（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）基于can總線的客車運(yùn)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究.pdf

摘要 摘要 汽車電子技術(shù)步入控制系統(tǒng)綜合化 信息共享化 機(jī)能智能化的發(fā)展新階段 針對(duì)目前國內(nèi)客車大量使用傳統(tǒng)儀表 傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)控制的通信方式以及獨(dú)立的控 制單元 本文對(duì)客車運(yùn)控系統(tǒng)進(jìn)行了探討 研制了基于c a n 總線技術(shù) 智能檢測(cè) 技術(shù) 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的客車運(yùn)控系統(tǒng) 該系統(tǒng)改變了客車的線束控制方式 和傳統(tǒng)儀表 實(shí)現(xiàn)了電器信息的集中檢測(cè) 控制以及數(shù)據(jù)共享 易于擴(kuò)展 減少 了線束 提高系統(tǒng)維護(hù)性和可靠性 減少成本 本文分析和探討了客車電子控制系統(tǒng)和車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 提 出了應(yīng)用c a n 總線代替客車傳統(tǒng)線束的總線傳輸方式 在深入研究c a n 總線技術(shù) 和客車電器控制的基礎(chǔ)上 設(shè)計(jì)了基于c a n 總線的客車組合儀表系統(tǒng)和前 后輸 入輸出模塊 實(shí)現(xiàn)客車電器信息檢測(cè) 控制 傳輸與顯示 組合儀表主要實(shí)現(xiàn)電 器信息的傳輸和顯示 以具有增強(qiáng)c a n 控制模塊的p i c l 8 f 8 5 8 5 單片機(jī)作為中央控 制器 p i c l 8 f 8 5 8 5 控制t j a l 0 4 0c a n 總線驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)c a n 總線信息的接收和發(fā)送 通過s p i 方式與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器m c 3 3 9 7 0 進(jìn)行通訊 控制m sx c 5 步進(jìn)電機(jī)對(duì)車 速 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 冷卻水溫度 機(jī)油壓力 燃油量 電壓 氣壓l 和氣壓2 八個(gè)參 數(shù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)顯示 控制l c d 顯示單里程數(shù) 總里程數(shù)和各種示警信息 按鍵控 制l c d 翻屏顯示 控帶 l e d 指示燈顯示客車電器故障和狀態(tài)信息 輸入輸出模塊 主要實(shí)現(xiàn)電器信息的檢測(cè) 控制與傳輸 采用p i c l 8 f 8 5 8 5 單片機(jī)作為中央控制器 控制輸入模塊檢測(cè)車速 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等八種參數(shù)以及各種開關(guān)量 將分散電器的 信息集中處理 然后通過功率模塊控制車燈 各種繼電器 直流電機(jī)等執(zhí)行相應(yīng) 功能 并將采集的儀表信息通過驅(qū)動(dòng)t j a l 0 4 0 發(fā)送給組合儀表顯示 實(shí)現(xiàn)信息共享 本系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)的在線調(diào)試與系統(tǒng)模擬試驗(yàn) 初步驗(yàn)證了系統(tǒng)的綜合性能 及c a n 總線通訊的可靠性 初步達(dá)到了預(yù)期的目的和要求 為下一步的改進(jìn)和完 善奠定了的基礎(chǔ) 關(guān)鍵詞c a n 總線 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) i x 摘要 a b s t r a c t a u t o m o b i l ee l e c t r o n i c st e c h n o l o g yw i l lc o m ei n t oan e ws t a g eo nw h i c hi ti s c h a r a c t e r i s t i co fc o n t r o ls y s t e mi n t e g r a t i o n s h a r em e s s a g e sa n di n t e l l i g e n tp e r f o r m a n c e i na l l u s i o nt ou s el a r g e l yo u t o f d a t em e t e r o l dc o n t r o lc o m m u n i c a t i o nm o d e 謝t h s i n g l ew i r i n gh a r n e s sa n du n c o n n e c t e dc o n t r o lu n i t sa tt h ep r e s e n tt i m ei nap a s s e n g e r c a r t h i sp a p e rd i s c u s s e sl u na n dc o n t r o ls y s t e m i td e v e l o p sa r u na n dc o n t r o ls y s t e m a d o p t i n gc a n b u st e c h n o l o g y i n t e l l i g e n c ed e t e c t i n gt e c h n o l