汽車電子課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　1.CAN總線3</b></p><p>　　1.1 CAN總線的簡介3</p&g

2、t;<p>　　1.2 CAN總線協(xié)議的報文幀結(jié)構(gòu)形式4</p><p>　　1.3 CAN總線協(xié)議內(nèi)容5</p><p>　　2. 奧迪A4的CAN數(shù)據(jù)總線技術(shù)概述6</p><p>　　3. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4車燈控制系統(tǒng)10</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計10</p><

3、p>　　3.2硬件接口電路設(shè)計10</p><p>　　3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計原理框圖和流程圖11</p><p>　　4. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4電動車窗控制系統(tǒng)13</p><p>　　4.1系統(tǒng)的總體設(shè)計13</p><p>　　4.2硬件接口電路設(shè)計14</p><p>　　4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計

4、流程圖15</p><p>　　4.4電動車窗系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和功能17</p><p>　　5. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4雨刮控制系統(tǒng)17</p><p>　　5.1系統(tǒng)總體設(shè)計概述17</p><p>　　5.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計與原理圖17</p><p>　　5.3元器件與參數(shù)選擇18</p&

5、gt;<p>　　5.4安裝調(diào)試說明19</p><p>　　6 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計19</p><p>　　6.1 硬件抗干擾措施19</p><p>　　6.2 軟件看干擾20</p><p><b>　　7.程序代碼20</b></p><p>　　7.1 CAN控制器

6、的初始化20</p><p>　　7.2報文的發(fā)送程序21</p><p>　　7.3報文的接收程序21</p><p><b>　　8.結(jié)語：22</b></p><p>　　9.課程設(shè)計感想和體會：22</p><p>　　10.參考文獻23</p><p>

7、;<b>　　摘要</b></p><p>　　隨著現(xiàn)代汽車的迅猛發(fā)展和電子技術(shù)的日新月異，汽車電子設(shè)備不斷增多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車綜合控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜。目前．以微控制器為代表的汽車電子在整車電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，汽車控制正由機電控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以分布式網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的智能化系統(tǒng)。CAN總

8、線是一種支持分布式和實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，以其高性能和高可靠性在自動控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。本設(shè)計主要針對基于CAN總線的汽車電子系統(tǒng)的設(shè)計，包括汽車車燈和汽車車窗等控制系統(tǒng)的總體設(shè)計思想、方法和硬件設(shè)計，介紹如何實現(xiàn)用CAN總線完成汽車控制系統(tǒng)的控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：汽車車燈；汽車車窗；雨刮系統(tǒng)；單片機STC89C52；CAN總線 ;SJA1000；82C250；傳感器； 奧迪A4</p>

9、<p><b>　　1.CAN總線</b></p><p>　　1.1 CAN總線的簡介    CAN(ControllerAreaNetwork)數(shù)據(jù)總線是一種適用于汽車環(huán)境的汽車局域網(wǎng)。它屬于多路傳輸系統(tǒng)中的一種，是由德國博世(Bosch)公司在20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制單元與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而應(yīng)用開發(fā)的一種串行通

10、信協(xié)議。目前，在汽車設(shè)計領(lǐng)域中，CAN幾乎成了一種必須采用的技術(shù)手段，尤其是在歐洲，如奔馳、寶馬、保時捷等都采用CAN總線實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。此外，美國汽車廠也將控制器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)逐步由Class2過渡到CAN。CAN國際標準只定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，實際應(yīng)用中，一些廠家和公司又定義了相應(yīng)的應(yīng)用層規(guī)范，使CAN的應(yīng)用更加廣泛和可靠。</p><p>　　CAN信號傳輸介質(zhì)為普通雙絞線

11、，通信速率最高可達1Mbps/40m，直接傳輸距離可達10km/5Kbps。</p><p>　　CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低，由于其采用CRC16的校驗方式，誤碼率僅為310-5。當(dāng)節(jié)點嚴重錯誤時，具有自動關(guān)閉的功能，以切斷該節(jié)點與總線的聯(lián)系，使通信線上的其他節(jié)點機通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。控制器局部網(wǎng)(CAN)屬于現(xiàn)場總線范疇，它是一種有效支

12、持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　CAN作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。比如:發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置。但是CAN總線多路傳輸系統(tǒng)還沒有實際應(yīng)用到汽車前照燈。傳統(tǒng)的汽車系統(tǒng)布線工作量很大，一旦線路發(fā)現(xiàn)故障，診斷工作十分困難，同時由于數(shù)據(jù)傳輸線很長，導(dǎo)致傳輸速度下降，可靠性、實時

13、性差等問題。CAN總線技術(shù)作為最有前途的現(xiàn)場總線之一，依靠其可靠性高，適應(yīng)環(huán)境能力強，糾錯能力突出，性價比高等特點成為解決這一問題的新選擇。正是基于這種研究背景，本文研究并開發(fā)出了基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統(tǒng)。</p><p>　　目前己在工業(yè)自動化、建筑物環(huán)境控制、機床、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。CAN總線具有以下幾個重要特點：    1)結(jié)構(gòu)簡單，只有兩根線與外部相

14、連，且內(nèi)部含有錯誤探測和管理模塊。    2)通信方式靈活?？梢远喾N方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。    3)可以點對點、點對多點及全局廣播方式發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。    4)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時要求。    5)CAN通訊

