基于CAN總線在汽車控制系統中設計與實現

　　隨著汽車計算機控制技術的不斷發展，現代汽車上的計算機控制系統越來越多，聯系也越來越緊密。發動機計算機控制系統已經成為新型發動機的核心部分之一，微處理器以及新型部件和電路的使用使得汽車技術發展速度加快，而且越來越復雜。最近及未來的技術發展要求汽車維修技師必須很好地接受最新汽車技術的培訓，本書的出版，就是為了幫助技師學習發動機計算機控制系統的工作原理，并掌握對其進行故障診斷的方法。書中討論了計算機控制系統的結構與部件、故障的分析與診斷方法、OBD Ⅱ自診斷方法，多路傳輸技術，以及世界各大汽車公司典型的控制系統的原理、構造和診斷。筆者通過分別構造高、低速CAN網絡，對實時性要求高的計算機控制單元采用高速CAN網絡傳輸；其它采用低速CAN網絡傳輸，并采用微控制器兼作網關。使得傳輸線束大大簡化，可靠性大大提高。

　　二，CAN總線的技術特性

　　CAN（Controller Area Network）總線是一種串行多主站控制器局域網總線。特別適用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業環境。通訊媒體可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維，數據傳輸速率可達1 Mbits/s（此時通信距離最長為40m）。

　　CANopen, DeviceNet和SDS是通常采用的高層協議，適用于任何類型的工業控制局域網應用場合，而CAL則應用于基于標準應用層通訊協議的優化控制場合，SAEJ1939則應用于卡車和重型汽車計算機控制系統。

　　三，基于P87C591的汽車計算機控制

　　（一） P87C591

　　P8xC591是8位高性能單片機，是80C51系列的衍生型，帶有在片CAN控制器。它使用高效的80C51指令集并包括SJA1000 CAN控制器的PeliCAN功能。完全的靜態核提供擴展的電存儲設施，振蕩器可以被停止且易重新啟動，但不丟失數據。改進的1:1內部時鐘預定標器在12 MHz外部時鐘率時能達到500 ns指令周期。

　?。ǘ┫到y實現

　　目前，汽車計算機控制已經涉及到動力性、經濟性、安全性、可靠性、凈化性和舒適性等諸多方面，具體包括發動機控制，變速器控制、巡行控制，制動控制，照明控制，空調控制，雨刷控制，儀表管理系統等，而且各種控制系統的電控單元（ECU）相互聯系緊密，需要隨時進行實時數據通信，CAN總線作為一種極具應用潛力的控制器局域網總線，近年來在汽車計算機控制系統中得到越來越廣泛的應用，并已成為歐洲汽車制造業主體行業標準，代表著汽車電子控制網絡的主流發展趨勢。

　　汽車計算機控制系統中的所有這些子控制系統通過CAN,0.線構成一個實時控制系統網絡，各控制單元的指令發出去之后，必須保證在一定時間內得到響應，要不然就有可能發生重大事故，這就要求汽車上的CAN通信網絡有較高的波特率設置和可靠性。而且，汽車在實際運行過程中，眾多節點之間需要進行大量的實時數據交換。若整輛汽車的所有節點都掛在一個CAN網絡上，這么多節點通過一條CAN總線進行通信，信息管理配置稍有不當，就很容易出現總線負荷過大，將導致系統實時響應速度下降，這在實時系統中是不允許的。因此我們將實時性要求嚴格、可靠性要求高的節點組成高速CAN通信網絡，將其它實時性要求相對較低的節點組成低速CAN通信網絡，并架設網關將這兩個速率不同的CAN通信網絡連接起來。

　　圖 1中的發動機控制、變速器控制、安全控制、防抱死制動控制（ABS）等控制單元節點是現代汽車動作的核心部件，對時間響應要求嚴格，因而在本設計中采用傳輸速率為500Kbps的高速CAN通信網絡?？照{控制、雨刷控制、照明控制和儀表管理控制等相對來說對實時性的要求較低，采用傳輸速率小于125 Kbps的CAN通信網絡，主控制器跨接高、低速兩條總線，與各節點進行數據交換，兼起網關的作用，實現網絡互連。

　　電控單元的微控制器（P8xC591 ）通過數據總線經過光電隔離器（6N137）與CAN總線控制器（SJA 1000）直接相連，由于CAN總線控制器帶有一個接收緩沖器和一個發送緩沖器，因此，CAN總線控制器的發送端口Tx0，接收端口Rx0、Rx1分別與CAN,總線發送接收器的TxD和RxD, Vref端口直接相連，CAN_L和CAN -H是CAN總線的兩條差分接收發送線。它們的端點間各接一個120Ω的總線匹配電阻，當有節點占用CAN總線時，該節點的發送端（電平為3.5 V）接CAN_H,接收端（電平為1.5V）接CAN_L;當無節點占用CAN總線時，CAN_L和CAN_H上的電平均為2.5V.