世界太陽能車挑戰(zhàn)賽中看CAN的應用

　　摘要：集成了CAN總線的微控制器在太陽能賽車中發(fā)揮了數(shù)據(jù)傳輸可靠性高的優(yōu)勢。

　　“2011世界太陽能車挑戰(zhàn)賽”是一項賽車比賽[1]，必須使用特別設計的太陽能車，穿越全長3021公里(1877英哩)且全被太陽曬干的澳洲內(nèi)陸。CAN Bus在2011年的比賽中亮相，以NUNA6的形式，一個由荷蘭Nuon太陽能團隊所設計，集成在以特定目的建造的車輛中[2]。13位來自Delft科技大學工程學系的學生在恩智浦(NXP)半導體公司贊助下完成。2011年的挑戰(zhàn)賽冠軍前三甲分別是日本東海大學隊、Nuon太陽能隊和密歇根大學隊。

　　圖1 2011世界太陽能挑戰(zhàn)賽

　　Nuon團隊在與恩智浦半導體工程師們合作中，可靠性是首要的考慮，這是由于嚴酷的比賽環(huán)境及冗長的比賽長度。數(shù)據(jù)傳輸在可靠性中扮演了關鍵的角色，要成功，擁有可靠的通訊是不可或缺的。在車輛內(nèi)部，數(shù)據(jù)必須在無干擾下傳輸，且駕駛和支持團隊間的信道需要保持清晰與一致，對NUNA6來說，設計團隊將他們的信任放在CAN身上，因為它的堅固耐用以及可靠的車輛通訊管理是眾所皆知的，在NUNA6內(nèi)所有的電子系統(tǒng)，如車上的計算器、電子馬達控制器以及追蹤最大功率點的電路系統(tǒng)，全都是通過CAN bus連接在一起。

　　圖2 NUNA6號賽車

　　在NUNA6中，CAN有一個很大的貢獻就是在車輛的控制方向盤(圖3)里，就像其他頂級賽車車輛一樣，NUNA6有一個智能的方向盤，不只是保持車輛和道路在同一在線，這個方向盤就像是個儀表板，提供一種簡單的駕駛方式去使用一些重要的功能，例如油門，用來控制速度﹔恢復式的煞車，用來協(xié)助對電池再次充電，當車輛放慢速度時，還有一個即押即講(PTT)的按鈕，為駕駛和支持團隊間語音通訊使用。

　　圖3 從NUNA6所拆解下的方向盤圖示，強調(diào)LPC11C24微控制器

　　在早期的NUNA版本中，車輛的馬達控制信號在線會引起電磁干擾，導致在模擬數(shù)據(jù)傳輸上會有負面作用并會讓方向盤發(fā)生問題。在和恩智浦的工程師們合作之后，Nuon太陽能團隊發(fā)現(xiàn)通過具有CAN的微控制器(MCU)，可以讓方向盤減少電磁干擾的負面作用。和之前的技術相比，CAN的協(xié)議對于電磁干擾有著更高的抵抗力，所以模擬數(shù)據(jù)傳輸更清楚，而且因為CAN總線比之前的設計使用更少的線，所以接線也更可靠。

　　Nuon團隊選擇的微控制器是恩智浦半導體的LPC11C24，是基于32位ARM Cortex-M0核且具有CAN接口及內(nèi)建的CAN收發(fā)器，LPC11C00系列是工業(yè)界第一個低成本的32位微控制器，包含一個全整合的CAN收發(fā)器，所以它開放性地提供給廣泛使用CAN 的工業(yè)和自動化控制的應用。LPC11C24是48管腳LQFP的封裝且只有7mmx7mm，所以對于空間緊密的NUNA6來說，它是一個好的選擇。

　　一般地，典型的CAN收發(fā)器價格甚至比一顆微控制器還貴得多，而整合了CAN收發(fā)器的LPC11C24微控制器增加了系統(tǒng)可靠性和保證了質(zhì)量，減少了電子信號的連接性和兼容性問題，而且選擇少于20%的微控制器成本還降低了電路板50%的使用空間。內(nèi)建的CAN和開放的CAN驅(qū)動程序提供設計工程師用簡單的方法去使用API控制CAN協(xié)議，使LPC11C00系列快速地整合進入以CAN為主的網(wǎng)絡，大大地簡化了即插即用的整合程序。此外，這些驅(qū)動程序被整合在一個低功率的ROM(只讀存儲器)內(nèi)，又為使用者省下了8kB的程序空間，這提供了兩個優(yōu)點，降低了動態(tài)功耗以及通過CAN或其他內(nèi)建的信道啟動系統(tǒng)的保密性和安全性。

　　在NUNA6內(nèi)，LPC11C24執(zhí)行的一連串的工作，從讀取按鍵變化、追蹤油門的模擬值去控制輕微的煞車機制，有了以ROM為主的驅(qū)動程序讓NUNA6設計團隊通過CAN bus使用ISP更新核心程序，所以他們可以在任何時候甚至是比賽中上傳最后的程序或者調(diào)整系統(tǒng)設定值。

　　參考文獻：

　　[1]2011多國太陽能汽車齊聚澳大利亞世界挑戰(zhàn)賽[R/OL].(2011-9-1). http://blog.solarf.net/blog.php?do=showone&type=blog&itemid=677

　　[2]Nuon Solar Team Reveals Super Aerodynamic Nuna6 Solar Powered Vehicle[R/OL].(2011-7-31).http://inhabitat.com/nuon-solar-team-reveals-super-aerodynamic-nuna6-solar-powered-vehicle/rsz-nuon-nuna6-solar-car-2/?extend=1

　　[3]LPC11Cxx device highlight[R/OL]. http://ics.nxp.com/products/lpc1000/lpc1100/lpc11cxx/~LPC11C24/

　　[4]NXP Microcontrollers

　　[R/OL]. http://ics.nxp.com/microcontrollers/