐漸的應(yīng)用于各行各業(yè)，比如汽車(chē)制造生產(chǎn)行業(yè)。如今，世界上一些 著名的汽車(chē)制造廠商，如奔馳、寶馬、保時(shí)捷和美洲豹等都采用了 can 總線 來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)內(nèi)部的控制系統(tǒng)和各檢測(cè)和執(zhí)行模塊間的數(shù)據(jù)通信。目前為止，世 界上已經(jīng)擁有 20 多家 can 總線控制器芯片生產(chǎn)商，僅在歐洲地區(qū)銷(xiāo)售的帶有 can 的器件數(shù)量就過(guò)億件。can 總線己被公認(rèn)為幾種最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之 一。 can 總線技術(shù)產(chǎn)生后，逐漸的被用于各行各業(yè)。1992 年，梅賽德斯奔馳 公司最早將 can 總線技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)中，隨后歐洲各汽車(chē)制造生產(chǎn)商紛紛效 仿這一做法，逐漸的將 can 總線納入了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。受其影響，美國(guó)和遠(yuǎn)東

32、地 區(qū)的制造廠商開(kāi)始積極的采用 can 總線技術(shù)。受此影響，投放與市場(chǎng)的 can 產(chǎn)品中，80%以上均用于組建車(chē)載網(wǎng)絡(luò)。 amt can 空調(diào) 模塊 can 變速箱 can 發(fā)動(dòng)機(jī) can abs can 車(chē)門(mén) 模塊 can 座椅 模塊 can 車(chē)燈 模塊 can 車(chē)廂 模塊 can can 車(chē)載 計(jì)算 機(jī) can 語(yǔ)音 識(shí)別 系統(tǒng) can 車(chē)載 音響 系統(tǒng) can 車(chē)載 診斷 can 控制顯 示面板 can cancan 動(dòng)力系統(tǒng)傳送子網(wǎng)（高速網(wǎng)段） 車(chē)身電子子網(wǎng)（低速網(wǎng)段） 故障診斷子網(wǎng)（低速網(wǎng)段）信息娛樂(lè)子網(wǎng)（更高速網(wǎng)段） 圖 1-3 車(chē)身網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 圖 1-3 所示，在汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，

33、各種儀器根據(jù)其內(nèi)部信息數(shù)據(jù)傳輸速率 分別組成各個(gè)子網(wǎng)，各個(gè)子網(wǎng)又根據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)特征，采用了不同的 can 標(biāo)準(zhǔn)，組成整體的汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)：信息娛樂(lè)子網(wǎng)；動(dòng)力傳動(dòng)子網(wǎng)；車(chē)身電 子子網(wǎng)；故障診斷子網(wǎng)。汽車(chē)內(nèi)部的這四個(gè)子網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)并聯(lián)。這些由 can 總線派生出來(lái)的各種標(biāo)準(zhǔn)，除了在物理層上有通信傳輸高低速差別外，其余協(xié) 議內(nèi)容基本上相差不大。隨著 can 總線技術(shù)的進(jìn)步，高速 can 總線網(wǎng)絡(luò)的發(fā) 展，到時(shí)候汽車(chē)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)只需要增設(shè)高低速 can 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能就可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛 整體信息的 can 總線網(wǎng)絡(luò)控制15。 由于 can 總線協(xié)議只規(guī)定了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，沒(méi)有對(duì)應(yīng)用層進(jìn)行規(guī) 定，導(dǎo)致整體功

34、能并不完整16。因此在基于 can 總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng) 中，有些功能必須要通過(guò)一個(gè)更高層的協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)在 can 網(wǎng)絡(luò)中 通訊模式、網(wǎng)絡(luò)管理功能執(zhí)行、以及設(shè)備功能描述方式的統(tǒng)一17。 目前占領(lǐng)主要市場(chǎng)的兩個(gè)應(yīng)用層協(xié)議為：canopen 協(xié)議和 devicenet 協(xié) 議。canopen 協(xié)議適用于產(chǎn)品內(nèi)部的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用，devicenet 協(xié)議是 用于工業(yè)自動(dòng)化控制。這兩種協(xié)議規(guī)范的復(fù)雜度較高，理解開(kāi)發(fā)的難度較大， 對(duì)于在本車(chē)載信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中并不復(fù)雜的基于 can 總線技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)不太 適用。因此本論文選用了一種適合于 can 的簡(jiǎn)單可靠應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議， 即 ican