15、格式采用短幀格式，每幀字節(jié)數(shù)最多為8個，可滿足通常工業(yè)領(lǐng)域中控制命令、工作狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)也不會占用總線時間過長，從而保證了通訊的實時性。    6)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)。當(dāng)兩個節(jié)點同時向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可以不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，這大大地節(jié)省了總線仲裁沖突時間，在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。  

16、  7)直接通訊距離最大可達1k0m(速率在5kb／S以下)，最高通訊速率可達1Mb／s(此時距離最長為40m)。節(jié)點數(shù)可達110個，通信介質(zhì)可以</p><p>　　1.2 CAN總線協(xié)議的報文幀結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　在報文傳輸時，不同的幀具有不同的傳輸結(jié)構(gòu)，下面將分別介紹四種傳輸幀的結(jié)構(gòu)，只有嚴格按照該結(jié)構(gòu)進行幀的傳輸，才能被節(jié)點正確接收和發(fā)送。</p>

17、<p>　　(1)數(shù)據(jù)幀由七種不同的位域(Bit Field)組成：幀起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、數(shù)據(jù)域(DataField)、CRC域(CRC Field)、應(yīng)答域(ACK Field)和幀結(jié)尾(End of )。數(shù)據(jù)域的長度可以為0～8個字節(jié)。</p><p>　　1)幀起始(SOF)：幀起始(SOF)標志著數(shù)據(jù)幀

18、和遠程幀的起始，僅由一個“顯性”位組成。在CAN的同步規(guī)則中，當(dāng)總線空閑時(處于隱性狀態(tài))，才允許站點開始發(fā)送(信號)。所有的站點必須同步于首先開始發(fā)送報文的站點的幀起始前沿(該方式稱為“硬同步”)。</p><p>　　2)仲裁域：仲裁域由標識符和RTR位組成，標準幀格式與擴展幀格式的仲裁域格式不同。標準格式里，仲裁域由1l位標識符和RTR位組成。標識符位有ID28～IDl8。擴展幀格式里，仲裁域包括29位標識

19、符、SRR位、IDE(Identifier Extension，標志符擴展)位、RTR位。其標識符有ID28～IDO。為了區(qū)別標準幀格式和擴展幀格式，CANl．0～1．2版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。IDE位為顯性，表示數(shù)據(jù)幀為標準格式；IDE位為隱性，表示數(shù)據(jù)幀為擴展幀格式。在擴展幀中，替代遠程請求(Substitute Remote Request，SRR)位為隱性。仲裁域傳輸順序為從最高位到最低位，其中最高7位不能全為零。

20、RTR的全稱為“遠程發(fā)送請求(Remote TransmissionRequest)”。RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀和遠程幀的標志。</p><p>　　3)控制域：控制域由6位組成，包括2個保留位(r0、r1同于CAN總線協(xié)議擴展)及4位數(shù)據(jù)長度碼，允許的數(shù)據(jù)長度值為0～8字節(jié)。</p><p>　　4)數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照長度代

21、碼指示長度發(fā)送。對于接收的數(shù)據(jù)，同樣如此。它可為0～8字節(jié)，每個字節(jié)包含8位，首先發(fā)送的是MSB(最高位)。</p><p>　　5)CRC校驗碼域：它由CRC域(15位)及CRC邊界符(一個隱性位)組成。CRC計算中，被除的多項式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及15位為0的解除填充的位流給定。此多項式被下列多項式X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除(系數(shù)按模2計算)，相除的余數(shù)即為發(fā)至總

22、線的CRC序列。發(fā)送時，CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送／接收。之所以選用這種幀校驗方式，是由于這種CRC校驗碼對于少于127位的幀是最佳的。</p><p>　　6)應(yīng)答域：應(yīng)答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個(應(yīng)答間隙及應(yīng)答界定)隱性位組成，所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點將在發(fā)送節(jié)點的應(yīng)答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫為顯性位。因此，發(fā)送節(jié)點將一直監(jiān)視總線信號已確認網(wǎng)絡(luò)中至少一個節(jié)點正確地接收到所發(fā)信息。應(yīng)答界定符是應(yīng)答

23、域中第二個隱性位，由此可見，應(yīng)答間隙兩邊有兩個隱性位：CRC域和應(yīng)答界定位。</p><p>　　7)幀結(jié)束域：每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀均由一串七個隱性位的幀結(jié)束域結(jié)尾。這樣，接收節(jié)點可以正確檢測到一個幀的傳輸結(jié)束。</p><p>　　1.3 CAN總線協(xié)議內(nèi)容</p><p>　　CAN總線的物理層是將ECU連接至總線的驅(qū)動電路。ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負荷

24、。物理層定義了物理數(shù)據(jù)在總線上各節(jié)點間的傳輸過程，主要是連接介質(zhì)、線路電氣特性、數(shù)據(jù)的編碼／解碼、位定時和同步的實施標準。 </p><p>　　BOSCH CAN基本上沒有對物理層進行定義，但基于CAN的ISO標準對物理層進行了定義。設(shè)計一個CAN系統(tǒng)時，物理層具有很大的選擇余地，但必須保證CAN協(xié)議中媒體訪問層非破壞性位仲裁的要求，即出現(xiàn)總線競爭時，具有較高優(yōu)先權(quán)的報文獲取總線競爭的原則，所以要求物理層必須支

