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基于CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文
摘要：
為解決當(dāng)前汽車檢測系統(tǒng)功能較單一，偏重局部檢測等不足，設(shè)計(jì)基于CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、CAN網(wǎng)關(guān)、控制終端和PC機(jī)組成。數(shù)據(jù)采集器可設(shè)置多達(dá)256個(gè)檢測點(diǎn)，可同時(shí)檢測汽車的發(fā)動機(jī)的有關(guān)信息，尾氣排放濃度、油缸壓力、輪胎氣壓等汽車數(shù)據(jù)�？筛尤娴臋z測汽車的性能，為維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷提供可靠的信息。
1引言
隨著我國汽車保有量的增加，汽車的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷也面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)�，F(xiàn)行的檢測系統(tǒng)偏向于局部檢測，功能比較單一，檢測成本較高，檢測時(shí)間較長。為了克服現(xiàn)行檢測系統(tǒng)的不足，利用CAN總線，將汽車上的每個(gè)數(shù)據(jù)檢測點(diǎn)設(shè)計(jì)成一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合軟PLC的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出功能更加全面的汽車檢測系統(tǒng)。
2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
檢測系統(tǒng)的硬件主要包括傳感器探頭節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)線，鏈接器，控制及編程終端等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，傳感器探頭節(jié)點(diǎn)就是系統(tǒng)的感官部件，通過它檢測汽車的水溫、油溫、壓力、速度、尾氣濃度等汽車數(shù)據(jù)。其上的CAN總線控制器將這些數(shù)據(jù)通過CAN網(wǎng)絡(luò)傳送給控制終端。導(dǎo)線和鏈接器，構(gòu)成了一個(gè)完整的CAN網(wǎng)絡(luò)�？刂平K端為每個(gè)探頭節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)節(jié)點(diǎn)號，編程時(shí)通過節(jié)點(diǎn)號就可得到各節(jié)點(diǎn)參數(shù)。終端上的控制接口分為數(shù)字電壓信號接口，開關(guān)信號接口兩種控制接口，方便控制電磁閥、繼電器等控制元件，拓寬了系統(tǒng)的控制方法。
2.1傳感器探頭節(jié)點(diǎn)
探頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)汽車有關(guān)數(shù)據(jù)的收集并將這些數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。它的主要部件是STC89LE516AD單片機(jī)、傳感器、CAN控制器SJA1000和LCD顯示器。單片機(jī)通過AD采集探頭上各傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò)上，在CAN網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)著唯一的節(jié)點(diǎn)號。單片機(jī)在打包數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)⒐?jié)點(diǎn)號標(biāo)志在數(shù)據(jù)包中。
其功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。
傳感器前端電路
10bit A/DSTC89LE516ADLCD顯示及鍵盤電路串行通信CANNET數(shù)據(jù)電壓信號SJA1000控制器圖2探頭節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡圖2.2 CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)CAN全稱為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一�？刂葡到y(tǒng)的CAN網(wǎng)絡(luò)是由SJA1000 CAN控制器組建，SJA1000在完全兼容PCA82C200的基礎(chǔ)上，增加了一種新的工作模式PeliCAN，速率能達(dá)到1Mbit/s。
網(wǎng)絡(luò)的物理層連接圖如圖3所示。
CAN控制器
光電隔離CAN收發(fā)器CAN控制器光電隔離CAN收發(fā)器CAN控制器光電隔離CAN收發(fā)器圖3網(wǎng)絡(luò)物理層連接圖2.3控制及編程終端系統(tǒng)的控制及編程終端由控制終端，PC機(jī)和系統(tǒng)編程軟件組成。控制終端有CAN網(wǎng)絡(luò)終端，各種控制接口和與PC機(jī)的編程調(diào)試接口�？刂平K端的主控芯片為PHILIPS的LPC2142單片機(jī)，電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。外圍連接8通道10位D/A，轉(zhuǎn)換器提供8路數(shù)字電壓控制端口。另外通過可控硅提供16路開關(guān)電路接口。數(shù)字電壓控制需要根據(jù)控制設(shè)備設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制電路才能達(dá)到控制設(shè)備的目的。
16路可控硅開關(guān)電路
LPC2142PC機(jī)SJA1000控制器8路D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字器數(shù)字CANNET數(shù)字JTAG編程接口串行通訊圖4控制終端電路結(jié)構(gòu)
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
3.1傳感器探頭節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
傳感器探頭節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)基于STC89LE516AD單片機(jī)的嵌入式程序，程序框圖如圖5所示。單片機(jī)開機(jī)初始化后判斷是否需要進(jìn)入設(shè)定程序，設(shè)定程序可以設(shè)定節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)號、檢測參數(shù)的種類等。設(shè)定完成后進(jìn)入循環(huán)檢測階段，單片機(jī)通過AD不斷采集傳感器信號，換算成相應(yīng)的溫度，壓力、尾氣濃度等參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示器上，并定時(shí)通過CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制終端上。
3.2控制終端軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)軟PLC的設(shè)計(jì)思想，控制終端的程序是由PC機(jī)上的編譯軟件編譯出來的，再通過JTAG下載到LPC2142中，主要負(fù)責(zé)CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的接收、汽車數(shù)據(jù)的取得、控制參數(shù)的運(yùn)算、控制行為的發(fā)出。因此其軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，將程序分為初始化模塊、通訊模塊、運(yùn)算模塊、執(zhí)行模塊。各個(gè)模塊都有各自的程序接口和共享的數(shù)據(jù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)程序的獨(dú)立和融合。
初始化模塊負(fù)責(zé)控制器當(dāng)前程序用到的各資源的初始化，分配各控制參數(shù)的緩存和映射，為程序的運(yùn)行做準(zhǔn)備。通訊模塊負(fù)責(zé)CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接收和控制終端與PC機(jī)之間的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲并為上位機(jī)監(jiān)控提供通訊。運(yùn)算模塊是控制程序的關(guān)鍵，它負(fù)責(zé)參數(shù)的運(yùn)算和控制信號的產(chǎn)生并存儲到數(shù)據(jù)區(qū)，是系統(tǒng)控制的核心。執(zhí)行模塊是將數(shù)據(jù)區(qū)的執(zhí)行參數(shù)實(shí)時(shí)映射到相應(yīng)的I/O口和設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的目的。
3.3系統(tǒng)編程及監(jiān)控軟件
系統(tǒng)的編程參考PLC編程軟件風(fēng)格，和PLC編程方法一樣采用梯形圖語言編程。監(jiān)控軟件通過串行通訊實(shí)時(shí)接收到控制終端發(fā)送的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并通過軟件直觀的顯示出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。編程和監(jiān)控軟件都采用Visual C++編程，實(shí)現(xiàn)梯形圖向C語言的轉(zhuǎn)換，在利用KEIL C for ARM工具，將C語言編譯成目標(biāo)代碼，下載到控制終端。
4結(jié)論
基于CAN總線的汽車檢測系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)功能單一等不足，綜合檢測汽車各種參數(shù)，較全面的檢測汽車性能和隱患。同時(shí)采用軟PLC技術(shù)，使控制程序的編寫更加容易，具有穩(wěn)定可靠,實(shí)施快捷,易于擴(kuò)展的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的潛力。
參考文獻(xiàn)
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