35、 協(xié)議18。 ican 協(xié)議全稱(chēng)為“industry can-bus applicati/on protocol” ，即工業(yè) can 總線應(yīng)用層協(xié)議，該協(xié)議為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和管理設(shè)備之間的連接提供了一種成本低 廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的通信方案，詳細(xì)的定義了傳輸?shù)?can 報(bào)文中各 id 以及數(shù)據(jù) 的分配和應(yīng)用，定義了設(shè)備的 i/o 資源和訪問(wèn)規(guī)則，建立起了統(tǒng)一的設(shè)備模型。 ican 網(wǎng)絡(luò)的使用符合高速 can 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。ican 網(wǎng)絡(luò)上最多 支持 64 個(gè)主從節(jié)點(diǎn)的連接，節(jié)點(diǎn)和總線網(wǎng)絡(luò)線纜之間的連接使用分支方式。 網(wǎng)絡(luò)中通訊速率的快慢與通信距離相關(guān)。 表 1-1 最大通信速率與最大距離關(guān)系 最大位速

36、率 /kbps 10005002501251005010 最大距離 /m 4013027053062013006700 ican 網(wǎng)絡(luò)采用命令/響應(yīng)的主從通訊方式來(lái)保證數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)拇_定性， 主控設(shè)備(主站)為通信的發(fā)起方，受控設(shè)備(從站)為通信的響應(yīng)方。主控設(shè)備發(fā) 送命令幀，當(dāng)受控設(shè)備接收到命令幀后，向主控設(shè)備發(fā)送響應(yīng)幀，從而實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)交換19。這種對(duì)服務(wù)進(jìn)行確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸方式可靠性好。然而，這種命令/響 應(yīng)的通信方式只能由主控設(shè)備發(fā)起，總線的利用率較低20。因此 ican 協(xié)議規(guī) 范中還定義了事件觸發(fā)傳送的傳輸方式，彌補(bǔ)了命令/響應(yīng)模式狀態(tài)的這一缺點(diǎn)。 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)在 ican 網(wǎng)絡(luò)中擁有唯

37、一的標(biāo)識(shí)值 macid，不同節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間 的通信是基于對(duì)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的尋址實(shí)現(xiàn)的。ican 協(xié)議保留了特定的地址對(duì)一組 節(jié)點(diǎn)或所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行尋址、幀傳輸?shù)姆绞?。主站和從站之間的通訊并不是隨機(jī) 進(jìn)行。進(jìn)行通信時(shí)，首先必須建立通訊連接。只有當(dāng)連接建立好后，主站才能 夠與從站進(jìn)行通訊。這樣使對(duì)任何擁有 macid 設(shè)備的通訊進(jìn)行監(jiān)控成為可能。 節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)7 ican報(bào)文 源地址1目的地址7 macid=1macid=2macid=3macid=7 報(bào)文從節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)7 圖 1-4 ican 節(jié)點(diǎn)間通信示意圖 在 ican 協(xié)議規(guī)范中，ican 設(shè)備的結(jié)構(gòu)由三部分組成21。 通訊端口：通信端口的

38、作用是實(shí)現(xiàn)與 can 總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，接收網(wǎng) 絡(luò)中發(fā)送的 can 報(bào)文并按照一定的規(guī)則將收到的報(bào)文進(jìn)行處理，端口還進(jìn)行 can 報(bào)文的發(fā)送。 資源節(jié)點(diǎn)：資源節(jié)點(diǎn)決定了設(shè)備的通信行為，應(yīng)用端口的屬性，還定義了 與通信和應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的一系列數(shù)據(jù)表格。 應(yīng)用端口：定義各個(gè)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中所起的功能，并且描述了應(yīng)用和處 理這些數(shù)據(jù)或信息的相應(yīng)過(guò)程22。 ican 協(xié)議規(guī)范只使用了擴(kuò)展幀格式的 can 報(bào)文（can2.0b 協(xié)議版本） ， 并對(duì)報(bào)文的 29 位標(biāo)識(shí)符和報(bào)文數(shù)據(jù)部分的使用作了詳細(xì)的定義。 表 1-2 ican 標(biāo)識(shí)符分配表 id28id27id26id25id24id23id22id21