25、持CAN總線中隱性位和顯性位的狀態(tài)特征。在沒有發(fā)送顯性位時，總線處于隱性狀態(tài)，空閑時，總線處于隱性狀態(tài)；當(dāng)有一個或多個節(jié)點發(fā)送顯性位，顯性位覆蓋隱性位，使總線處于顯性狀態(tài)。 </p><p>　　在此基礎(chǔ)上，物理層主要取決于傳輸速度的要求。從物理結(jié)構(gòu)上看，CAN節(jié)點的構(gòu)成如圖2-1所示。在CAN中，物理層從結(jié)構(gòu)上可分為三層：分別是物理層信令(Physical Layer Signaling，PLS)、物理介質(zhì)附件

26、(Physical MediaAttachment，PMA)層和介質(zhì)從屬接口(Media Dependent：Inter-face，MDI)層。其中PLS連同數(shù)據(jù)鏈路層功能由CAN控制器完成，PMA層功能由CAN收發(fā)器完成，MDI層定義了電纜和連接器的特性。目前也有支持CAN的微處理器內(nèi)部集成了CAN控制器和收發(fā)器電路，如MC68HC908GZl6。PMA和MDI兩層有很多不同的國際或國家或行業(yè)標準，也可自行定義，比較流行的是ISOll

27、898定義的高速CAN發(fā)送／接收器標準。理論上，CAN總線上的節(jié)點數(shù)幾乎不受限制，可達到2000個，實際上受電氣特性的限制，最多只能接100多個節(jié)點。</p><p>　　CAN的數(shù)據(jù)鏈路層是其核心內(nèi)容，其中邏輯鏈路控制(Logical Link control，LLC)完成過濾、過載通知和管理恢復(fù)等功能，媒體訪問控制(Medium Aeeess control，MAC)子層完成數(shù)據(jù)打包／解包、幀編碼、媒體訪問管

28、理、錯誤檢測、錯誤信令、應(yīng)答、串并轉(zhuǎn)換等功能。這些功能都是圍繞信息幀傳送過程展開的。</p><p>　　圖2-1 CAN總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2. 奧迪A4的CAN數(shù)據(jù)總線技術(shù)概述</p><p>　　A4數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的功能：</p><p>　　奧迪A4上有不同的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)在工作。這些系統(tǒng)以不同的平面作。組合儀表板內(nèi)的控

29、制器是這些數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的交匯處（網(wǎng)關(guān)）。  </p><p>　　J285組合儀表板內(nèi)控制器(網(wǎng)關(guān))   </p><p>　　本數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)中數(shù)據(jù)同時通過導(dǎo)線“CAN–Hi”和“CAN–Lo”傳遞（ A121、A146、A178是CAN-high bus；A122、A147、A179是CAN-low bus)。根據(jù)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的型號，兩根

30、導(dǎo)線相互擰在一起（相互纏繞）,以將對其他系統(tǒng)的干擾輻射盡可能減小,另外還能不受其他導(dǎo)線的影響。</p><p>　　數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)線順序地傳向各連接的控制器。這些數(shù)據(jù)不能用車間工具檢查到。</p><p>　　各控制器將數(shù)據(jù)按規(guī)定的間隔作為電報來發(fā)送和等待。一個控制器發(fā)送的兩個電報之間的時間間隔取決于所傳遞數(shù)據(jù)的價值，在0.01和0.2秒之間。</p><p>　　

31、如果一個相連接的控制器在規(guī)定的時間內(nèi)未收到信息或收到的數(shù)據(jù)信息無法分析，故障存儲器存儲一個故障。如果一個控制器因為元件故障而無法提供所要求的信息（或只是某特定信息），一個帶有該數(shù)據(jù)信息的故障通告被發(fā)送，以要求讀取該控制器的故障存儲器。</p><p>　　例如：舒適系統(tǒng)外部溫度傳感器G17未被連接，因此組合儀表板內(nèi)控制器J285不能在其數(shù)據(jù)信息中發(fā)送該傳感器測量值。組合儀表板內(nèi)控制器存儲該故障并在其數(shù)據(jù)信息中發(fā)送

32、一個故障通告而不是發(fā)送測量值。控制和顯示單元E87通過分析該信息而識別出故障通告并在故障存儲器內(nèi)存儲信息“請讀取組合儀表板內(nèi)控制器的故障存儲器”。</p><p>　　奧迪A4數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)：</p><p>　　1、舒適設(shè)備數(shù)據(jù)總線：</p><p><b>　　舒適設(shè)備數(shù)據(jù)總線</b></p><p>　　★以100k

33、Baud（每秒100000信息單位）的傳遞速度工作。</p><p>　　★兩根導(dǎo)線中有一根失效時仍可以工作，但是以緊急狀態(tài)工作（例如一根導(dǎo)線斷路）。</p><p><b>　　與以下控制器相連：</b></p><p>　　★組合儀表板內(nèi)控制器J285（與動力設(shè)備數(shù)據(jù)總線的交匯處）</p><p>　　★空調(diào)設(shè)備控制

34、和顯示單元E87</p><p>　　★舒適系統(tǒng)控制單元-J393</p><p>　　★輔助暖氣控制器J364（僅對裝有原裝奧迪駐車暖氣/輔助暖氣裝置的車輛）</p><p>　　★轉(zhuǎn)向柱電子裝置控制器J527</p><p><b>　　★電壓控制</b></p><p><b>　