o g ya n dm i c r o c o m p u t e r c o n t r o lt e c h n o l o g y t h es y s t e mc h a n g e sc o n t r o lm o d eo fw i r i n gh a r n e s sa n dt r a d i t i o n a l m e t e r c e n t r a l i z i n gc h e c ka n dm e a s u r e c o n t r o lo fe l e c t r i ca p p a r a t u sm e s s a g e sa n ds h a r e d a t a m e s s a g e s e x t e n de a s i l y r e d u c i n gw i r i n gh a r n e s s i m p r o v i n gc r e d i b i l i t y a n d m a i n t a i n a b i l i t y r e d u c i n gs y s t e mc o s t t h i sp a p e ra n a l y s e sa n dd i s c u s s e sd e v e l o p m e n ta c t u a l i t ya n dd i r e c t i o no fn e t w o r k t e c h n o l o g ya n de l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e mi nac a r b r i n g i n gf o r w a r db u st r a n s m i s s i o n m o d es u b s t i t u t i n gc a nb u sf o rt r a d i t i o n a lw i r i n gh a r n e s si nap a s s e n g e rc a r b a s e do n r e s e a c h i n gc a nb u st e c h n o l o g ya n de l e c t r i ca p p a r a t u s c o n t r o lo fap a s s e n g e rc a l d e e p l y i td e s i g n sa m e t e ra s s e m b l ys y s t e ma n df r o n t r e a ri n p u to u tm o d u l ef o rc a r r y i n g o u tc h e c k i n ga n dm e a s u r i n g c o n t r o l l i n g t r a n s m i t t i n ga n dd i s p l a y i n ge l e c t r i ca p p a r a t u s m e s s a g e si nap a s s e n g e rc a r m e t e ra s s e m b l ys y s t e mc a r r i e so u tt r a n s m i t t i n ga n d d i s p l a y i n ge l e c t r i ca p p a r a t u sm e s s a g e s i ta d o p t st h ep i c 18 f 8 58 5s e f i e s e ss i n g l ec h i p m i c y o c ow h i c hi n c l u d e se n h a n c e dc o n t r o l l e ra r e an e t w o r k e c a n m o d u l e a sc e n t e r c o n t r o l l e r p i c18 f 8 5 8 5c o n t r o l l st j a l 0 4 0c a nb u sd r i v ef o rr e c e i v i n ga n ds e n d i n g m e s s a g e sf r o mc a nb u s e x c h a n g i n gm e s s a g e s 謝mm c 3 3 9 7 0s t e pm o t o rd r i v et o d r i v es t e pm o t o rm sx c 5t od i s p l a ye i g h tp a r a m e t e r sr e a l t i m e l y c a rs p e e d e n g i n e r o t a t es p e e d c o o l i n gf l u i dt e m p e r a t u r e o i lp r e s s u r e o i lc a p a c i t y v o l t a g e a i rp r e s s u r e1 a n da i rp r e s s u r e2 d r i v i n gl c dt od i s p l a ys i n g l em i l e a g e t o t a lm i l e a g ea n dm a n yk i n d s o fw a r n i n gm e s s a g e s t u r n i n gl c ds c r e e nb yk e y p r e s s c o n t r o l l i n gl e di n d i c a t o rl i g h t x i 山東大學(xué)碩十論文 f o rt os h o wb r e a k d o w no fe l e c t r i ca p p a r a t u sa n ds t a t em e s s a g e s i n p u to u tm o d u l e c a r r i e so u tc h e c k i n ga n dm e a s u r i n g c o n t r o l l i n ga n