39、 00srcmacid(源節(jié)點(diǎn)地址) id20id19id18id17id16id15id14id13 幀 標(biāo) 示 00destmacid（目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址） id12id11id10id9id8id7id6id5id4id3id2id1id0符 ackfunc（功能碼）sourceid（資源節(jié)點(diǎn)地址） 報(bào)文標(biāo)識(shí)符表格如上，標(biāo)識(shí)符指定了數(shù)據(jù)通訊中的源節(jié)點(diǎn)地址 srcmacid 和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址 destmacid，并指示了報(bào)文的功能和要訪問(wèn)的資源節(jié)點(diǎn)地址 sourceid。按照標(biāo)識(shí)符的排列和功能的劃分，整體報(bào)文主要被分為 7 個(gè)部分， 其中 srcmacid (源節(jié)點(diǎn)地址)、destmacid（目標(biāo)

40、節(jié)點(diǎn)地址） 、ack 位、 funcid（功能碼）和 source id（資源節(jié)點(diǎn)地址）5 個(gè)部分起主要作用。在每次 的通訊過(guò)程中，通訊雙方都必須檢查 srcmacid 和 destmacid 的值與已知的 兩端點(diǎn)是否相同，確保通信的正確性。響應(yīng)標(biāo)志位 ack 分配 1 位，ack 為 0 時(shí)用于命令幀，需要應(yīng)答，對(duì)于廣播幀，ack 標(biāo)識(shí)符無(wú)意義；ack 為 1 時(shí)用 于響應(yīng)幀，不需要應(yīng)答，或者是不需要應(yīng)答的廣播幀；func 功能碼分配 4 位， 用于指示 ican 報(bào)文需要實(shí)現(xiàn)的功能，接收?qǐng)?bào)文的節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文中的功能碼進(jìn) 行相應(yīng)的處理；sourceid 資源節(jié)點(diǎn)地址占用 8 位，從站根據(jù)資源節(jié)

41、點(diǎn)地址內(nèi)部 對(duì)應(yīng)的資源進(jìn)行操作23。 相比國(guó)外的汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)，國(guó)內(nèi)對(duì)車(chē)載總線的研究還處于發(fā)展階段，車(chē)載 總線技術(shù)方面并未形成較為完善的系統(tǒng)，圍繞車(chē)載總線技術(shù)的相關(guān)汽車(chē)電子產(chǎn) 品也比較缺乏，現(xiàn)有的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外同行業(yè)24。我國(guó)部分汽車(chē) 總線的重要技術(shù)只能采用國(guó)外的現(xiàn)有技術(shù)，從而限制了我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)的發(fā) 展速度，使我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)處在一個(gè)較弱勢(shì)的地位25。因此，在國(guó)內(nèi)汽車(chē)行 業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，加大車(chē)載總線技術(shù)方面的研發(fā)力度，多自主創(chuàng)造符合國(guó)際 總線技術(shù)類(lèi)的產(chǎn)品，不僅能從根本上提升我國(guó)汽車(chē)制造行業(yè)在國(guó)際上的高端產(chǎn) 品研發(fā)及提升高端汽車(chē)制造和生產(chǎn)能力，還對(duì)于我國(guó)發(fā)展高端汽車(chē)電子相關(guān)技 術(shù)