35、　★停車輔助控制</b></p><p><b>　　★車門控制-J</b></p><p>　　★其他與舒適設(shè)備數(shù)據(jù)總線相連的控制器</p><p>　　2、動力設(shè)備數(shù)據(jù)總線：</p><p><b>　　動力設(shè)備數(shù)據(jù)總線</b></p><p>　　★以500

36、kBaud（每秒500000信息單位）的傳遞速度工作。</p><p>　　★只有在兩根導(dǎo)線都能傳遞數(shù)據(jù)時才能工作（保證安全）。</p><p><b>　　與以下控制器相連：</b></p><p>　　★組合儀表板內(nèi)控制器-J285（與舒適設(shè)備數(shù)據(jù)總線的交匯處）</p><p>　　★發(fā)動機控制器-J...</

37、p><p>　　★ABS和EDL-J104</p><p><b>　　★A/T-J217</b></p><p>　　★Air big-J234</p><p>　　★其它與動力設(shè)備數(shù)據(jù)總線相連的控制器</p><p>　　3、其它設(shè)備數(shù)據(jù)總線：</p><p><b&

38、gt;　　其它設(shè)備數(shù)據(jù)總線</b></p><p>　　★電話/遠程信息處理單元-J526</p><p>　　★語音輸入控制器-J507</p><p>　　★導(dǎo)航和CD機控制單元-J401</p><p>　　★智能卡閱讀器-R99</p><p><b>　　★收音機-R</b>

39、</p><p>　　★電子操作裝置及導(dǎo)航系統(tǒng)控制器-J402</p><p>　　★其它與該數(shù)據(jù)總線相連的控制器</p><p>　　3. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4車燈控制系統(tǒng)</p><p>　　3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　汽車車燈CAN總線控制系統(tǒng)由5個CAN控制點構(gòu)成，分別是左右前門節(jié)點，左

40、右后門節(jié)點車燈系統(tǒng)和中央控制節(jié)點，主要用于控制汽車車身的車燈系統(tǒng)。需要實現(xiàn)的控制功能包括大燈控制（遠光燈）、小燈控制（近光燈）、倒車燈控制、制動燈控制、霧燈控制、超車燈控制、轉(zhuǎn)向燈控制、報警燈控制及示廓燈控制。其中轉(zhuǎn)向燈控制、報警燈控制及示廓燈控制作用于轉(zhuǎn)向燈。轉(zhuǎn)向控制時相應(yīng)側(cè)的轉(zhuǎn)向燈閃爍；報警控制時4個轉(zhuǎn)向燈同時閃爍，此時轉(zhuǎn)向控制不起作用；示廓控制時4個轉(zhuǎn)向燈保持打開狀態(tài)，不閃爍，其他各燈獨立控制。</p><p&

41、gt;　　3.2硬件接口電路設(shè)計</p><p>　　汽車車燈CAN總線控制系統(tǒng)的硬件主要由中央控制器模塊、節(jié)點控制器模塊、CAN總線收發(fā)器模塊、電源模塊和輸入信號調(diào)理模塊等組成。本次設(shè)計的是車燈控制系統(tǒng)CAN總線節(jié)點，利用STC89C51作為節(jié)點的未處理器，采用SJA1000作為CAN總線通行接口控制器，SJA1000的ADO—AD7連接到89C51的P0 口，SJA1000的萬連接到89C51的P2．0，P2

42、．0為0時CPU片外存儲器地址可選中SJA1000，CPU通過這些地址可對sJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀，寫操作。SJA1000的RD、WR、ALE分別與89C51的引腳相連，INT接89C51的INTO，89C51也可以通過中斷方式訪問SJA1000。為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CA

43、N節(jié)點間的電氣隔離。82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，它是專用的CAN驅(qū)動芯片，提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。為了增強CAN通信的抗干擾能力，在緩沖器和CAN驅(qū)動之間設(shè)計了光電隔離電路</p><p>　　車燈控制系統(tǒng)CAN總線硬件原理圖</p><p>　　3.3系統(tǒng)軟件設(shè)計原理框圖和流程圖</p><p>　　4. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4電動

44、車窗控制系統(tǒng)</p><p>　　4.1系統(tǒng)的總體設(shè)計</p><p>　　現(xiàn)在各中高檔轎車都安裝有電動車窗，按鈕控制車窗玻璃的升降。如果車窗無智能，司機在沒有注意到乘客的手或物體伸出窗口的情況下按下按鈕，乘客容易被車窗夾傷。為了安全，很多乘車都采用電動防夾車窗。在充分研究有關(guān)CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用和電動車窗防夾方案的基礎(chǔ)上，提出一種基于CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

45、，實現(xiàn)車窗在正常工作模式下防夾控制功能和緊急情況下(異常工作模式)快速升降車窗控制功能。CAN總線系統(tǒng)節(jié)點分為不帶微控制器的非智能節(jié)點和帶微控制器的智能節(jié)點。該系統(tǒng)采用智能節(jié)點設(shè)計，轎車車窗按CAN總線結(jié)構(gòu)和電器元件在汽車中的物理位置劃分為左前、右前、左后和右后4個節(jié)點單元。其中左前節(jié)點為主控制單元，除負責(zé)本地(左前)車窗的升降，還可以遠程控制其他車窗。各節(jié)點采用獨立的帶CAN功能的微控制器設(shè)計，其CAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖所示。</p&

