基于CAN總線的卡車總線控制系統(tǒng)

1、 基于 CAN 總線的卡車總線控制系統(tǒng)1 系統(tǒng)原理及硬件結(jié)構(gòu)1.1 系統(tǒng)原理本卡車總線系統(tǒng)采用 CAN 總線實(shí)現(xiàn)對(duì)車身部分電磁閥、車燈、門窗電機(jī)等功率設(shè)備的控制，解決了傳統(tǒng)方式帶來的連接繁瑣、維修困難等問題，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。數(shù)字化儀表模塊通過與通用控制模塊進(jìn)行CAN 通訊、與車窗控制模塊進(jìn)行LIN 通訊，采集車輛開關(guān)的狀態(tài)，通過LED 燈、液晶屏、轉(zhuǎn)盤指針顯示整車狀態(tài)、故障信息、報(bào)警信息等各種信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。本系統(tǒng)為嵌入式系統(tǒng)，不需安裝任何軟件，系統(tǒng)安裝好上電后，即可開始運(yùn)行。1.2 系統(tǒng)硬件組成本系統(tǒng)包括五個(gè)模塊,分別是:數(shù)字化儀表模塊、前部控制模塊、中部

2、控制模塊 1、中部控制模塊 2、車窗控制模塊。連接設(shè)備為 CAN 總線，執(zhí)行 CAN 技術(shù)規(guī)范 J1939，波特率為 250 Kbps。模塊之間的 CAN 總線連接關(guān)系示意圖，如圖 1 所示：圖1 系統(tǒng) CAN 總線連接示意圖 2 系統(tǒng)功能分析2.1 功能概述在整個(gè) CAN 總線控制系統(tǒng)中，核心部件有三種，即：數(shù)字化儀表、通用控制模塊、車窗模塊。數(shù)字化儀表承擔(dān)著整車參數(shù)的顯示、存儲(chǔ)任務(wù)，并可與發(fā)動(dòng)機(jī) ECU 通過 CAN 總線直接進(jìn)行通信，同時(shí)承擔(dān)著對(duì)負(fù)載的過程控制任務(wù)，依據(jù)儀表臺(tái)上的開關(guān)狀態(tài)及連接在通用控制模塊的開關(guān)和傳感器狀態(tài)，通過自動(dòng)控制芯片及軟件處理產(chǎn)生功率輸出接口的通斷狀態(tài)，并通過

3、CAN 總線告知通用控制模塊；通用控制模塊負(fù)責(zé)將所屬區(qū)域的開關(guān)和傳感器狀態(tài)通過 CAN 總線告知中央控制模塊，并接收中央控制模塊傳來的控制指令，驅(qū)動(dòng)功率輸出接口實(shí)現(xiàn)通斷控制。整個(gè) CAN 總線控制系統(tǒng)在汽車中的安裝應(yīng)用如圖 2 所示。圖 2 系統(tǒng)在汽車安裝示意圖圖中儀表臺(tái)控制器為 EA0121BA 型，位于駕駛室內(nèi)司機(jī)正前方，前部控制模塊為 EA0221BA 型，位于駕駛室內(nèi)司機(jī)與副駕駛之間的操作臺(tái)下，中部控制模塊一、中部控制模塊二位于車架上，車窗控制模塊為 EA0514BA 型，位于駕駛室內(nèi)司機(jī)與副駕駛之間的操作臺(tái)下。2.2 數(shù)字化儀表模塊數(shù)字化儀表模塊具有一路 CAN 總線接口，遵循 J1

4、939 通訊協(xié)議；采用兼容MMT 認(rèn)證的步進(jìn)電機(jī)；具有豐富的圖標(biāo)庫，可以提供可編程圖標(biāo)顯示功能；具 有 9 個(gè)高亮度 LED 符號(hào)指示燈；具有強(qiáng)大的故障診斷功能，能夠?qū)偩€狀態(tài)、電氣負(fù)載短路/斷路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障后以中文信息顯示；能夠獲取、顯示、存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)；液晶屏可實(shí)時(shí)顯示整車當(dāng)前狀態(tài)信息；具有多路開關(guān)量輸入接口、模擬量輸入接口以及脈沖量輸入接口，可適用于傳統(tǒng)線束車輛控制系統(tǒng)。圖 3 數(shù)字化儀表模塊實(shí)物圖輸入接口： 48 路非隔離開關(guān)量輸入，其中 8 路正控型、16 路可編程正負(fù)控型、24路負(fù)控型； 6 路電阻型模擬量輸入，測(cè)量范圍為 0200； 3 路模塊地址線輸入； 1

