基于CAN總線的汽車車身電器控制系統的研究

王學士

（杭州浙大奧博汽車電器有限公司，浙江 杭州 310030）

1 引言

隨著汽車電子技術的迅猛發展及對汽車性能要求的不斷提高，汽車上的電子裝置越來越多，如：發動機電子控制裝置、ABS、自動變速箱控制系統、自動巡航控制系統以及車身上的自動空調系統、電動門窗、電動后視鏡、自動亮燈系統、電動座椅等。這些電子裝置之間巨大的數據交換量，如果仍然采用傳統的數據交換的方法，即用導線進行點對點連接的方式，將是難以想象的，而且，在傳統的汽車電器中，僅有開關和執行器等這樣的簡單設備，并且各個設備之間采用點到點的方式進行連線。隨著汽車其它電器的增加，這種連接方式直接導致了汽車的線束越來越龐大，線束的體積、可靠性、重量已成為日益突出的問題。然而，總線技術的快速發展為解決此問題提供了可能。通過總線技術，可以將汽車上的各電子裝置及設備連接起來，實現相互間的信息共享，這樣既減少了線束，又可更好的控制和協調汽車的各個系統，使汽車的各項性能達到最佳效果。

2 CAN總線概述

2.1 節點的概念和組成

CAN總線上的節點是指連接在CAN總線上的傳感器部件、執行部件或控制器單元等。CAN總線是通過允許節點間對等的傳播數據來實現網絡之間的數據通訊。CAN總線節點之間的通訊，既可以是單向的，也可以是雙向的，這個視具體情況而定。

CAN節點的構成是多種多樣的，但是由于受到總線收發器物理信號驅動能力的限制，在一個CAN總線網絡上，最多可掛接110個節點設備。CAN節點設備的關鍵部分是CAN網絡控制器和CAN總線收發器，由它們來實現CAN總線的物理層和數據鏈路層之間的通訊協議。圖一是CAN總線節點常用的結構示意圖，信息通過CAN控制器和CAN收發器發送到總線，并在另一個節點由收發器和控制器接收到單片機中。

圖1 CAN總線節點結構示意圖

2.2 CAN總線的基本特性

CAN總線的基本特性有多個方面。下面簡要介紹幾個方面：報文：節點一次性要發送的數據塊。CAN總線上的信息以不同格式報文發送，但長度有限制。當總線開放時，任何連接單元都可以開始發送一個新的報文。位速率：CAN的數據傳輸率在不同系統中是可以各不相同的。但是，在一個給定系統中，數據傳輸速率是唯一的并且是固定的。優先權：在總線訪問期間，標識符定義了一個報文靜態優先權。當多個節點同時發送數據時，可以通過優先權來決定占用總線的數據。

3 基于CAN總線的汽車車身電器控制系統設計

3.1 節點劃分

我們可以將汽車車身電器分為八組，每組由一個節點與CAN總線相連。這些節點分別為：開關控制節點、前照燈控制節點、后尾燈控制節點、左前門控制節點、左后門控制節點、右前門控制節點、右后門控制節點及雨刮器控制節點等。具體如圖2所示：

圖2 汽車車身電器控制系統節點分布

3.2 CAN節點硬件設計

CAN總線各節點的硬件設計是重點。我們把汽車車身電器劃分的八個節點，按照硬件組成分為三類：輸入節點、輸出節點、網關節點。我們采用S9S08DZ60單片機做為微處理器（此微處理器本身帶CAN模塊），收發器采用TJA1050，輸出接口使用功率芯片直接驅動執行器件，這樣就組成了CAN總線節點硬件電路。其電路結構如圖3所示：

圖3 CAN總線節點硬件電路結構

3.3 軟件設計

汽車車身電器各節點主程序的主要目的是監控本節點中各電器的運行狀態，采用查詢方式編程。輸入節點的主程序主要查詢開關的閉合或斷開狀態，并將查詢的狀態存入單片機的寄存器中。要注意的是，輸入節點中監測開關信號時，要加適當的延時以避免開關抖動產生錯誤判斷。輸出節點的主程序主要查詢CAN總線上的數據來控制相應的電器。網關節點的主程序查詢總線所有總線上的數據并將遵照CAN協議的將數據轉換為符合標準的數據。下面簡要介紹輸入節點程序流程圖，如圖4所示。

圖4 輸入節點程序流程圖

4 結語

由于卓越的實時特性、極高的可靠性和獨特的性能，CAN總線己經在汽車工業、航空工業、控制安全防護、嵌入式網絡和保安系統等領域得到了廣泛的應用。隨著汽車車身電器技術的進一步發展，就像在20世紀70年代引入集成電路，80年代引入微處理器一樣，CAN總線技術的引入也將是汽車車身電器技術發展的一個里程碑。

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