46、gt;<p>　　4.2硬件接口電路設(shè)計</p><p>　　該系統(tǒng)采用片內(nèi)含有CAN控制器的P8xC591作為節(jié)點單元主控制器。P8xC591采用強大的80C51指令集；內(nèi)部集成有SJAl000 CAN控制器的PeliCAN功能；全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴展的節(jié)電方式：振蕩器停止和恢復(fù)而不丟失數(shù)據(jù)；改進的1：l內(nèi)部時鐘分頻器在12 MHz外部時鐘頻率時實現(xiàn)500ns指令周期。</p><

47、;p>　　控制器P8xC2591讀取按鍵信息，驅(qū)動車窗電機按預(yù)先編制的軟件指令運行，同時監(jiān)測傳感器的輸出電壓和負載電流，作為車窗在上升(下降)過程中與障礙物夾持時的邏輯判斷，然后驅(qū)動電機。為了防止車窗玻璃上升到頂部或下降到底部時，電動機受到?jīng)_擊堵轉(zhuǎn)而降低電動車窗機械的使用壽命，該系統(tǒng)設(shè)計具有軟停止功能，并且手動或自動上升、下降時都有此功能。當(dāng)玻璃上升(下降)快到頂(底)部時，在上升軟停止點切斷電動機的電源使其停止工作，通過電動機的

48、慣性使玻璃上升(下降)到頂(底)部。各節(jié)點單元相關(guān)命令和狀態(tài)通過CAN控制器以報文格式由CAN總線完成與其他節(jié)點單元信息間的傳輸和共享。系統(tǒng)節(jié)點單元硬件設(shè)計框圖如圖所示。</p><p>　　車窗控制系統(tǒng)CAN總線硬件原理圖</p><p>　　系統(tǒng)左前節(jié)點單元除具有全局控制外，其余節(jié)點單元只負責(zé)控制本地車窗，硬件設(shè)計僅多一個按鍵K4，主要在于軟件設(shè)計。該系統(tǒng)設(shè)計的控制電路不僅支持節(jié)點單元

49、間的CAN總線通信，還要檢測壓電傳感器和負載電流等模擬量，判斷各種邏輯，通過驅(qū)動器實現(xiàn)控制功能。</p><p>　　4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　4.4電動車窗系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)和功能</p><p>　　①防夾功能 初始化后，手動和自動上升時都具有防夾功能，防夾次數(shù)不受限制；從車窗上極限下沿40mm往下，車窗上極限上沿40 mm往上的區(qū)間為防夾區(qū)間

50、</p><p>　　②省電模式 在輸入信號消失120 ms后。且電動機溫度接近室溫25℃時，系統(tǒng)自動進入省電模式．靜態(tài)電流小于300μA。當(dāng)電動機控制單元一旦得到輸入指令就被喚醒。</p><p>　?、圮浲Ｖ构δ?上升軟停止點為上極限位置約2 mm處，下降軟停止點為下極限位置上約12 mm處。</p><p>　?、茈妱訖C保護功能對電動機采取保護措施，提高電動機

51、和電動車窗系統(tǒng)的使用壽命。</p><p>　?、葑栽\斷保護功能 為保證系統(tǒng)的可靠性，同時提高系統(tǒng)的平均無故障時間，采用自診斷保護措施：如果電源電壓超過16 V±0．5 V，關(guān)閉自動上升功能。</p><p>　?、尴到y(tǒng)抗干擾設(shè)計技術(shù)軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、成本低等優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　5. 基于CAN總線技術(shù)的奧迪A4雨刮

52、控制系統(tǒng)</p><p>　　5.1系統(tǒng)總體設(shè)計概述</p><p>　　這里用新型公開了總線型汽車雨刮控制器，其包括微控制器以及ＣＡＮ通信、雨刮驅(qū)動控制、雨刮復(fù)位狀態(tài)信息采集單元和支持電路，微控制器通過其數(shù)據(jù)總線與所述三個單元和支持電路相連。本實用新型取消了雨刮硬件復(fù)位模式和雨刮間歇控制器，從而可使雨刮使用壽命延長和雨刮成本降低，還可以拓展功能，面向用戶需求實現(xiàn)個性化訂制。</p&

53、gt;<p>　　總線型汽車雨刮控制器，其特征是包括微控制器、ＣＡＮ通信單元、雨刮驅(qū)動控制單元、雨刮復(fù)位狀態(tài)信息采集單元和支持電路，微控制器通過其數(shù)據(jù)總線與所述三個單元和支持電路相連；微控制器內(nèi)部集成有ＣＡＮ控制器。</p><p>　　5.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計與原理圖</p><p>　　汽車刑水器自控電路的工作原理如圖所示。它主要由濕度檢測電路、轉(zhuǎn)換開關(guān)電路、電予開關(guān)、鄉(xiāng)諧振