5、路 ACC 檔開關(guān)輸入； 1 路一線式溫度傳感器輸入； 4 路控地型系統(tǒng)喚醒信號(hào)輸入。輸出接口： 6 路高端開關(guān)輸出，單路輸出最大電流為 1A，帶故障診斷及過流、過熱、過壓保護(hù)功能； 1 路常有電功率輸出，單路輸出最大電流為 3A，帶故障診斷及過流保護(hù)功能； 2 路 ACC 檔電源輸出，單路輸出最大電流為 3A，帶過流保護(hù)功能； 3 路 B7 信號(hào)輸出，1 路里程傳感器仿真信號(hào)輸出； 3 路休眠信號(hào)輸出。2.2.1 數(shù)字化儀表模塊界面布局?jǐn)?shù)字化儀表模塊即為駕駛員儀表盤，采集車輛開關(guān)的狀態(tài)，與通用控制模塊進(jìn)行 CAN 通訊，與車窗控制模塊進(jìn)行 LIN 通訊，通過 LED 燈、液晶屏、轉(zhuǎn)盤 指針顯

6、示整車狀態(tài)、故障信息、報(bào)警信息等各種信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能。其平面示意圖如圖 4 所示。圖 4 數(shù)字化儀表板模塊平面示意圖數(shù)字化儀表可以顯示車輛行駛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、水溫，氣壓等功能，具體各模塊功能定義如表 1 所示。表 1 數(shù)字化儀表各模塊功能表序號(hào)912345678輪間差速鎖指示軸間差速鎖指示左轉(zhuǎn)指示拖車制動(dòng)指示2.2.2 彩色液晶屏顯示及按鍵操作功能數(shù)字化儀表模塊正中央為彩色液晶屏，按照顯示內(nèi)容將液晶屏分為三部分：圖標(biāo)顯示區(qū)、多功能顯示區(qū) 1、多功能顯示區(qū) 2，在液晶屏上的布局如圖 5所示。 圖5 液晶顯示屏功能分區(qū)其中圖標(biāo)顯示區(qū)專用于顯示與車輛狀態(tài)相關(guān)的各種圖標(biāo)，例如充電指示圖標(biāo)

7、、開門圖標(biāo)等。多功能顯示區(qū) 1 在車輛正常工作的情況下顯示整車廠的 LOGO；點(diǎn)亮圖標(biāo)顯示區(qū)中某個(gè)圖標(biāo)時(shí)，在多功能顯示區(qū) 1 同時(shí)顯示放大一倍的圖標(biāo)，持續(xù) 5 秒鐘后，恢復(fù)為公司 LOGO。在多功能顯示區(qū) 2 顯示短距離里程和總里程。當(dāng)車速大于 3Km/h 而車門未關(guān)好時(shí)，在最下行顯示提示信息“請(qǐng)關(guān)閉車門”，關(guān)好車門后，該信息消失。當(dāng)電池電壓低于 22.5V 時(shí)，在最下行顯示提示信息“電池電壓低 22.4V”，電壓升高后，該信息消失。2.3 通用控制模塊通用控制模塊具有一路CAN 總線接口，遵循J1939 通訊協(xié)議；具有多路開關(guān)量輸入接口、多路模擬量輸入接口和脈沖輸入接口；具有多路功率輸出，從

8、12 路到24 路不等，可隨應(yīng)用需求選擇使用，并且每路輸出均具有短路、過壓、過熱保護(hù)；模塊具有安全運(yùn)行模式，為整車安全提供了較好的基礎(chǔ)；具有低功耗運(yùn)行模式，從而減少電池的損耗；采用通用化軟硬件設(shè)計(jì)方法，互換性強(qiáng)，便于產(chǎn)品維護(hù)。圖6 通用控制模塊實(shí)物圖 輸入接口： 12 路非隔離開關(guān)量輸入，其中 2 路正控型、4 路可編程正負(fù)控型、6 路負(fù)控型； 1 路脈沖量輸入，測(cè)量范圍為 01KHz； 1 路帶勵(lì)磁電流供應(yīng)的充電指示檢測(cè)輸入； 4 路電阻型模擬量輸入，測(cè)量范圍為 0200； 4 路模塊地址線輸入。輸出接口： 11 路高端開關(guān)輸出，單路輸出最大電流為 8A，帶故障診斷及過流、過熱、過壓保護(hù)功能