42、的研究和發(fā)展有著重要的意義，從而可以從根本上提升我國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)行業(yè)的 實(shí)力。 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)論文組織結(jié)構(gòu) 本章節(jié)對(duì)課題相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)外狀況進(jìn)行了解，逐步的對(duì)論文需要 實(shí)現(xiàn)的針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間野外行駛的車(chē)輛需要的車(chē)載信息系統(tǒng)有大致的結(jié)構(gòu)了解。該 系統(tǒng)以 can 總線技術(shù)為通信方式，將車(chē)載總線系統(tǒng)的各車(chē)身信息檢測(cè)模塊通 過(guò)總線通信接口接入總線，使采集的車(chē)身信息和檢測(cè)模塊工作狀態(tài)集中顯示， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)車(chē)身狀況進(jìn)行監(jiān)控的車(chē)載信息系統(tǒng)。 本課題擬完成的主要工作如下： 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，給出車(chē)輛信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案，包括總體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)； 根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間野外行車(chē)的需求和對(duì)各類(lèi)傳感器工

43、作原理的了解的基礎(chǔ)上，選 擇合適的傳感器和傳感技術(shù)，完成車(chē)身信息檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)主屏顯示模塊將其他模塊需要顯示的信息和數(shù)據(jù)載入顯示，并加入檢 測(cè)模塊狀態(tài)判斷和顯示功能； 設(shè)計(jì) can 總線通信接口電路，應(yīng)用通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)模塊間的數(shù)據(jù)通信。 第第 2 章章 車(chē)載信息系統(tǒng)車(chē)載信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析總體結(jié)構(gòu)分析 基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)主要功能是汽車(chē)車(chē)身信息的采集，傳輸及 顯示。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了通過(guò)傳感器采集車(chē)身信息的車(chē)身信息檢測(cè)模塊，兼容了讀 取車(chē)身信息數(shù)據(jù)和根據(jù)數(shù)據(jù)判定個(gè)模塊工作狀態(tài)的主屏顯示模塊，通過(guò) can 總線的通信方式使模塊之間實(shí)現(xiàn)相互連接，組成車(chē)載信息系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò) can 總線

44、通信電路實(shí)現(xiàn)了顯示模塊和各個(gè)檢測(cè)模塊之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信方式，部 分模塊之間還可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信方式。為了保證通信的穩(wěn)定性， 系統(tǒng)針對(duì)單一檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)了相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)總線上某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，其 他模塊之間仍能保持正常工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸。車(chē)身信息檢測(cè)模塊主要針對(duì)車(chē) 輛駕駛輔助信息和提高車(chē)內(nèi)舒適性?xún)煞矫孢M(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間野外行車(chē) 情況設(shè)計(jì)了合適的檢測(cè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)身信息的檢測(cè)。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用時(shí)各模塊位 置相對(duì)松散的特性，本系統(tǒng)采用了 ican 協(xié)議規(guī)范作為通信協(xié)議。 2.1 系統(tǒng)總體功能分析系統(tǒng)總體功能分析 本論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基本的功能是采集車(chē)身信息，采用不同傳感技術(shù)設(shè)計(jì)而 成的檢測(cè)模

45、塊分散在車(chē)身各部分進(jìn)行車(chē)身信息采集。整體的車(chē)身信息采集系統(tǒng) 雖然分散，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求不如車(chē)身驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)迅速，可采 用 can 總線中低速通信傳輸，因此，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議選用了 ican 協(xié)議， 適用本系統(tǒng)。ican 通信協(xié)議的采用保障了系統(tǒng)的各模塊的相互通信功能。作 為顯示功能的車(chē)身信息總匯顯示模塊和檢測(cè)模塊通過(guò) can 總線采用 ican 通 信協(xié)議相互連接和通信，使系統(tǒng)總體功能得以實(shí)現(xiàn)。 2.2 系統(tǒng)的通信架構(gòu)分析系統(tǒng)的通信架構(gòu)分析 2.2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析 基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式適用于任意車(chē)輛。系統(tǒng)的 電源是車(chē)輛自身攜帶的蓄電

