基于車載CAN總線的倒車雷達單元設計

摘要：倒車雷達在汽車中得到廣泛應用，但沒有與車載CAN總線網絡相聯系，造成其功能不完善。用PIC18F258單片機設計一個倒車雷達單元，使倒車雷達能夠被車栽網絡識別，實現與CAN總線的數據通信與資源共享，完成倒車雷達的自動剎車功能。
關鍵詞：CAN總線；倒車雷達；PIC18F258；報文

0 引言
目前的汽車電子領域中，倒車雷達普遍采用超聲波測距原理，通過單片機計算出障礙物與車的距離并顯示和報警。但大多數這類產品都是獨立的控制單元，無法與CAN總線接軌，所以只能作為一種倒車安全輔助裝置。用PIC18F258單片機設計一個倒車雷達單元使其與車載CAN網絡接軌，這樣可以將實測的車與障礙物的距離信息以報文形式發送給車載CAN總線上的其他控制單元，以實現其必要的功能。當車與障礙物距離小于某一值時，通過制動單元實現自動制動功能，保證車輛倒車安全；CAN總線上儀表控制單元接收到車與障礙物距離信息后，可將其距離顯示出來；CAN總線上語音設備接收到信息后，可根據距離大小實現不同頻率分級語音報警。這樣實現了倒車雷達單元在CAN總線上與其相關單元的數據共享，擴展了倒車雷達的功能，同時也提高了倒車的安全性。

1 CAN總線與車載CAN網絡通信
1．1 CAN總線
CAN總線是一種保密性很高的現場總線，是德國Bosch公司在20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制和測試儀器之間的數據交換而開發的一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。它具有以下特點：
(1)總線以多主方式工作，系統柔性好，通信方式靈活，且不用占地址等單元信息；
(2)CAN總線網絡上的單元信息分不同的優先級，可滿足不同的實時要求，所有的信息發送都以固定格式發送；
(3)采用非破壞性總線仲裁技術，在網絡負載很重的情況下也不會出現網絡癱瘓狀況；
(4)只通過報文濾波可以實現點對點、一對多點及全局廣播等幾種方式接收傳送數據；
(5)通信速率與距離成反比，5 Kb／s以下速率直接通信可達10 km，40 m內通信最高速率可達1 Mb／s；
(6)具有錯誤檢測功能、錯誤通知功能、錯誤恢復功能；
(7)CAN總線單元在出現嚴重錯誤情況下會自動關閉輸出功能，以便總路線上其他單元的操作不受影響；
(8)CAN總線單元數理論上可以是無數個，但一般受通信速率限制，單元越多，通信速率越低，所以單元數還是有限的。
1．2 車載CAN網絡通信
現代汽車內部的主要控制單元有：發動機控制單元、ABS控制單元、安全氣囊控制單元、自動變速器控制單元、儀表管理單元、車窗控制單元、牽引力控制單元、故障診斷單元、中控門鎖單元、座椅調節單元、照明控制單元、空調控制單元、雨括控制單元、后視鏡控制單元等。這些控制單元通過CAN總線構成一個實時通信控制網絡，如圖1所示。

網絡中各控制單元發出的控制指令必須迅速、可靠、及時地得到響應，否則輕則就有可能使車輛局部控制失靈，重則就有可能發生車毀人亡的重大事故。若整輛汽車的所有控制單元都連接在一個CAN總線網絡上，所有的控制單元都通過一對CAN網絡線進行通信，很容易出現總線上工點過多，通信速率下降，系統實時響應速度下降，將導致關鍵控制部位的實時響應速度得不到保證。因此在對汽車上各控制單元的實時性分析之后，根據各控制單元對實時性的要求不同，設計了高、低兩個速率不同的CAN通信網絡。將實時性要求嚴格、可靠性要求高的發動機控制單元、倒車雷達控制單元(本課題設計部分)、ABS控制單元、自動變速器控制單元和安全氣囊控制單元組成高速CAN通信網絡，將實時性要求相對較低的中控門鎖控制單元、電動座椅調節單元、電動車窗控制單元、后視鏡控制單元、雨括控制單元和照明燈控制單元等組成低速CAN通信網絡，并配置中央控制器(網關)將這兩個速率不同的CAN通信網絡連接起來，實現全部節點之間的數據共享。高速CAN網絡的傳輸速率達到500 Kb／s，低速CAN網絡的傳輸速率大約是10～125 Kb／s。圖1中總線兩端應接抑制反射的120 Ω的終端匹配電阻，如果不接終端電阻，會使得數據通信的抗干擾性及可靠性大大降低，甚至無法通信。