54、蕩器、顯示電路、執(zhí)行電路組成。轉(zhuǎn)換開關(guān) 置于“1”的位置時為自動控制。轉(zhuǎn)換開關(guān) 置于“2”的位置時為手動控制。濕度傳感器主是用來檢測車窗上面的積水情況，為該控制電路提供濕度檢測信號。IC 是一種功率開關(guān)集成電路， 其控制端⑤腳的電位高低， 決定了 Cl的導(dǎo)通與截止。當(dāng) C的控制端⑤ 腳電位大于1．6V時，IC 便處于導(dǎo)通狀態(tài)，反之則截止。在實際應(yīng)用時，應(yīng)使 C 的控制端⑤ 腳電位不能大于6V， 以免被損壞。 C z等元件組成一個占空比可

55、調(diào)的多諧振蕩器，其電位器 和 z的阻值大小，直接關(guān)系到振蕩器的頻率。</p><p>　　當(dāng)需要自動時，將轉(zhuǎn)換開關(guān) 置于“1”的位置。未降雨水，其濕度傳惑器兩端。與b之間的電阻月水阻值很大，使得晶體管BG截止，且使Ct的控制端⑤腳為低電平而截止，則 C 的(D腳與②腳和⑧腳之問電路不導(dǎo)通，故刮水器電{：JJ_M</p><p>　　斷電不丁作。一旦降雨時濕度傳感器兩端0與b之間電阻月水的阻

56、值變得很小，使得晶體管 G導(dǎo)通．此時 C。的控制端⑤腳獲得4伏左右的高電平，致使IC。導(dǎo)通，其②腳和③腳輸出約12V電源，使得刮水器電機 通電T作。氓而，刮水器按一定頻率不斷地往返掃過車商，直到雨停后刮水器電機才斷電不工作。</p><p>　　當(dāng)需要手動時，將轉(zhuǎn)換開關(guān) 置于“2”的位四。 C 的導(dǎo)通與截止直接受~ljIC z的控制。倘若 C z的③腳輸出商電 時，~lJIC 導(dǎo)通，反之則截止。在接通電源的瞬問，

57、 電容C。的 i極端呈低電平，并且 Cz的②腳和⑥腳為低電 ，其⑧腳輸</p><p>　　出高電平，則使 C-導(dǎo)通，故剮水器電機 通電：L作。與此同時，正電源經(jīng)月11、D。、 z、月1 o電容C a充電， 當(dāng)電容C。兩端電壓被充到2／3Vcc(8V)時，致使IC 復(fù)位，其⑧腳輸出低電平，則IC 截止， 故刮水器電機 斷電不工作。同時 C z內(nèi)部的放電晶體管導(dǎo)通，使⑦腳為低電平，然后經(jīng)D z、 、月。向電容C a

58、放電。當(dāng)電容C。兩端電壓降到1／3Vcc(4V)時，則又使 C z處于置位狀態(tài)，其⑧腳輸出高電平，故刮水器電機 又通電工作。這樣不斷周而復(fù)始的重復(fù)以上充、放電過程，從而使刮水器電機 間歇通電工作。</p><p><b>　　汽車水刮原理圖</b></p><p>　　5.3元器件與參數(shù)選擇</p><p>　　C 為新型大功率驅(qū)動開關(guān)集成電路

59、 Ⅳ8778。 C2為#A555時基集成電路，亦可用5G1555、FX555、NE555等。 G選用放大系數(shù)大于8O的硅PⅣP型晶體管，~fl3CG14A、3CG21等。LEDl和LEDz為一般的紅色發(fā)光二極管。D1～D 3為1N4001整流二極管。Rl=4．3 Q，R2=100KQ ，R 3=R4=R8=10KQ ，R 5=18KQ ，R 6=R 9=R 1 0=R 1 1=R 1 2=1KQ，R 7=5．1KQ 。C1= 100#F

60、／25V ，C 2=0．01pF，C 3= 220#F／25V，C1和C 3要求漏電越小越好。 1= z=4．7MQ。工作電源使用12V汽車蓄電池。</p><p><b>　　5.4安裝調(diào)試說明</b></p><p>　　濕度傳感器的安裝位置，直接影響著本控制電路的使用效果，故濕度傳感器兩探頭。和b的安裝位置，必須是在刮水器所掃過車窗面的地方。并且，當(dāng)濕度傳感器受

61、到雨水作用時，其探頭0與b之問的電阻R水阻值應(yīng)很小，反之則阻值很大。電位器 t和 z、開關(guān) 和 z、發(fā)光二極竹LEDt和￡ED z均安裝在駕駛室的顯示儀表板上，</p><p>　　6 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計</p><p>　　一個系統(tǒng)要應(yīng)用到實際中去，其運行就需要極高的可靠性和長期的穩(wěn)定性。而汽車電子的工作環(huán)境通常很惡劣，其周圍充斥著電磁波，電子器件在．40℃一125℃的高溫差下工作，并且還

62、需要克服濕熱、強振動和干擾信號多且強的惡劣環(huán)境。汽車上有很多噪聲源，如刮水器電動機、燃油泵、火花點火線圈、空調(diào)起動器、交流發(fā)電機線纜連接的間歇切斷，以及某些無線電子設(shè)備等，這些干擾問題輕則影響電子設(shè)備的正常工作，重則損壞相應(yīng)的電器元件，因此必須采取一定的硬件及軟件的抗干擾措施，否則各項電子系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠地運行。</p><p>　　6.1 硬件抗干擾措施</p><p>　　硬件方面采