46、池，根據(jù)各模塊的要求通過(guò)轉(zhuǎn)壓電路將車(chē)輛電源電 壓轉(zhuǎn)化為各模塊的驅(qū)動(dòng)電壓。整體系統(tǒng)可根據(jù)連接線路劃分為供電線路和通信 線路。系統(tǒng)通信線路架構(gòu)圖如下： 電池電量 檢測(cè) 雙電瓶隔 離 水箱水位 檢測(cè) 車(chē)廂溫度 檢測(cè) 車(chē)廂濕度 檢測(cè) can總線 信息 檢測(cè) 模塊 主 屏 顯 示 檢測(cè)模塊 狀態(tài)檢測(cè) 車(chē)身信息 數(shù)據(jù)讀取 車(chē)身數(shù)據(jù) 模塊狀態(tài) 顯示 圖 2-1 系統(tǒng)通信線路架構(gòu)圖 系統(tǒng)內(nèi)的模塊根據(jù)功能可劃分為車(chē)身信息檢測(cè)模塊、主屏顯示模塊兩類(lèi)。 主屏顯示模塊可劃分為車(chē)身信息讀取、檢測(cè)模塊狀態(tài)判斷和總體顯示三部分。 針對(duì)需求而設(shè)計(jì)的車(chē)身信息檢測(cè)模塊采集車(chē)身信息；車(chē)身信息檢測(cè)模塊采集的 信息數(shù)據(jù)和通過(guò)狀態(tài)檢測(cè)判

47、斷的車(chē)身信息檢測(cè)模塊工作狀態(tài)信息被集中顯示在 主屏顯示模塊的顯示屏上。 2.2.2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分配系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分配 單獨(dú)分析系統(tǒng)的構(gòu)成模塊可以根據(jù)模塊功用分為兩個(gè)大部分，車(chē)身信息采 集、車(chē)身信息數(shù)據(jù)和檢測(cè)模塊的狀態(tài)的顯示。系統(tǒng)根據(jù)這兩部分的子模塊的數(shù) 量設(shè)置了相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，分為 1 個(gè)主屏顯示模塊節(jié)點(diǎn)和 5 個(gè)車(chē)身信息檢測(cè)模塊節(jié) 點(diǎn)。 主屏顯示模塊節(jié)點(diǎn)： 車(chē)載信息系統(tǒng)正常工作狀態(tài)時(shí)，車(chē)身檢測(cè)模塊將各自檢測(cè)的信息處理后轉(zhuǎn) 化為 can 報(bào)文通過(guò)總線發(fā)送給主屏顯示節(jié)點(diǎn)。主屏顯示模塊節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文并 送入模塊，首先經(jīng)將車(chē)身信息數(shù)據(jù)讀取后在液晶屏上顯示出來(lái)，同時(shí)模塊內(nèi)的 狀態(tài)檢測(cè)部分會(huì)根據(jù)微處理器檢測(cè)的報(bào)文內(nèi)數(shù)

48、據(jù)來(lái)判斷車(chē)身信息檢測(cè)模塊的工 作狀態(tài)。首先根據(jù)設(shè)定時(shí)間內(nèi)是否收到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文判斷目標(biāo)節(jié)點(diǎn)是否 連接 can 總線，然后根據(jù)收到的報(bào)文內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)定數(shù)值的高低來(lái)判斷 該檢測(cè)模塊是否正常工作。主屏顯示模塊依據(jù)狀態(tài)檢測(cè)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息對(duì)各檢 測(cè)模塊進(jìn)行狀態(tài)指示燈顯示，分為目標(biāo)模塊連接與否、是否正常工作等。主屏 顯示節(jié)點(diǎn)每隔幾毫秒向各車(chē)身信息檢測(cè)模塊發(fā)送請(qǐng)求。收到檢測(cè)模塊的響應(yīng)后， 主屏顯示模塊會(huì)根據(jù)響應(yīng)信息實(shí)時(shí)顯示車(chē)身信息檢測(cè)模塊的工作狀態(tài)。 車(chē)身信息檢測(cè)模塊節(jié)點(diǎn)： 檢測(cè)模塊節(jié)點(diǎn)是主要將處理后的車(chē)身信息數(shù)據(jù)編譯成 can 報(bào)文的形式， 發(fā)送到主屏顯示節(jié)點(diǎn)。根據(jù)采集對(duì)象的不同，車(chē)身檢測(cè)模塊各自