9、； 2 路常有電功率輸出，單路輸出最大電流為 3A，帶故障診斷及過流保護(hù)功能； 1 路帶反向電流防護(hù)的功率輸出，輸出最大電流為 3A，帶故障診斷及過流、過熱、過壓保護(hù)功能。通用控制模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能有：車輛行駛速度以及行程測(cè)量與顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量與顯示、燃油量的測(cè)量與顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的測(cè)量與顯示、前后橋氣壓的測(cè)量與顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力報(bào)警、左右轉(zhuǎn)向控制與顯示。2.3.1 車輛行駛速度以及行程測(cè)量與顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量車輛的行駛速度，并在車速表上顯示車輛當(dāng)前的行駛速度，速度顯示單位為 km/h。車速傳感器的輸入為脈沖波，當(dāng)輸入的脈沖波頻率達(dá)到200Hz 時(shí)，車速達(dá)到最到值 180km/h。當(dāng)車速不

10、為 0 時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量車輛行駛的路程數(shù)，并顯示在儀表板上的液晶顯示屏多功能顯示區(qū) 2，單位為 km，精確到 0.1km。同時(shí)系統(tǒng)以 1km 為單位間歇存儲(chǔ)車輛行駛總里程數(shù)，顯示在儀表板上的液晶顯示屏多功能顯示區(qū) 2 上。2.3.2 燃油量的測(cè)量與顯示燃油量通過油量傳感器來測(cè)量，顯示采用無量綱方式，F(xiàn) 表示燃油滿，E 表示燃油量為 0 。當(dāng)傳感器的阻值在 0 到 200 歐姆變化時(shí)，對(duì)應(yīng)油量表上的 F 到 E。 2.3.3 前后橋氣壓的測(cè)量與顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量前橋氣壓和后橋氣壓，并在數(shù)字化儀表上顯示。氣壓 1 和氣壓 2 的分別通過氣壓 1 傳感器和氣壓 2 傳感器來測(cè)量，當(dāng)氣壓傳感器的阻值在

11、0 到 200 歐姆之間變化時(shí)，對(duì)應(yīng)氣壓表上的 0 到 12。2.3.4 機(jī)油壓力報(bào)警與顯示系統(tǒng)通過開關(guān)來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力報(bào)警。當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，液晶屏上圖標(biāo)顯示區(qū)閃爍點(diǎn)亮機(jī)油壓力報(bào)警圖標(biāo)，同時(shí)在多功能顯示區(qū) 1 顯示放大一倍的圖標(biāo)。2.3.5 左右轉(zhuǎn)向控制與顯示左右轉(zhuǎn)向通過兩個(gè)開關(guān)來控制，當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)斷開時(shí)，輸出為 5v；當(dāng)轉(zhuǎn)向開關(guān)接通時(shí)，輸出為低電壓 5v，高電壓 24v 的脈沖，并且數(shù)字化儀表上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)向指示燈閃爍。2.4 車窗控制模塊車窗控制模塊具有一路 CAN 總線，兼容 J1939 通信協(xié)議；支持433/868/915MHz(可配置)通信頻率；2 路大功率 H 全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)通道；4 路

12、大功率高端開關(guān)輸出通道； 12 路開關(guān)量輸入接口；具有短路、過壓、過熱保護(hù)功能；具有車窗驅(qū)動(dòng)的防夾功能；具有功率接口故障診斷功能。圖 7 車窗控制模塊實(shí)物圖輸入接口： 24 路非隔離開關(guān)量輸入，其中 4 路正控型、8 路可編程正負(fù)控型、12 路負(fù)控型； 4 路模塊地址線輸入。輸出接口： 4 路高端開關(guān)輸出，單路輸出最大電流為 8A，帶故障診斷及過流、過熱、 過壓保護(hù)功能； 2 路常有電功率輸出，單路輸出最大電流為 3A，帶故障診斷及過流保護(hù)功能； 8 路全橋開關(guān)輸出，單路輸出最大電流為 5A，帶故障診斷及過流、過熱、過壓保護(hù)功能。圖 8 中一模塊連線圖圖 9 中二模塊連線圖 圖10 儀表模塊連線圖圖11 前部模塊連線圖圖12 車窗模塊連線圖3 系統(tǒng)軟件測(cè)試系統(tǒng)通過 kvaser usbcanII 連接電腦，采用 x-analyser for