63、用電磁兼容設(shè)計，重點處理靜電場、磁場和傳輸線路及電路引入的干擾，采用濾波、去耦、隔離、屏蔽和接地等方式，加入電源電壓檢測、看門狗等電路。具體措施如下：</p><p>　?。?）傳輸線采用屏蔽雙絞線。</p><p>　?。?）用看門狗定時器進行超時復(fù)位。</p><p>　?。?）在CAN控制器SJA1000和CAN收發(fā)器PCA82C250之間增加了由高速隔離器件

64、6N137構(gòu)成的光電隔離電路，電源也采用微型DC/DC模塊來進行隔離。</p><p>　?。?）將PCA82C250的CANH和CANL分別通過一個5Ω的電阻與CAN總線相連，可起到限流作用，保護PCA82C250免受過流沖擊，CANH和CANL分別并聯(lián)一個30pF的電容接地，也可過濾總線上的高頻干擾。</p><p>　　（5）傳輸介質(zhì)的損壞或總線驅(qū)動器的損壞等都會破壞CAN的可靠通信

65、，這些故障如不能自動檢測并采取相應(yīng)措施排除，將使系統(tǒng)部分甚至完全失去通信能力。解決這一問題的有效途徑是采用冗余通信控制，從而保證通信系統(tǒng)主要功能正常運行，以此提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p><b>　　6.2 軟件看干擾</b></p><p>　　由于外界環(huán)境的不確定性，干擾信號產(chǎn)生的原因錯綜復(fù)雜，盡管我們采用了硬件抗干擾措施，但仍然很難保證系統(tǒng)完全不受干擾，而

66、軟件的可靠性對于整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是很重要的，尤其當(dāng)系統(tǒng)受到干擾時，軟件要及時處理故障，并自動回到正確運行狀態(tài)。軟件抗干擾方法具有簡單、靈活方便、耗費低等特點，實際的系統(tǒng)設(shè)計中作為硬件抗干擾措施的輔助手段。軟件抗干擾通常有：</p><p><b>　　數(shù)字濾波技術(shù)</b></p><p><b>　　軟件看門狗技術(shù)</b></p>

67、<p><b>　　7.程序代碼</b></p><p>　　7.1 CAN控制器的初始化</p><p>　　CAN控制器的初始化是在復(fù)位模式下進行，初始化前將CAN通用控制寄存器的軟復(fù)位位置1(復(fù)位模式)。初始化主要包括工作方式的設(shè)置、ID標志符寄存器的設(shè)置、接收屏蔽寄存器的設(shè)置、波特率參數(shù)的設(shè)置、消息郵箱Mob控制寄存器的設(shè)置和中斷允許寄存器的設(shè)置等

68、，在完成初始化設(shè)置以后，回到工作狀態(tài)進行正常的通訊任務(wù)。</p><p>　　void CAN_ init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WDTCR=(1《WDCE)l(1<<WDE)；／／看門狗初始化</p><p>　　WDTCR=0x0f；</p>

69、<p>　　wdt_ reset()；</p><p>　　SREG=0x00； ／／關(guān)全局中斷；0x80開全局中斷</p><p>　　CANGCON l=(1<<SWRES)； ／／CAN控制器軟復(fù)位</p><p>　　CANBT1=0x06； ／／設(shè)置系統(tǒng)時鐘設(shè)置波特率分頻因子</p><p>　　CANBT2

70、=0x0c；//補償不同CAN控制器之間的相位差和物理延時方式自動增長</p><p>　　CANBT3=0x37；／／相位緩沖</p><p>　　CANTCON =0xff；／／預(yù)比例因子</p><p>　　CANPAGE=0x00；</p><p>　　CANSTMOB =0：／／清除Mob狀態(tài)寄存器</p><p

71、>　　CANCDMOB =0x18； ／／設(shè)置選擇can2．0B協(xié)議，DLC=8設(shè)置ID</p><p>　　SREG=0x80； ／／開全局中斷</p><p>　　CANGIE I =((1《ENIT)+(1《EN—RX))；／／開全局中斷和接收中斷</p><p>　　CANIE2 l=0x09； ／／開郵箱接收中斷</p><p&g

72、t;　　CANPAGE=0x00；</p><p>　　CANCDMOB I=0xS0； ／／MOB0接收使能</p><p>　　CANGCON l =0x02； ／／CAN控制器啟動</p><p><b>　　}</b></p><p>　　7.2報文的發(fā)送程序</p><p>　　消息的發(fā)

73、送采用查詢方式，CAN控制器檢查CAN郵箱狀態(tài)寄存器的TXOK標志，如果發(fā)送緩沖器被鎖定，就周期查詢狀態(tài)寄存器，直到發(fā)送緩沖器被釋放。CAN控制器的發(fā)送郵箱將自動發(fā)送消息，直到CAN數(shù)據(jù)寄存器為空。在發(fā)送消息的過程中，CAN控制器的發(fā)送中斷處于禁能狀態(tài)。</p><p>　　void send(uchar n)</p><p><b>　　{</b></p>

74、;<p>　　CANGIE&=~(1<<ENRX)；</p><p>　　CANPAGE=(n《4)； ／／選擇郵箱</p><p>　　if(CANSTMOB&(1,<<TXOK))</p><p><b>　　{</b></p><p>　　CANCDMOB=0x