49、軟硬件的設(shè)計(jì) 也不同，但從功能上來(lái)說(shuō)，各檢測(cè)模塊大致相同。 根據(jù)系統(tǒng)中模塊的數(shù)量，我們分配了 6 個(gè)節(jié)點(diǎn)地址。 表 2-1 節(jié)點(diǎn)地址分配 模塊名稱(chēng)源地址（id26id21）或目的地址 （id18id13） 主屏顯示模塊00 電池電量檢測(cè)模塊01 雙電瓶隔離模塊02 水位檢測(cè)模塊03 溫度檢測(cè)模塊04 濕度檢測(cè)模塊05 根據(jù)總體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖和模塊節(jié)點(diǎn)的分配方案，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)間信息傳輸 線路可以用圖 2-2 表示： 電池電量檢測(cè)(01) 雙電瓶隔離(02) 水箱水位檢測(cè)(03) 車(chē)廂溫度檢測(cè)(04) 車(chē)廂濕度檢測(cè)(05) 主屏顯示 (00) 圖 2-2 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間信息傳輸圖 2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分

50、析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分析 本論文設(shè)計(jì)的車(chē)載信息系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量不多，且各模塊為單獨(dú)的小系統(tǒng)。 車(chē)身信息采集模塊節(jié)點(diǎn)數(shù)量占多數(shù)，但總線上傳輸?shù)男畔⒘可?，系統(tǒng)針對(duì)這方 面的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。實(shí)際車(chē)載信息系統(tǒng)中模塊的數(shù)量眾多，多為集中控制系統(tǒng)， 總線上傳輸?shù)男畔⒘看螅?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和總線利用率的方案復(fù)雜。 因?yàn)楦鱾€(gè)檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)方式并不相同，總體的硬件結(jié)構(gòu)圖如下： 汽車(chē)12v供電 電量檢測(cè) can總線 通信電路 雙電瓶隔離 can總線 通信電路 水位檢測(cè) can總線 通信電路 溫度檢測(cè) can總線 通信電路 濕度檢測(cè) can總線 通信電路 主屏顯示 can總線 通信電路 can總線通信 電流 溫度采樣 電池電壓 手動(dòng)

51、信號(hào)采樣 水位 溫度采樣溫度采樣濕度采樣 圖 2-3 系統(tǒng)硬件框圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 6 個(gè)模塊，分別為主屏顯示模塊、電池電量檢測(cè)模塊、雙電 瓶隔離模塊、水位檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊和濕度檢測(cè)模塊。 主屏顯示模塊主要包括以 stm32f103r8t6 微控制器為核心的中央處理單 元和顯示單元。顯示單元采用液晶屏顯示被測(cè)信息，顯示屏周?chē)臓顟B(tài)指示燈 顯示各檢測(cè)模塊的工作狀態(tài)。顯示單元還設(shè)置了分頁(yè)面選擇按鍵和翻頁(yè)，可以 分類(lèi)顯示檢測(cè)模塊數(shù)據(jù)和當(dāng)顯示信息數(shù)量較多時(shí)可以多頁(yè)面顯示。根據(jù)狀態(tài)檢 測(cè)反饋的車(chē)身檢測(cè)模塊狀態(tài)信息，顯示單元會(huì)刷新各檢測(cè)模塊顯示屏上狀態(tài)指 示燈的顯示。 系統(tǒng)采用了 can 總線網(wǎng)絡(luò)通信

52、方式，各模塊均需要通過(guò) can 通信接口電 路接入 can 總線。主屏顯示模塊采用了 stm32f103r8t6 微控制器，車(chē)身信 息檢測(cè)模塊大都采用 stm8s103f 型微控制器。由于 r8t6 芯片內(nèi)部均有集成的 can 控制器，所以主屏顯示模塊只需外接 can 收發(fā)器即可實(shí)現(xiàn) can 通信接 口的電路設(shè)計(jì)，而車(chē)身信息檢測(cè)模塊采用的 stm8s103 型微處理器需外接 can 隔離電路和 can 收發(fā)器才能進(jìn)行 can 總線通信。 汽車(chē)內(nèi)部是 12v 的 dc 供電系統(tǒng)，也是各模塊的供電電源。系統(tǒng)各模塊采 用的傳感器和芯片的正常工作電壓范圍并不相同，因此需通過(guò)穩(wěn)壓芯片進(jìn)行 dc/dc 轉(zhuǎn)

