汽車前照燈CAN總線多路傳輸系統的研究與設計

摘要：為代替傳統繁雜的汽車線束，汽車CAN總線應運而生。以CAN總線為基礎，結合51系列單片機技術，研究開發了汽車前照燈的CAN總線多路傳輸系統。按照整體結構進行了CAN總線傳輸節點的軟件設計，設計出并口CAN適配卡，通過編寫動態鏈接庫(DLL)，向上層應用軟件提供讀／寫函數接口，實現了上位機與下位機的通信。該設計使得傳統線束大大簡化，可靠性得到了極大提高，有效節約了線束安裝空間。
關鍵詞：前照燈；CAN總線；多路傳輸系統；單片機

0 引言
CAN(Controller Area Network)數據總線是一種適用于汽車環境的汽車局域網。它屬于多路傳輸系統中的一種，是由德國博世(Bosch)公司在20世紀80年代初為解決現代汽車中眾多的控制單元與測試儀器之間的數據交換而應用開發的一種串行通信協議。目前，在汽車設計領域中，CAN幾乎成了一種必須采用的技術手段，尤其是在歐洲，如奔馳、寶馬、保時捷等都采用CAN總線實現汽車內部控制系統與各檢測和執行機構間的數據通信。此外，美國汽車廠也將控制器聯網系統逐步由 Class2過渡到CAN。CAN國際標準只定義了物理層和數據鏈路層，實際應用中，一些廠家和公司又定義了相應的應用層規范，使CAN的應用更加廣泛和可靠。
CAN信號傳輸介質為普通雙絞線，通信速率最高可達1 Mbps／40 m，直接傳輸距離可達10 km／5 Kbps。CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，因而傳輸時間短，受干擾的概率低，由于其采用CRC-16的校驗方式，誤碼率僅為 3×10-5。當節點嚴重錯誤時，具有自動關閉的功能，以切斷該節點與總線的聯系，使通信線上的其他節點機通信不受影響，具有較強的抗干擾能力。控制器局部網(CAN)屬于現場總線范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡。
CAN作為汽車環境中的微控制器通訊，在車載各電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。比如：發動機管理系統、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統中，均嵌入CAN控制裝置。但是CAN總線多路傳輸系統還沒有實際應用到汽車前照燈。傳統的汽車系統布線工作量很大，一旦線路發現故障，診斷工作十分困難，同時由于數據傳輸線很長，導致傳輸速度下降，可靠性、實時性差等問題。CAN總線技術作為最有前途的現場總線之一，依靠其可靠性高，適應環境能力強，糾錯能力突出，性價比高等特點成為解決這一問題的新選擇。正是基于這種研究背景，本文研究并開發出了基于CAN總線的汽車前照燈多路傳輸系統。

1 CAN控制器SJAl000
1．1 SJAl000的硬件結構和功能
CAN的通信協議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現CAN總線協議部分和微控制器接口部分組成。不同型號的CAN總線通信控制器，實現 CAN協議部分電路的結構和功能大都相同，而與微控制器接口部分的結構及方式存在一些差異。SJAl000是一種獨立CAN控制器，是PHILIPS公司首推新一代控制器。支持CAN 2．0B協議。
SJAl000的主要特性如下：
器件管腳和電器特性均和PCA82C200兼容；時鐘頻率24 MHz；支持CAN協議2．O標準位速率可達l Mb／s；同時支持11位標識符和29位標識符；擴展的接收緩沖器(增至64 B，PCA82C200只有20個字節)；對不同微處理器的接口；可編程的CAN驅動器輸出。
SJAl000具有兩種工作模式：基本模式和Peli模式。其中基本模式符合CAN協議2．0A標準，和PCA82C200兼容。設置時鐘分頻器(CDR：Clock divider Register)的最高位模式選擇位(CDR．7)，可在基本模式和Peli模式之間切換。
1．2 CAN收發器82C250的硬件結構和功能
82C250是CAN控制器與物理總線間的接口，最初主要應用于汽車高速控制場合。它向總線提供了差動的發送能力，向CAN控制器提供了差動的接收能力。
82C250主要特性如下：與ISO／DISll898標準兼容；高速(最高可達1 Mb／s)；具有抗汽車環境下的瞬間干擾，保護總線能力；降低射頻干擾(Radio Frequency Interference，RFI)的斜率(slope)控制；熱防護；防護電池與地之間發生短路；低電流待機方式；某一個節點掉電不會影響總線；可有 110個節點相連接。