基于CAN總線的車載防盜與信息娛樂系統(tǒng)集成設計

　　汽車防盜器是一種安裝在車上，用來增加盜車難度，延長盜車時間的裝置，是汽車的保護神。它通過將防盜裝置與汽車電路配接在一起，從而可以達到防止車輛被 盜、被侵犯、保護汽車的目的。隨著計算機網絡和嵌入式技術的發(fā)展，汽車防盜系統(tǒng)由傳統(tǒng)的機械式、電子式防盜裝置向智能化程度更高的網絡式防盜系統(tǒng)發(fā)展。

　　IVI（In- Vehicle Infotainment）車載信息娛樂系統(tǒng)，是采用車載專用中央處理器，基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網服務，形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。IVI能夠實現包 括三維導航、實時路況、故障檢測、車輛信息、移動辦公等一系列應用，極大地提升車輛電子化、網絡化和智能化水平。

　　CAN（Controller Area Network）控制器局域網絡，由德國BOSCH公司開發(fā)并最終成為國際標準。在諸多汽車總線中，CAN總線有著重要的地位，是汽車電子裝置之間通信的 標準總線，在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，擁有以CAN底層協(xié)議為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協(xié)議。本系統(tǒng)提出一種將汽車防盜功能 和信息娛樂功能集成設計的方法，有效地利用汽車現有資源，實現了車載電子系統(tǒng)結構和功能上的優(yōu)化。

　　與市場上現有系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

　　（1）防盜和信息娛樂系統(tǒng)集成設計，成本低、結構簡化、功能強大；

　?。?）采用網絡式防盜系統(tǒng)，具有運行穩(wěn)定、實時性強、可靠性高等優(yōu)點；

　?。?）系統(tǒng)CAN 總線部分可以與其他車身電子系統(tǒng)相結合，利于二次開發(fā)。

　　1 系統(tǒng)總體設計

　　1.1 系統(tǒng)總體結構

　　本 系統(tǒng)由中央控制單元和CAN網絡節(jié)點兩部分組成。中央控制單元選用ST公司生產的STM32F103X微處理器作為核心，結合GPRS 無線通信等技術，實現汽車定位、遠程報警以及信息娛樂功能。CAN 網絡節(jié)點包括油路節(jié)點、發(fā)電機節(jié)點以及DCM（Door ControlModule）車門控制模塊節(jié)點，實現車輛狀態(tài)監(jiān)測與車輛防盜功能。中央控制單元與CAN網絡節(jié)點間通過CAN總線進行通信。系統(tǒng)的總體結 構如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　1.2 防盜功能的實現

　　本 系統(tǒng)的防盜功能設計是將DCM 和GPS 定位模塊作為汽車安全狀態(tài)的監(jiān)測節(jié)點。系統(tǒng)設置為防盜模式時，由DCM檢測汽車是否被非法入侵，GPS定位檢測汽車是否被非法移動。在檢測到汽車處于不安 全狀態(tài)時，首先啟動GSM/GPRS通信模塊，通過中央控制器控制，利用GSM短信息將GPS定位所得汽車位置經緯度發(fā)送到車主手機終端，實現對汽車位置 的精確定位；然后啟動車后攝像頭拍攝車后圖像，利用GPRS無線通信技術將圖像發(fā)送到車主手機終端，輔助GPS對汽車位置進行定位；中央控制器通過CAN 總線發(fā)送切斷油路和關閉發(fā)電機的信號，從而有效地避免汽車被盜的事件發(fā)生。

　　1.3 信息娛樂功能的實現

　　系統(tǒng)設置為正常模式時，LCD 模塊顯示主菜單界面，通過觸摸屏和按鍵，進行人機交互和功能體驗。GSM/GPRS/GPS模塊用于實現車載電話、GPS定位等功能；攝像頭模塊用于實現汽車后視功能；MP3模塊用于實現語音播放的功能；LCD模塊用于界面顯示。

　　2 硬件設計

　　系統(tǒng)的硬件設計主要包括兩部分，一個是中央控制單元硬件設計，另一個是CAN 網絡節(jié)點硬件設計。本系統(tǒng)微控制器選用基于Cortex？M3 內核的ARM 微控制器STM32F103X，具有低成本、低功耗等特點，為注重功耗和效率的系統(tǒng)提供了可行的設計方案。

　　2.1 中央控制單元硬件設計

　　中央控制部分主要包括微處理器STM32F103ZET6，通過SPI1 接口與微控制器連接的MP3 模塊，該模塊核心為VLSI 公司生產的VS1053，是一款高性能、低功耗的解碼芯片；通過SPI2 接口與微控制器連接的LCD 顯示模塊；通過SCCB 接口與微控制器連接的攝像頭模塊，該模塊核心為OV公司生產的OV7670，體積小、工作電壓低，提供單片VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能；通過USART接口與微控制器連接的GSM/GPRS/GPS模塊，該模塊的核心為SIM公司生產的SIM900A，性能穩(wěn)定、外觀精巧、功耗低；STM32自帶bxCAN，即基本擴展CAN，它支持11 位的BasicCAN 模式及29 位的PeliCAN模式，通信速率高達1 Mb/s，支持時間觸發(fā)通信，具有3 個發(fā)送郵箱，3 級深度的2 個接收FIFO。CAN 收發(fā)器選用NXP 公司的TJA1050，它與“ISO 11898”標準完全兼容，高速度（最高可達1 Mb/s），極低的電磁輻射，沒有供電的節(jié)點不會對總線造成干擾，同時帶有寬共模范圍的差動接收器，抗電磁干擾能力極強，至少可以連接110個節(jié)點，非常適合本系統(tǒng)。中央控制部分的硬件連接圖如圖2所示。

　　圖2 中央控制部分硬件連接圖

　　2.2 CAN網絡節(jié)點硬件設計

　　CAN 網絡節(jié)點主要包括微處理器STM32F103C8T6，其片上資源及相關接口足以滿足這部分的功能需求，DCM 節(jié)點，油路節(jié)點，發(fā)電機節(jié)點。DCM 采用UN4001中控車鎖，12 V供電，具備360°轉頭，超強力度，防卡死等優(yōu)點，汽車被非法打開時，通過CAN總線發(fā)送報警信號至中央控制單元；系統(tǒng)中發(fā)電機與油路節(jié)點通過CAN 總線接收指令進行動作，設計時只需考慮CAN 信號發(fā)送問題，硬件環(huán)境則進行模擬，發(fā)電機采用130號直流電機，電機通過芯片L298N進行驅動，L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，控制電壓直流為5 V，電機電壓范圍直流為3~46 V，具有過電壓和過電流保護，抗干擾能力強等優(yōu)點；油路節(jié)點利用蜂鳴器代替，由三極管構成蜂鳴器控制電路，通過PB0輸出端口的高低電平來改變蜂鳴器的狀態(tài)，從而模擬油路的開關。CAN網絡節(jié)點硬件連接圖如圖3所示。

　　圖3 CAN網絡節(jié)點硬件連接圖

　　2.3 硬件實物圖

　　根據上述介紹，最終完成的主要硬件圖如圖4所示。

　　圖4 硬件實物圖