75、08； ／／設(shè)置協(xié)議類型和數(shù)據(jù)長度</p><p>　　CANSTMOB&=～(1<<TXOK)； ／／禁止，開始發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p><b>　　? ／／發(fā)送消息</b></p><p>　　CANCDMOB=0x48； ／／使能發(fā)送模式</p><p>　　CANGIE l=(1<<

76、;ENRX)；</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　7.3報文的接收程序</p><p>　　報文的接收主要有兩種方式：中斷方式和查詢方式。在本設(shè)計中，采用的是中斷接收方式，即每傳來一個報文，就觸發(fā)CANSTMOB中的RXOK中斷，然后

77、將收到的數(shù)據(jù)從CAN數(shù)據(jù)寄存器中轉(zhuǎn)移到指定的存儲區(qū)域內(nèi)并保存起來，最后中斷返回。在接受消息的過程中，CAN控制器的接收中斷處于禁能狀態(tài)。</p><p>　　ISR(CAN1T_vect)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i，num_ i；</p><p>　　CANGIE&

78、;=～(1<<ENRX)； ／／關(guān)接收中斷</p><p>　　num_i=CANSIT2； ／／中斷的郵箱號</p><p>　　if(num_i&(1<<SIT0)) ／／判斷是否產(chǎn)生中斷</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=0；</

79、b></p><p>　　TCNT1=0x0000； ／／重啟定時監(jiān)視器，計數(shù)器清零</p><p>　　CANPAGE=i《4：</p><p><b>　　? ／／保存消息</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　CANPAGE=0x00

80、；</p><p>　　CANSTMOB&=一(1<<RXOK)； ／／清中斷標志</p><p>　　CANCDMOB=0x88； ／／接收使能</p><p>　　CANGIE I=(1<<ENPX)； ／／開中斷</p><p><b>　　8.結(jié)語：</b></p>

81、<p>　　以奧迪A4為基礎(chǔ)車型，設(shè)計了基于CAN總線的汽車車燈；汽車車窗；雨刮系統(tǒng)，節(jié)點單元以stc89c51單片機為核心，將各部分系統(tǒng)的器件和電子控制元件接入系統(tǒng)。采用CAN總線傳輸、共享和查詢數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分布式控制。與傳統(tǒng)汽車電器手動操作和點對點式互聯(lián)方式相比．采用CAN總線技術(shù)，布線明顯減少，車身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)可靠性高，更易于維護。目前，該系統(tǒng)設(shè)計已在國內(nèi)某轎車上安裝試行．反映效果良好。所提出的方案具有較強的可移植性

82、和可擴展性，同樣也適用于汽車電氣系統(tǒng)的智能化升級，開發(fā)其他功能更為強大的CAN總線智能產(chǎn)品。</p><p>　　9.課程設(shè)計感想和體會：</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，使我們把從課本上學(xué)到的理論與實際相結(jié)合，根據(jù)某一車型設(shè)計基于can總線的汽車控制系統(tǒng)，給了我們很大的發(fā)揮控制，讓我們在查找資料和相互討論中自主學(xué)習(xí)。通過書和網(wǎng)絡(luò)的資料的查找，我們熟悉了can總線在汽車線路中的運用。

83、并由此確立了我們的設(shè)計題目——設(shè)計一個基于can總線的汽車車燈、車窗和雨刮的車身控制系統(tǒng)，并以奧迪A4為車型進行設(shè)計。在課程設(shè)計中，我們團隊分工合作，互相配合，遇到問題積極討論查找資料，諸如我們的總體方案的確立，硬件的選擇與設(shè)計、軟件的分模塊設(shè)計，最后我們還對所設(shè)計的系統(tǒng)進行了抗干擾設(shè)計和可行性的分析，以一個理科生科學(xué)嚴謹?shù)膽B(tài)度去分析問題解決問題，使我們受益匪淺。當(dāng)然從中也體現(xiàn)出我們很多的不足之處，比如說我們對硬件還不夠了解，對一些硬件

84、的編程也使我們遇到了瓶頸等等。從這次事件中使我們的各項能力得到提高，加深了對汽車電子和CAN總線控制技術(shù)的理解，對于不足之處，我們查漏補缺，相信勤能補拙。也希望老師能多加指導(dǎo)，使我們的專業(yè)素質(zhì)得到進一步的提高。</p><p><b>　　10.參考文獻</b></p><p>　　【1】《汽車電控技術(shù)》 陳渝光</p><p>　　【2】《汽

85、車電控技術(shù)》 陳渝光</p><p>　　【3】《汽車電器與電子控制技術(shù)》 徐向陽 </p><p>　　【4】《奧迪汽車電子系統(tǒng)詳解》 JR.羅納斯.布林</p><p>　　【5】鄔寬明．CAN 總線原理爭應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M．北京：北京航空航天大學(xué)出</p><p><b>　　版社．1996</b></p>

86、<p>　　【6】閆茂德，陳金平．基于CAN 總線德汽車電子系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計I．長安大學(xué)學(xué)報，2006，(1)</p><p>　　【7】陳瑋 ．陳文薌.基于C51與CAN總線的汽車電子控制系統(tǒng)單元設(shè)計. 福建電腦. 2007年第12期</p><p>　　【8】 梁業(yè)宗 《基于CAN總線的汽車車身控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計》 武漢理工大學(xué) 2009-05</p>