CAN总线在汽车仪表中的应用

摘要：通过对CAN总线特点的介绍和分析，利用其分层结构及信号传输特点，介绍了现代轿车中采用的CAN总线控制技术的基本原理和在汽车仪表中的实际应用。

关键词：CAN总线　数据传输　汽车仪表　应用

中图分类号：TH702　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)004-038-02

现代汽车是一种复杂的机电一体化设备，随着计算机技术和集成电路技术的迅速发展，汽车中各种自动控制的子系统应用日益增多。为了使各个子系统能协调一致的工作，并且要求其容错性和可靠性更强，在数据交换的信息量增加的情况下却不增加线束的数量，需要将各分布的子系统用网络连接起来以达到降低成本、提高整车可靠性的目的，控制器局域网CAN(ControllerAreaNetwork)――一种串行数据通讯协议在国际上应运而生。目前许多轿车中的电子电路系统就采用了集中控制CAN数据通讯技术。

1　CAN总线简介

CAN总线是由德国Bosch公司为汽车的检测和控制系统设计的一种总线式串行通讯网络，也可用于工业过程控制设备和监控设备之间的互联。

在CAN总线以前，为了达到汽车仪表指示器和传感器之间的信息交换和汽车各控制器和各模拟信号或开关型传感器的互联，必须用点到点的连接方式把它们相互连接在一起，电路十分繁杂。CAN总线的引入解决了这些问题，因为它利用一条串行总线将所有控制系统连接起来，通讯介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通讯速率可达1Mbps，传输距离最大可以到40mm。

CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能。可完成对通讯数据的成帧处理。CAN可以多主方式工作，网络上任意节点均可主动向其他节点发送信息，网络节点可按系统实时性要求分成不同的优先级，一旦发生总线冲突，会减少总线仲裁时间。CAN总线数据段最多为8个字节，可满足汽车控制命令、工作状态及测试数据的一般要求：同时8个字节不会占有总线时间过长，保证了汽车控制及仪表显示的实时性。正因为CAN总线卓越的特性，极高的可靠性和独特的设计，90年代中期开始就在汽车上得到越来越广泛的应用。

2　CAN总线在汽车仪表中的应用

一种数据传输式仪表，它包含车速里程、发动机转速、油箱存油量和发动机冷却液温度四个指针式仪表机芯，以及28个报警指示灯、两组LCD数显窗口。仪表时刻收集CAN总线上的各种数据(多数由车身电脑发送)并进行处理、解码，输送到相应的指示机构中。

2.1汽车仪表与整车集成控制电子电器系统的联系

如图l所示，汽车仪表作为CAN总线的一个节点，参与车身电脑(NPL)和其他节点系统的数据交换。根据CAN通讯协议，仪表可被动接受，也可主动请求其他节点发送报文(即通讯数据)，这是新型数据通讯仪表的最大特点，即智能化进程。

2.2汽车仪表的工作原理

由于汽车仪表功能较多，仅介绍最典型的车速里程指示系统的工作原理(如图2)，其他仪表的工作原理与此类同。

安装在发动机变速箱中里程表专用齿轮边上的非接触车速传感器，利用感应线圈

’或霍尔元件产生代表一定车速的脉冲信号，车速与输出的脉冲频率成正比，脉冲信号进入车身电脑控制器中进行A／D转换；转换后的数字信号经处理后进入CAN收发器打包成一定格式的数据帧，并附加标识码发送到总线上。汽车仪表中的CAN接收器受到车速标识码的数据帧后，译码取得转速数据帧，经CPU运算(里程表转速比已经由软件预先写入)后一路发出8位电机驱动信号；步进电机直接带动仪表指针偏转到相应的车速刻度处，指示车速，另一路进入8段LCD显示驱动电路，显示出相应的里程书(当然轮胎的参数与车速的关系也预先由软件写入仪表寄存器中)。

2.3各功能模块的作用

采用CAN总线的仪表内部电路原理图如图3所示。TJAl054(IC2)

CAN总线收发器从CAN总线上将与本仪表有关系的报文(标识符相同)采集下来并激活本节点，完成网络目标层的工作。

D78F0828(IC1)――集CAN通讯控制器、仪表CPU中央处理器、液晶显示步进电机控制驱动电路为一体的大规模集成电路，它具有10个YO通讯端口。CAN控制器完成网络传输层的所有工作，中央处理器将数据包解码，并转换成步进电机的转角；或将数据包转换成报警灯逻辑代码输入到指示灯译码器中。

D6345(IC1)――报警指示灯译码器汽车仪表设计人员预先将各个报警器进行二进制编码。当CPU报警灯数据线输入IC1后进行译码，在端出口产生低电平，相应的报警发光二极管点亮，仪表盘上的指示符显示。

WHS――指示灯闪烁器为了降低整套仪表的功耗，仪表中众多的指示灯点亮时是在高频间断通电状态，在人眼不察觉的情况下，平均通电时间降低，减小了电能的消耗。若在需要灯光闪烁提醒驾驶员的情况下，闪烁器会降低频率达到每秒1～2次的视觉效果。

仪表的整机电路由于采用了最新型的支持CAN总线2，0B版协议的超大规模集成电路D78F0828，和其他专用集成电路，使元器件极少，电路简洁明了，调试十分容易。

仪表电路还余留了较多的扩展功能，例如车外温度显示、无级变速档位显示及其它报警指示功能，仪表在不需要做大的改动的情况下，可以方便的升级扩充。

3　结束语

CAN总线实质上是一种针对汽车和某些工业控制中信息量相对较少的优化设计的串行通信网络，它具有高效、实用和可靠的优良特性，现正在汽车上得到越来越多的应用。同时CAN总线具有一定的保密性，使已设计好的CAN相关汽车零部件极难伪造和仿制，但若重新设计CAN应用工程系统并不困难。因此，开发研制具有我国独立知识产权的汽车产品是我们汽车行业的目标和任务。

参考文献：

[1]钱云涛，邹继军，王进宏，郑勇芸.现场总线CAN原理及应用技术(第二版)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[2]杜尚丰，赵晓钟，徐津.CAN总线测控技术及其应用[M].北京：电子工业出版社，2007.

[3]杨春杰，王曙光，亢红波.CAN总线技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.