CAN通信網(wǎng)在汽車中的應(yīng)用研究

電控單元(ECU)連接至總線的電路是通過CAN物理層實現(xiàn)的，在實際應(yīng)用中ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負(fù)載。物理層按照網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范模型劃分有三種功能：物理信號完成與位表示、定時和同步相關(guān)的功能；物理媒體附屬裝置完成總線發(fā)送/接收功能并提供總線故障檢測方法；媒體相關(guān)接口完成物理層的機(jī)械和電氣接口。

4CAN總線的應(yīng)用及其接口設(shè)計

4.1汽車網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

除了命令和清求信息外，汽車的一些基本狀態(tài)信息(如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車輪轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度等)是大部分控制單元必須獲取的數(shù)據(jù)，控制單元采用廣播發(fā)式向總線發(fā)送。如果在同一時刻所有控制單元都向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，將發(fā)生總線數(shù)據(jù)沖突，此時，CAN總線協(xié)議提出用標(biāo)識符識別數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)的總線仲裁。表2列出了汽車各電控單元產(chǎn)生及發(fā)送的數(shù)據(jù)類型，及其他各單元對這些信息共享地程序。

油量位置和轉(zhuǎn)速信號具有較高的優(yōu)先級，是因為它們的實時性要求強(qiáng)，并直接影響發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能。

4.2CAN接口設(shè)計

本研究中，CAN總線被成功地用于電控柴油機(jī)標(biāo)定系統(tǒng)，采用單片機(jī)系統(tǒng)與CAN控制器組成CAN標(biāo)準(zhǔn)接口。

目前，CAN總線芯片有很多種，如PHILIPSSJA1000、INTEL82526、MOTOROLA68HC05、SIEMENSC167C等。

本文電路設(shè)計中選用SJA1000作為CAN控制器芯片，ECU的應(yīng)用層由微處理器提供。連接各種類型微處理器的CAN控制器SJA1000可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所用功能，適用于汽車及一般工業(yè)環(huán)境，不但可以減少導(dǎo)線連接，并能增強(qiáng)診斷和監(jiān)控能力。
CAN節(jié)點通信接口的硬件設(shè)計如圖3所示。設(shè)計中，分別將微處理器的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線引出，通過地址分配與片選對CAN控制器SJA1000進(jìn)行操作?？偩€數(shù)據(jù)信號采用高速線性光耦6N137隔離，電源信號為＋5V的DC－DC隔離模塊，增強(qiáng)系統(tǒng)硬件利用抗干擾措施。82C250是CAN控制器和物理層總線之間的接口，具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾、保護(hù)總線的能力。該器件可以提供對總線的差分發(fā)送能力和差分接收能力，與ISO/DIS11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。

3CAN接口硬件電路設(shè)計

當(dāng)通過濾波驗收的數(shù)據(jù)報文被接收后，將有兩種操作方式。一種是查詢方式，查詢接收狀態(tài)位被置高表示接收緩存器有數(shù)據(jù)；另一種是中斷方式，若接收中斷開放位允許，則產(chǎn)生觸發(fā)中斷。由于SJA1000內(nèi)部具有64bit接收緩沖器，對總線數(shù)據(jù)具有一定的緩存能力。通常系統(tǒng)采用主程序查詢方式對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并用廣播方式發(fā)送，對特殊數(shù)據(jù)采用遠(yuǎn)程幀申請方式，這樣更有利于程序?qū)Χ鄠€任務(wù)的結(jié)構(gòu)化管理。

通訊程序流程

CAN總線具有通信速率高、可靠性高、連接方便和性能價格比高等諸多優(yōu)勢。并且CAN應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計是依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO11898)，各生產(chǎn)廠商的控制器有標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出接口，所以該網(wǎng)絡(luò)是一個具有開放性和靈活性的系統(tǒng)，可以在不要求所有節(jié)點及其應(yīng)用層改變?nèi)魏诬浖陀布那闆r下，自由地增加或減少控制器節(jié)點。

5結(jié)束語

為了充分發(fā)揮電控單元在汽車控制中的作用，CAN通信網(wǎng)絡(luò)為全局優(yōu)化控制提供了條件。通過實際運用表明，CAN總線與其他通信方式相比具有顯著的優(yōu)點：

a.組網(wǎng)自由，擴(kuò)展性強(qiáng)，對復(fù)雜的汽車網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的優(yōu)勢；

b.可根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定通信優(yōu)先權(quán)，解決了轉(zhuǎn)速實時性和共享性的問題；

c.自動的錯誤界定功能，簡化了電控單元對通信的操作。

d.由于數(shù)據(jù)通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)性和開放性，故本文中的接口電路具有一定的推廣意?系統(tǒng)，并且被眾多工業(yè)控制系統(tǒng)采用，尤其是傳輸速率較高而對實時性及可靠性要求高的場合，它是一種十分有效的通信方式。