53、換。根據(jù)各模塊供電電壓的不同，各模塊硬件采用的穩(wěn)壓芯片也不同。 系統(tǒng)針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間野外行車(chē)情況下易出現(xiàn)的行車(chē)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了幾個(gè)車(chē)身信息 檢測(cè)模塊。根據(jù)功能和傳感器信號(hào)采集方式的不同，車(chē)身信息檢測(cè)模塊采用的 硬件電路也不相同，具體的硬件設(shè)計(jì)描述將在第三章節(jié)講述。 2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以 can 總線為通信基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的相互通信。從節(jié) 點(diǎn)間信息傳輸圖上可以看出：主屏顯示模塊節(jié)點(diǎn)向檢測(cè)模塊節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求。車(chē) 身信息檢測(cè)節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后開(kāi)始發(fā)送報(bào)文。主屏顯示模塊節(jié)點(diǎn)收到響應(yīng)后接收 車(chē)身信息檢測(cè)模塊節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文，然后對(duì)報(bào)文進(jìn)行處理。由此可以看出系統(tǒng) 通信程序主要由兩部分組

54、成：數(shù)據(jù)接收程序、數(shù)據(jù)發(fā)送程序。 數(shù)據(jù)接收程序：can 控制器通過(guò) can 收發(fā)器將信息從總線接收到 ican 接收緩沖區(qū)，接收程序只需要從接收緩沖區(qū)讀取接收的數(shù)據(jù)就可完成數(shù)據(jù)的接 收26。 數(shù)據(jù)發(fā)送程序：can 控制器將待發(fā)送的信息通過(guò) can 收發(fā)器發(fā)送到總線， 發(fā)送程序只需要將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入 ican 發(fā)送緩沖區(qū)，同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送命令即 可。 主屏顯示模塊除了數(shù)據(jù)接收和發(fā)送程序的設(shè)計(jì)外，還需要各檢測(cè)模塊工作 狀態(tài)的判斷，以及進(jìn)行液晶屏顯示的設(shè)計(jì)。本模塊主要進(jìn)行狀態(tài)判斷和車(chē)身信 息分塊顯示軟件的設(shè)計(jì)。液晶屏的驅(qū)動(dòng)和顯示軟件設(shè)計(jì)本論文不做描述。 車(chē)身信息檢測(cè)模塊除了數(shù)據(jù)接收程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序的

55、設(shè)計(jì)外，還需要根 據(jù)傳感器采集信息方式、補(bǔ)償參數(shù)信號(hào)和數(shù)據(jù)處方式等參數(shù)，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。 各模塊具體的軟件設(shè)計(jì)會(huì)在第四章中描述。 2.5 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章詳細(xì)的介紹了基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。首先 針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能作用進(jìn)行了大致的描述。根據(jù)系統(tǒng)的通信方式和 模塊的布局，選定了系統(tǒng)的通信協(xié)議。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)的模塊間的通信和總線 上數(shù)據(jù)的傳輸給出了系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)圖和節(jié)點(diǎn)分配，并說(shuō)明了各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)節(jié) 點(diǎn)的功能。本章說(shuō)明了采用的作用等。本章還給出了大致整體系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 方案和框架以及各模塊的軟件設(shè)計(jì)思想。 第第 3 章章 車(chē)載信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)車(chē)載信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

