基于CAN總線的車身電器控制系統網絡實驗臺設計

摘要：某CAN總線的車身電器控制系統網絡實驗臺節點的設計存在不足，如節點偏大不便于車載及節點劃分不合理等。主要針對該實驗臺的硬件接口電路部分進行優化設計。以對接口電路核心元件重新優化選型為基礎，結合硬件功能及所選器件運行環境重新編制程序。通過實驗驗證了該方案的可行性，使節點更實用，功能更完善，為基于CAN總線的車身電器控制系統硬件接口電路的設計提供了新思路，同時為教學工作提供了良好的實驗設備。
關鍵詞：CAN總線；車身電器；控制網絡；優化設計

汽車上的電子裝置隨著汽車電子的發展日益增多，仍采用傳統的通信模式必然導致汽車電器布線復雜，維修檢測困難等問題。而CAN總線的提出為解決此問題提出了可能。CAN(C0ntmller Area Network)總線是20世紀80年代德國Bosch公司為實現現代汽車上眾多電子模塊相互間的通信而提出的一種串行通信協議，是目前唯一具有國際統一標準的總線。但由于國內關于CAN總線的研究起步很晚，至今國產化的產品不多。因此文獻基于科研教學及產品開發的多重目的，研制開發了基于CAN總線的車身電器控制系統實驗臺。該實驗臺以CAN總線為基礎，以某汽車車身電器為對象簡化了汽車車身電器的控制網絡，減少了線束，實驗也證明了所開發系統的正確性和CAN總線取代傳統車身線束的可行性。該實驗臺的成功開發其現實意義很重要，但也存在以下不足之處應加以改進：1)試驗臺將車燈控制節點分為前燈、后燈2個節點，這樣在通信中不僅沒有完全利用單片機的接口，還要考慮前后節點的優先權，把軟件的設計復雜化。2)單片機引腳電流過小不足以驅動大功率的車燈和車門電機等功率器件，該試驗臺選用驅動芯片、繼電器和保險絲來實現功能，這樣設計接口電路使節點的總體體積偏大，不便車載。本文主要針對以上2個問題提出解決方案，先從總體上對節點重新分類設計，基于AT89S52微處理器和CAN控制器SJAl000重新構建硬件環境，然后以AT89S52為核心，結合所選器件的運行環境改進程序。

1 車身電器控制系統節點分類及其功能
該控制系統將車身電器分為上位機轉換節點、開關控制節點、車燈控制節點、車門控制節點4類。各類節點所包含的電器設備及要傳輸的信號如下：1)上位機轉換節點：將CAN協議信號轉換為RS232協議信號輸出，由上位機的串口接收；2)開關控制節點：燈具開關節點需要的各開關輸入，通過單片機將物理的開關信號轉換為數據信號；3)車燈控制節點：接收總線上傳來的可控數據，并將數據轉換后控制車燈各燈具的狀態，控制的車身電器主要是遠光燈、近光燈、霧燈、轉向燈、倒車燈、剎車燈等燈具；4)車門控制節點：控制車門的開關輸入及玻璃升降電機的輸出。節點的分類及功能如圖1所示。

2 系統硬件電路設計
硬件通訊電路部分由單片機AT89S52、CAN控制器SJAl000、CAN收發器PCA82C250連接組成。任何類型的節點其硬件設計中都由該通訊電路和接口電路組成，CAN控制器及收發器與單片機連接電路如圖2所示。為使總線上有信號時，系統能夠快速響應，單片機與SJAl000采用獨立
的晶振。SJAl000的晶振頻率為16 MHz，單片機的晶振頻率為12 MHz，這樣可使CAN控制器接收或發送數據速度快于單片機的處理速度，總線傳來的數據或待發送到總線的數據可暫存于SJA1000的緩沖器中，等待單片機處理或自動向總線發送。