dt r a n s m i t t i n ge l e c t r i ca p p a r a t u s m e s s a g e s a l s ou s i n gp i c l8 f 8 5 8 5s e r i e s e ss i n g l ec h i pm i c y o c oa sc e n t e rc o n t r o l l e r c h e c k i n ga n dm e a s u r i n ga l lk i n d so f s w i t c hm e s s a g e sa n de i g h tp a r a m e t e r s c a r s p e e d e n g i n er o t a t es p e e da n ds oo nb yu s i n gi n p u tm o d u l e d e a l i n gw i mm e s s a g e so f d i s p e r s i v ee l e c t r i ca p p a r a t u sc o n c e n t r a t i v e l y t h e nd r i v i n gc a l l u m p m a n yk i n d so fr e l a y a n dd i r e c tc u r r e n te l e c t r o m o t o ru s i n gp o w e rm o d u l e u s i n gt j a10 4 0c a nb u st os h a r e m e s s a g e s 析mm e t e ra s s e m b l y t h es y s t e mh a sb e e nt e s t e do n l i n e l ya n de m u l a t e du s i n gc o m p u t e r a n dt h er e s u l t a r g u e dt h a tg e n e r a lp e r f o r m a n c eo ft h i ss y s t e ma c c o r d e d 析t ht h ea n t i c i p a n tp u r p o s ea n d r e q u e s t a n di ta l s oe s t a b l i s h e sf o u n d a t i o nf o r t h en e x ti m p r o v e m e n ta n dp e r f e c t i n g k e y w o r d sc a nb u s s i n g l ec h i pm i e y o c o s t e pm o t o r x i i 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú) 立進(jìn)行研究所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本論文不 包含任何其他個(gè)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果 對(duì)本文的研 究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均己在文中以明確方式標(biāo)明 本聲明 的法律責(zé)任由本人承擔(dān) 論文作者簽名 鈕呂翌 e t 期 硅型 矽 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué) 校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論 文被查閱和借閱 本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分 內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段 保存論文和匯編本學(xué)位論文 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 論文作者簽名 鋤絲導(dǎo)師簽名氍日期 型 如 第1 章緒論 1 1 課題研究背景 第1 章緒論 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展和在客車上的廣 泛應(yīng)用 使得客車電子化程度越來越高 為了滿足現(xiàn)代客車有關(guān)動(dòng)力性 經(jīng)濟(jì)性 安全性 可靠性 凈化性和舒適性等方面的要求 需要越來越多的控制裝置 例 如電子燃油噴射裝置 防抱死制動(dòng)裝置 a b s 電控自動(dòng)變速器 安全氣囊裝置 電控門窗裝置和主動(dòng)懸架等等 但鑒于汽車制造業(yè)的特殊性 按功能模塊化分工 制作 各個(gè)廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品及其配套的e c u 部分 均為獨(dú)立的控制系統(tǒng) 能夠完 成單個(gè)模塊的預(yù)定控制功能 但是 各個(gè)子系統(tǒng)之間沒有聯(lián)系 e c u 之間聯(lián)動(dòng)關(guān) 系幾乎沒有 信息也不能共享 勢(shì)必會(huì)影響到這些子系統(tǒng)功能的發(fā)揮 導(dǎo)致整車 性能下降 而以總線形式把它們組成一個(gè)有機(jī)整體 則是一種新的嘗試 1 1 c a n t 2 總線正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的 本文采用的s a ej 1 9 3 9 3 j 就是基于c a n 2 0 基礎(chǔ) 之上的 2 0 世紀(jì)9 0 年代以來 隨著集成電路和單片機(jī)在客車上的廣泛應(yīng)用 客車上電 控裝置越來越多 大部分客車仍采用傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)控制的通信方式 即電線一端 