CAN通信網(wǎng)在汽車中的應用研究
電控單元(ECU)連接至總線的電路是通過CAN物理層實現(xiàn)的,在實際應用中ECU的總數(shù)將受限于總線上的電氣負載。物理層按照網(wǎng)絡標準規(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;媒體相關接口完成物理層的機械和電氣接口。
4CAN總線的應用及其接口設計
4.1汽車網(wǎng)絡設計
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)議提出用標識符識別數(shù)據(jù)優(yōu)先權的總線仲裁。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,并直接影響發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放性能。
4.2CAN接口設計
本研究中,CAN總線被成功地用于電控柴油機標定系統(tǒng),采用單片機系統(tǒng)與CAN控制器組成CAN標準接口。
目前,CAN總線芯片有很多種,如PHILIPSSJA1000、INTEL82526、MOTOROLA68HC05、SIEMENSC167C等。
本文電路設計中選用SJA1000作為CAN控制器芯片,ECU的應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,不但可以減少導線連接,并能增強診斷和監(jiān)控能力。
CAN節(jié)點通信接口的硬件設計如圖3所示。設計中,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標準完全兼容。
3CAN接口硬件電路設計
當通過濾波驗收的數(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)進行處理,并用廣播方式發(fā)送,對特殊數(shù)據(jù)采用遠程幀申請方式,這樣更有利于程序?qū)Χ鄠€任務的結構化管理。
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應用系統(tǒng)的設計是依據(jù)國際標準(ISO11898),各生產(chǎn)廠商的控制器有標準的輸入/輸出接口,所以該網(wǎng)絡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,擴展性強,對復雜的汽車網(wǎng)絡具有強大的優(yōu)勢;
b.可根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容確定通信優(yōu)先權,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)議的標準性和開放性,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。
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