基于總線技術的車身電子控制系統設計

陳少偉（廣東工貿職業技術學院，廣東廣州，510510）

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基于總線技術的車身電子控制系統設計

陳少偉
（廣東工貿職業技術學院，廣東廣州，510510）

摘要：隨著汽車電子技術的不斷發展，各種汽車類電子裝置越來越多，其裝置之間的線路連接也越來越復雜，這對汽車的布線系統提出了更高的要求，汽車控制局域網CAN總線應運而生。本文簡要介紹了CAN總線的特性，設計了基于總線技術的車身電子控制系統，從而簡化了線束，降低了生產成本,也方便了維修。

關鍵詞：汽車；電子控制系統；CAN總線

0 引言

隨著汽車電子技術的不斷發展和性能的不斷提高，整車逐漸形成了一個龐大的系統。傳統的線束不能夠滿足汽車行業的不斷發展，而CAN總線技術的應用讓各種信號數據在電子單元之間得以共享，節約成本的同時也增加了汽車的智能化，并提高了汽車的安全性、舒適性和穩定性，降低了診斷與維修難度。目前CAN總線技術的發展很快，會逐漸成為車體控制和管理的主流，本文基于SAE J1939協議和CAN總線協議對汽車的電子控制系統進行了結構分析，并總點闡述了CAN節點硬件和系統軟件設計。

1 CAN總線特性

CAN總線(Controller Area Network)，即控制器局域網。CAN總線是一種支持分布式實時控制的串行通訊網絡，具有很高的安全性。CAN總先技術極大的簡化了傳統系統布線的繁瑣和技術含量低的問題，使其控制單元和系統檢測分布更加合理，其通訊介質分為三種：同軸電纜、雙絞線和光纖。CAN總線技術是一種成本合理的遠程網絡通訊控制方式。如下為CAN總線的主要特性：

（1）總線利用率極高；

（2）現場總線成本低；

（3）數據傳輸速率快；

（4）數據傳輸距離長；

（5）可自動重發被破壞數據；

（6）在節點發生嚴重錯誤的情況下可以自動退出總線功能；

（7）可以根據報文的ID來決定是否接收報文；

（8）報文僅使用標志符來識別優先級信息、功能信息。

2 車身電子控制系統的總體設計

車身電子控制系統的控制功能主要包括：中央門鎖和防盜遙控、玻璃車窗的電動升降、電動座椅、空調等。隨著汽車電子技術的發展，集成了上述功能的車身電子控制系統逐漸應用于高檔汽車，提高了汽車的控制性能，其結構主要包括：中央控制模塊、四組車燈模塊、四組車窗與車鎖模塊、空調控制模塊、座椅調整模塊等，各模塊之間采用bps的低速雙線CAN總線通訊。

車內采用六個控制單元組成車身的CAN總線控制網絡，分為左右門節點、車身前后節點、儀表節點和主節點。車身電子控制系統使用六個CAN通訊節點來代替繁雜的線束，很容易的實現了數據共享，使汽車成為了一個智能化的整體，具備自我調節調控功能。

3 車身電子控制系統硬件設計

在進行硬件電路設計時，要充分考慮汽車安全、節能、可靠性等要求。

3.1 CAN節點電路設計

車身電子控制系統采用AT89C51作為MCU，用PHILIPS SJA1000作為CAN控制器，PHILIPS TJA1040作為總線的驅動器。CAN節點電路主要就是由這三部分組成。該電路中，AT89C51單片機作為外圍電路核心，是一款具有低功耗、高性能的8位微處理器，可以充分保障操作系統的穩定運行。

3.2 電源電路設計

電源電路為整板提供電源，其品質直接影響著車身控制系統的質量。根據其總體結構可以分為保護電路、12V整板供電電路、5V和3.3V單片機和FPGA供電電路、±9V脈沖信號處理電路四個部分組成。電源保護電路的主要功能是為整板提供防反接保護、浪涌和靜電保護和防止供電電壓跌落。12V整板供電電路要采用穩壓管對上升電壓進行限制。

3.3 CAN驅動器連接電路

CAN驅動器采用的是TJA140，它是CAN協議控制器和物理總線的接口，給總線提供差動發送功能，同時給CAN控制器提供差動接收功能。因為傳輸線路存在分布電感和分布電容的影響，信號在長通訊線路中傳播時，信號波形很容易產生嚴重的失真和畸變。這是因為雙絞線的波阻抗一般在100～200之間，并且紋花越密集其波阻抗越低。

3.4 外擴EEPROW存儲單元電路設計

為了便于以后對芯片功能進行擴展，該設計采用外擴EEPROM方法，EEPROM的型號選擇基于SPI串行總線與MCU進行通信的AT25160型號。

4 車身電子控制系統軟件設計

該系統軟件設計采用模塊化思想，分別為：主程序模塊、數據幀接收模塊、數據幀發送模塊、CAN控制器初始化模塊等多個獨立的模塊。SJA1000兼容CAN2.0B技術規范，具有標準幀和擴展幀兩種格式。主控節點作為網關主要實現CAN總線網絡數據幀的透明傳輸，以及數據信息的交互。網關轉發包括CAN總線網絡的轉發。實際應用中，CAN節點一直向網關發送信息，只有當網關發出查詢命令時，CAN節點才向網關發送信息。該系統采用驗收雙濾波方式，這樣可以使廣播下發、上傳到各個模塊，從而實現數據信息的共享。在兩個濾波器分別設置為一個廣播消息ID標識碼和一個模塊自身ID標識碼。采用這種雙濾波方式，可以非常有效地提高通訊的靈活性。

CAN節點都采用查詢的工作方式，優先級別高的節點可以向CAN總線廣播，地址正確的CAN節點可以接受數據處理轉入數據處理程序。對于特殊數據的發送請求，可以采用遠程幀申請的方式，這種數據處理方法有利于程序對多個任務的結構化管理。

5 結束語

隨著汽車技術的不斷發展，對安全、舒適、方便性的要求越來越高。本文結合CAN總線技術，主要研究了基于總線技術的車身電子控制系統，設計了采用“ECU(AT89C51)+CAN總線(SJA 1000)+CAN收發器(PCA82C250)”模式的電子控制系統。該系統充分應用了先進的汽車電子技術和CAN總線技術，適應了汽車智能化和人性化的發展趨勢，使汽車的性價比得到了不斷提高。

參考文獻

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Design of vehicle body electronic control system based on bus technology

Chen Shaowei
（Guangdong College of Industry and Commerce，Guangzhou Guangdong，510510）

Abstract：With the continuous development of the automobile electronic technology, all kinds of automotive type electronic device more and more, between the device line connection is becoming more and more complicated, the car wiring system proposed higher requirements, automotive control area network (can) bus arises at the historic moment. This paper briefly introduces the characteristics of CAN bus, the design of the body electronic control system based on bus technology, which simplifies the wiring harness, reduces production cost, convenient maintenance.

Keywords：car; The electronic control system; CAN bus