CAN總線傳感器手操器的設計

國機傳感科技有限公司 何 方 張 娜 袁 峰 王松亭 韓 策 張 凱 金東義

本文針對汽車上常用的CAN總線傳感器的調試工作，設計了一款手操器，實現對傳感器芯片參數的配置、門限參數的配置，并模擬汽車電子控制單元ECU與傳感器通訊，讀取傳感器的測量數據、狀態數據。

本文設計的CAN總線傳感器手操器采用TJA1042 CAN總線專用收發器，采用STM32單片機作為中央處理單元進行設計，具有功能齊全、使用方便、可靠性高等特點。

近些年，汽車產業得到快速發展，新能源汽車、無人駕駛汽車等新技術不斷涌現，而傳感器作為信息獲取的關鍵部件，也獲得了迅猛的發展，一臺汽車上裝配的傳感器上百個，甚至幾百個，安裝位置也遍及汽車的各個部分，采用新材料、新技術，具有智能化、小型化、多功能的傳感器將成為未來的汽車傳感器的主流。

CAN（Controller Area Network）總線是由德國Bosch公司為汽車應用而開發的多主機局部網絡，主要應用于汽車電子控制單元、傳感器的設計之中，解決汽車上眾多電子設備之間的通訊問題，減少電子設備之間復雜的信號線，CAN總線目前已經成為汽車電子設備中采用最多的總線。

CAN總線傳感器被廣泛應用在汽車的發動機、蓄電池、車身控制、空調系統等各個方面，對確保汽車的安全行駛、可靠運行起著越來越重要的作用，同時，也提升了汽車的方便性和舒適性。但CAN總線傳感器在設計及使用過程中，需要對傳感器內部的關鍵芯片進行配置，對傳感器的實時測量數據進行讀取。因此，設計一款功能齊全、使用方便的傳感器手操器在應用上具有十分重要的意義。

1 主要功能

CAN總線傳感器手操器是一款對CAN總線傳感器進行配置、調試的儀器，既適合調試CAN總線傳感器，同時也滿足汽車車燈控制器、汽車車身控制系統、車門控制系統、車窗控制系統的調試等等；另一方面，CAN總線傳感器手操器也能夠能夠作為CAN總線通訊的主節點，模擬汽車ECU，通過CAN總線的通訊方式，發送測控命令，接收傳感器的測量數據，傳送控制信號對外部設備進行控制。

CAN總線傳感器手操器的功能主要包括以下幾個方面：

通過按鍵操作，可以方便地切換手操器的工作模式。手操器有三種工作模式：參數設置、通訊測試、數據查詢。

參數設置：在此模式下，調試人員通過操作手操器面板上的按鍵，輸入欲設置的數據，可以實現對傳感器內部寄存器的設置、門限參數的設置，計算參數的設置、動作判定參數的設置等功能。

通訊測試：在此模式下，調試人員通過操作手操器面板，實現與傳感器的實時通訊功能，讀取傳感器的原始測量數據、各個測試通道的測量數據、計算獲得的測量數據，并根據測量結果，對測量數據進行分析、處理。

數據查詢：在此模式下，調試人員通過操作手操器面板，調取儲存在傳感器手操器內部記錄的測試相關的一些統計數據及一些統計數據，為調試人員提供參考數據。

手操器具有電池電量指示、模式切換等功能。

2 設計方案

2.1 硬件設計

本文設計的CAN總線傳感器手操器主要由單片機、CAN總線信號收發電路、電源電路、顯示輸出及時鐘復位電路等部分組成。其組成如圖1所示。

圖1 CAN總線傳感器手操器組成示意圖

CAN總線設計是手操器設計的關鍵，本設計選用TJA1042專用芯片進行CAN總線設計。TJA1042是一個遵從ISO11898標準的高速CAN總線收發器，廣泛應用于汽車及工業現場CAN總線儀器儀表的設計之中。采用TJA1042設計的CAN總線傳感器手操器電路原理圖如圖2所示。

圖2 CAN總線電路原理圖

2.2 軟件設計

CAN總線傳感器手操器的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 CAN總線傳感器手操器軟件流程圖

2.3 按鍵設計

CAN總線傳感器手操器的按鍵，包括啟動按鍵、復位按鍵、設置按鍵、查詢按鍵、測試按鍵、確認按鍵、切換按鍵、修改選擇按鍵、數字輸入按鍵。

各種按鍵的功能如下：

啟動鍵：CAN總線傳感器手操器在關機的狀態下，按下啟動鍵開啟手操器電源，液晶顯示器顯示手操器初始畫面，手操器進入工作狀態。

CAN總線傳感器手操器在開機的狀態下，兩次快速按下啟動鍵則關閉手操器電源，手操器進入關機狀態。

復位鍵：當CAN總線傳感器手操器處于不同子菜單功能時，按下復位鍵，則返回上一級菜單，當手操器處于最上層菜單時，按下復位鍵，則不執行任何操作。

設置鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下設置鍵，則手操器進入參數設置的最上層的菜單。

查詢鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下查詢鍵，則手操器進入參數查詢的最上層的菜單。

測試鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下測試鍵，則手操器進入測試命令發送的最上層的菜單。

確認鍵：當CAN總線傳感器手操器液晶顯示器上的光標處于某項功能時，按下確認鍵，手操器液晶顯示器的畫面切入到相應功能的子畫面，手操器執行相應的功能。

切換鍵：在CAN總線傳感器手操器的鍵盤上有上、下、左、右四個箭頭的按鍵，這四個按鍵為功能切換按鍵，當按下上、下、左、右四個箭頭的按鍵時，手操器的光標則分別向上、下、左、右四個方向移動，相應地光標所在位置的功能獲得焦點，獲得焦點的功能在按下確認鍵時，則執行相應的操作。

修改選擇鍵：CAN總線傳感器手操器鍵盤上的左箭頭按鍵為修改選擇鍵，當手操器處在修改配置參數功能時，通過手動輸入傳感器的配置值，當出現輸入錯誤的情況時，可以按下鍵盤上的左箭頭按鍵，使這一位的數字獲得焦點，再次輸入正確的數字，即可完成配置參數的修改。

數字輸入鍵：數字輸入鍵實現的功能主要是傳感器配置參數的設置，通過數字鍵可以對傳感器不同的參數值進行設置。

2.4 菜單設計

（1）參數設置菜單

在CAN總線傳感器手操器的主畫面下，按下設置鍵，手操器進入傳感器參數設置主界面，

在傳感器參數設置主界面中，包括4項菜單選擇項，分別為：

Reg Param菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器內部寄存器參數的配置。

●Gate Param菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器門限參數的配置。

●Calculation Param菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器濾波計算等參數的配置。

●Statistics Param菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器動作判定統計參數的配置。

（2）傳感器測試菜單

●Original Test菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器原始數據的測試。

●Channel Test菜單

主要功能是實現對各個檢測通道進行測試。

●Monitoring Test菜單

主要功能是實現對CAN總線傳感器與汽車ECU通訊的監聽。

（3）數據查詢菜單

●Real Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試的實時數據。

●History Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試的歷史實時數據。

●Distribution Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試數據的分布情況。

本文設計的CAN總線傳感器手操器已在實際的調試工作中得到應用，實踐表明，手操器功能齊全、可靠性好、調試效率高、使用方便。