基于車載CAN總線的倒車?yán)走_(dá)單元設(shè)計

摘要：倒車?yán)走_(dá)在汽車中得到廣泛應(yīng)用，但沒有與車載CAN總線網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，造成其功能不完善。用PIC18F258單片機(jī)設(shè)計一個倒車?yán)走_(dá)單元，使倒車?yán)走_(dá)能夠被車栽網(wǎng)絡(luò)識別，實(shí)現(xiàn)與CAN總線的數(shù)據(jù)通信與資源共享，完成倒車?yán)走_(dá)的自動剎車功能。
關(guān)鍵詞：CAN總線；倒車?yán)走_(dá)；PIC18F258；報文

0 引言
目前的汽車電子領(lǐng)域中，倒車?yán)走_(dá)普遍采用超聲波測距原理，通過單片機(jī)計算出障礙物與車的距離并顯示和報警。但大多數(shù)這類產(chǎn)品都是獨(dú)立的控制單元，無法與CAN總線接軌，所以只能作為一種倒車安全輔助裝置。用PIC18F258單片機(jī)設(shè)計一個倒車?yán)走_(dá)單元使其與車載CAN網(wǎng)絡(luò)接軌，這樣可以將實(shí)測的車與障礙物的距離信息以報文形式發(fā)送給車載CAN總線上的其他控制單元，以實(shí)現(xiàn)其必要的功能。當(dāng)車與障礙物距離小于某一值時，通過制動單元實(shí)現(xiàn)自動制動功能，保證車輛倒車安全；CAN總線上儀表控制單元接收到車與障礙物距離信息后，可將其距離顯示出來；CAN總線上語音設(shè)備接收到信息后，可根據(jù)距離大小實(shí)現(xiàn)不同頻率分級語音報警。這樣實(shí)現(xiàn)了倒車?yán)走_(dá)單元在CAN總線上與其相關(guān)單元的數(shù)據(jù)共享，擴(kuò)展了倒車?yán)走_(dá)的功能，同時也提高了倒車的安全性。

1 CAN總線與車載CAN網(wǎng)絡(luò)通信
1．1 CAN總線
CAN總線是一種保密性很高的現(xiàn)場總線，是德國Bosch公司在20世紀(jì)80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制和測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。它具有以下特點(diǎn)：
(1)總線以多主方式工作，系統(tǒng)柔性好，通信方式靈活，且不用占地址等單元信息；
(2)CAN總線網(wǎng)絡(luò)上的單元信息分不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實(shí)時要求，所有的信息發(fā)送都以固定格式發(fā)送；
(3)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓狀況；
(4)只通過報文濾波可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一對多點(diǎn)及全局廣播等幾種方式接收傳送數(shù)據(jù)；
(5)通信速率與距離成反比，5 Kb／s以下速率直接通信可達(dá)10 km，40 m內(nèi)通信最高速率可達(dá)1 Mb／s；
(6)具有錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復(fù)功能；
(7)CAN總線單元在出現(xiàn)嚴(yán)重錯誤情況下會自動關(guān)閉輸出功能，以便總路線上其他單元的操作不受影響；
(8)CAN總線單元數(shù)理論上可以是無數(shù)個，但一般受通信速率限制，單元越多，通信速率越低，所以單元數(shù)還是有限的。
1．2 車載CAN網(wǎng)絡(luò)通信
現(xiàn)代汽車內(nèi)部的主要控制單元有：發(fā)動機(jī)控制單元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元、自動變速器控制單元、儀表管理單元、車窗控制單元、牽引力控制單元、故障診斷單元、中控門鎖單元、座椅調(diào)節(jié)單元、照明控制單元、空調(diào)控制單元、雨括控制單元、后視鏡控制單元等。這些控制單元通過CAN總線構(gòu)成一個實(shí)時通信控制網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)中各控制單元發(fā)出的控制指令必須迅速、可靠、及時地得到響應(yīng)，否則輕則就有可能使車輛局部控制失靈，重則就有可能發(fā)生車毀人亡的重大事故。若整輛汽車的所有控制單元都連接在一個CAN總線網(wǎng)絡(luò)上，所有的控制單元都通過一對CAN網(wǎng)絡(luò)線進(jìn)行通信，很容易出現(xiàn)總線上工點(diǎn)過多，通信速率下降，系統(tǒng)實(shí)時響應(yīng)速度下降，將導(dǎo)致關(guān)鍵控制部位的實(shí)時響應(yīng)速度得不到保證。因此在對汽車上各控制單元的實(shí)時性分析之后，根據(jù)各控制單元對實(shí)時性的要求不同，設(shè)計了高、低兩個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)。將實(shí)時性要求嚴(yán)格、可靠性要求高的發(fā)動機(jī)控制單元、倒車?yán)走_(dá)控制單元(本課題設(shè)計部分)、ABS控制單元、自動變速器控制單元和安全氣囊控制單元組成高速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)時性要求相對較低的中控門鎖控制單元、電動座椅調(diào)節(jié)單元、電動車窗控制單元、后視鏡控制單元、雨括控制單元和照明燈控制單元等組成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)，并配置中央控制器(網(wǎng)關(guān))將這兩個速率不同的CAN通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)全部節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)共享。高速CAN網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率達(dá)到500 Kb／s，低速CAN網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率大約是10～125 Kb／s。圖1中總線兩端應(yīng)接抑制反射的120 Ω的終端匹配電阻，如果不接終端電阻，會使得數(shù)據(jù)通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。