探析CAN总线控制系统在汽车上的运用

1车身控制系统硬件设计

1.1通用模块设计

为使系统适于分布式安装，节省大量的线束和继电器，将信号采集和功率控制节点设计为具有良好互换性的通用模块。通用模块选用飞思卡尔的MC9S08DZ60为主控制芯片，实现对开关、模拟、脉冲信号的采集功能和对功率负载的控制功能，同时具备SPI和CAN通信功能以及通信地址的可配置功能。为实现开关信号、模拟量信号的采集和通信地址可配置，选用多路复用芯片MC33993，它通过SPI与MC9S08DZ60通信，可实现共22路开关信号的输入，开关信号输入引脚还可以作为模拟量信号的输入引脚。当作为模拟信号输入引脚时，通过SI写入控制命令，在片选信号CS的上升沿时，将需要采集的模拟量信号接入到AMUX，并在下一个SO输出数据中将对应引脚位的值置为0。AMUX将捕捉到的最高为VDD电压的模拟信号接入到主控芯片，实现该信号的A/D转换。脉冲信号的采集处理，利用三极管的开关通断特性，实现对脉冲信号的计数处理。功率负载的输出控制选用芯片BTS840，它可提供单路12A电流和双路24A电流，并具备过热保护和短路、断路诊断反馈功能，可实现对外接负载工作状态的监控。

1.2数字化仪表设计

仪表选用飞思卡尔的MC9S12D64为主控制芯片。该芯片为112脚封装，有丰富的I/O资源和工业控制专用的通信模块[4]，特别适用于汽车。仪表作为系统主控单元，不必配置通信地址，故可将芯片MC33993的输入引脚全部用作采集开关信号。为实时监控车辆状态信息，在仪表上侧布有30个LED指示灯阵列，由主控芯片根据对车辆状态数据进行逻辑运算后，通过I/O引脚控制对应状态指示灯。对发动机转速、车速、机油压力、蓄电池电压、发动机冷却水温、燃油量和前后桥气压等参数，采取驱动步进电机带动指针来指示刻度表盘的实现方式。步进电机的驱动芯片选用MC33976，通过SPI与主控芯片通信，每个驱动芯片可驱动2个步进电机。仪表采用240x120像素的LCD屏，在主页面显示LOGO、重要参数和报警信息，并可分页显示更多信息。仪表还设计有四个按键，主控芯片通过中断方式接收按键信号，通过选择不同按键，可实现LCD屏的分页显示信息，还可以设置日期、时间、主减速比和单圈脉冲数等参数。

1.3CAN通信设计

仪表和通用模块通过CAN总线进行通信。为提高CAN通信性能，选用基于iCoupler磁耦隔离技术的ADUM1201代替常规的光电耦合器，它是符合车用等级的双通道数字隔离器，具有比光电耦合器更高的数据传输速率、时序精度和瞬态共模抑制能力，在性能、功耗等各方面明显优于光电隔离器件[5]，具体电路如图2所示。为消除通信线路信号串扰，在ADUM1201两侧分别采用隔离电源供电。高速CAN收发器TJA1040T通过CANH和CANL与总线相连，经过ADUM1201的隔离，再通过TXCAN和RXCAN与主控芯片内CAN控制器相连，实现数据的接收和发送。

1.4CAN通信网络组成

为实现节点间的数据通信，将仪表、通用模块、发动机ECU和尿素液位ECU通过双绞线相连，组成CAN总线网络，同时，为提高通信时的抗干扰能力，在总线两端各配备一个120欧姆的电阻。

2车身控制系统软件设计

系统的软件开发环境为Metrowerks公司的CodeWarrior。仪表将所有采集或通过总线接收到的状态数据经过逻辑运算后，通过LED阵列、LCD屏和步进电机带动指针显示当前车辆状态，并经过CAN总线将控制命令发送给相应模块，实时控制功率负载的启停。车身控制系统各个节点间通过CAN总线收发数据，各个节点的控制模块在主程序中先对CAN控制器进行初始化，分别分配一段内存空间作为接收和发送数据的队列，并通过中断完成CAN总线数据的接收和发送。

3结束语

本文设计了符合CAN通信协议的仪表和通用模块，并与发动机ECU和尿素液位ECU通过CAN总线连接组成整车控制网络，实现了对车辆状态信息的实时监控。采用ADUM1201作为隔离器件，提高了CAN通信的抗干扰能力。信号和负载的通用处理和仪表的集中控制逻辑运算，使系统的售后维护变得更便捷、灵活。本系统已小批量装车后运行数万公里，具有良好的稳定性和可靠性。

作者：廖吉春嵇黎明单位：航天新长征电动汽车技术有限公司重庆长安新能源汽车有限公司