56、從第二章講述的系統(tǒng)總體方案和各模塊的介紹中可知，本論文設(shè)計(jì)的基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)的硬件架構(gòu)分為 can 總線通信接口電路，電源模塊、 1 個(gè)主屏顯示模塊和針對(duì)行車(chē)情況設(shè)計(jì)的 5 個(gè)模塊。這 5 個(gè)模塊分別為電池電 量檢測(cè)模塊、雙電瓶隔離模塊、水位檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊和濕度檢測(cè)模塊， 各模塊之間通過(guò) can 總線通信接口電路接入總線。本章的內(nèi)容就是分析如何 設(shè)計(jì)硬件電路來(lái)整體系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。 3.1 can 通信接口電路和電源硬件設(shè)計(jì)通信接口電路和電源硬件設(shè)計(jì) 基于 can 總線的車(chē)載信息系統(tǒng)各模塊硬件設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮總體電源和通信 電路的設(shè)計(jì)。各模塊硬件功能實(shí)現(xiàn)后需要接入 can

57、總線進(jìn)行通信，本系統(tǒng)采 用 ican 協(xié)議作為通信協(xié)議，基于各模塊通信的穩(wěn)定性和同一性考慮，統(tǒng)一的 can 通信接口電路設(shè)計(jì)成為了必要。針對(duì)各模塊在空間布局上比較分散的情況， 系統(tǒng)利用車(chē)輛電源作為主電源針對(duì)每個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)計(jì)了相應(yīng)的穩(wěn)壓電源。 3.1.1 can 總線通信接口的設(shè)計(jì)總線通信接口的設(shè)計(jì) can 總線通信接口電路由 can 總線控制電路和 can 總線收發(fā)電路兩部分組 成。can 總線控制器用來(lái)完成總線協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的所有功能，如 對(duì)報(bào)文的裝配與拆分、對(duì)接收信息進(jìn)行過(guò)濾和較驗(yàn)等。應(yīng)用層功能可由各模塊 內(nèi)的微控制器完成。can 收發(fā)器提供 can 控制器與物理總線之間的

58、接口，在 兩條有差動(dòng)電壓的總線 canl 和 canh 上傳輸數(shù)據(jù)，可以提高 can 總線的可 靠性和驅(qū)動(dòng)能力27。 cgnd +5v cgnd canl canh rm6 txd 1 gnd 2 vcc 3 rxd 4 split 5 canl 6 canh 7 stb 8 um2 tja1040 cgnd cm0 104 gnd vcc3.3 +5v a 1 k 2 dm1 p4ke6.8va-a a 1 k 2 dm2 p4ke6.8va-c a 1 k 2 dm3 p4ke6.8vc-b cgnd cantx canrx cm3 104cm2 104 vdd1 1 voa 2 vib

59、3 gnd1 4 gnd2 5 vob 6 via 7 vdd2 8 um1 adum1201 1 1 2 2 rm1 120 can上上上上上上can上上上上上上 圖 3-1 can 總線通信模塊電路圖 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 can 總線通信接口電路采用了以 adum1201 芯片為核心的 can 總線控制電路和以 tja1040 芯片為核心的 can 總線收發(fā)電路（圖 3-1） 。 與以往采用的光電隔離器相比，adum1201 速度更高，功效更低，通信時(shí) 的時(shí)序精度，瞬態(tài)共模抑制力，通道間匹配程度均優(yōu)于傳統(tǒng)的光電隔離器28。 can 總線控制電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意 adum1201 所隔離的兩端有各自的

60、電源和參 考地，芯片工作電壓為 2.75.5v，模塊采用 5v 供電。電源和參考地之間接入 0.010.1f 電容，本模塊采用 104 型電容，即 0.1f 的電容來(lái)濾除高頻干擾。 電容和電源之間的距離在 20mm 以?xún)?nèi)可以達(dá)到更佳的濾波效果，兩個(gè)隔離通道 的高度匹配，通道間串?dāng)_很小，并且采用兩通道輸入/輸出反向設(shè)計(jì)，適合 can 總線雙向收發(fā)的特性，從而大大的簡(jiǎn)化了隔離器與所隔離兩端的硬件連接。 can 總線收發(fā)模塊主控芯片為 tjal040，它提供了 can 控制器與物理總 線之間的接口以及對(duì) can 總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能29。芯片內(nèi)部有一個(gè)電 流限制電路和一個(gè)溫度保護(hù)電路，可通過(guò)引腳