與開關(guān)相接 另一端與用電設(shè)備相通 車上導(dǎo)線急劇增加 安裝空間短缺 一輛 采用傳統(tǒng)布線方法的高檔汽車 其導(dǎo)線長度可達(dá)2 0 0 0 米 電氣節(jié)點(diǎn)達(dá)1 5 0 0 個(gè) 電 線的重量可以達(dá)到4 0 6 0 公斤 另外 電控系統(tǒng)的增加雖然提高了客車的安全性 經(jīng)濟(jì)性和舒適性 但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了客車的可靠性 增加了維修的 難度 加上客車車身長 發(fā)動(dòng)機(jī)大多后置的特點(diǎn) 前后燈光線束和發(fā)動(dòng)機(jī)與儀表 板之間的信息傳遞也造成線束大幅增加 4 為了減少線束 提高信號(hào)利用率 對(duì)客 車電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求 要求實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)集成 化 5 1 然而用常規(guī)的儀表顯然不能滿足大信息量顯示的要求 因此 設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn) 電器信息集中檢測(cè) 控制與共享的控制系統(tǒng)和數(shù)字儀表 是當(dāng)前客車工業(yè)發(fā)展的 需要 山東大學(xué)碩士論文 1 2 客車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1 2 1 國內(nèi) 外客車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 1 9 9 0 年 在汽車上控制系統(tǒng)使用的m c u 的平均數(shù)量是1 4 個(gè) 而2 0 0 0 年 卻增 加到3 5 個(gè) m c u 的類型也逐漸從8 位機(jī) 1 6 位機(jī)發(fā)展到今天的3 2 位機(jī) 據(jù)分析 超 過8 0 的汽車技術(shù)革新源于電子系統(tǒng)部分的創(chuàng)新 就成本而言 上世紀(jì)7 0 年代 一輛汽車的電子系統(tǒng)的平均成本約為1 0 0 美元 而到了本世紀(jì)初 卻上升為1 8 0 0 美 元 今天 在一些豪華車型中 電子系統(tǒng)所占整車制造成本已超過2 3 更有芯 片制造業(yè)界預(yù)測(cè) 汽車電子設(shè)備成本將在未來1 0 年內(nèi)增加到3 5 可見 電子系 統(tǒng)在車輛上的 份量 是越來越重了 6 7 當(dāng)越來越多的電子系統(tǒng)應(yīng)用于同一臺(tái)車時(shí) 各系統(tǒng)之間也就有了關(guān)聯(lián)性和時(shí) 序性的要求 目前 廣泛應(yīng)用于汽車上的電子裝置 己經(jīng)實(shí)現(xiàn)了局部的網(wǎng)絡(luò)控制 在國外 c a n c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k 總線技術(shù)已廣泛應(yīng)用在客車上 如m a n 奔馳 尼奧普蘭 沃爾沃等客車廠家c a n 總線技術(shù)已經(jīng)很成熟 在國內(nèi) c a n 總 線技術(shù)在我國汽車工業(yè)中的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起步階段 絕大部分的客車還沒有 采用汽車總線的設(shè)計(jì) 2 0 0 7 年1 月1 日實(shí)施的交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)j t t 3 2 5 2 0 0 6 營運(yùn)客車 類型劃分及等級(jí)評(píng)定 規(guī)定 特大型 大型高三和高二等級(jí)客車須采用c a n 技術(shù) 如字通 金龍等客車廠家已成功試裝c a n 總線 現(xiàn)正處于發(fā)展階段 8 l 但對(duì)于整車 的集成控制 國內(nèi)還未見報(bào)道 因此 如何對(duì)這些獨(dú)立的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效 有 序和安全方便的集成控制 綜合利用他們的信息己成為客車技術(shù)發(fā)展迫切需要解 決的問題 9 1 1 2 2 目前客車電子控制系統(tǒng)存在的主要問題 國內(nèi)客車電子控制系統(tǒng)中電子控制單元的增多 雖然提高了客車性能 但由 于相關(guān)配套技術(shù)的發(fā)展滯后 也帶來了一系列急需解決的問題 1 線束更繁雜 客車線束的組成按傳統(tǒng)的辦法是每個(gè)電器設(shè)備都需要以一根 或兩根 回路 導(dǎo)線與控制開關(guān)進(jìn)行連接 現(xiàn)代客車的電子控制系統(tǒng)種類繁多 導(dǎo)致 線束增多 控制線路復(fù)雜 進(jìn)一步引發(fā)成本增加 安裝不便 檢修困難 并引發(fā) 2 第1 章緒論 安全事故 2 對(duì)駕駛員要求進(jìn)一步提高 目前 許多客車上采用的是傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表 或電子式儀表 功能較少 不便于駕駛員了解客車的各種狀態(tài)信息 而客車駕駛 主要依賴于駕駛員的熟練程度 大量電子控制單元的獨(dú)立工作 要求駕駛員必須 熟練掌握各單元操作方法和操作時(shí)序 從而增加了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度和精神負(fù)擔(dān) 誤操作概率上升 降低了客車行駛的安全性 3 信息傳遞和關(guān)聯(lián)性增強(qiáng) 現(xiàn)代客車的電子控制單元越來越多 越來越復(fù)雜 各控制系統(tǒng)之間信息的傳遞和關(guān)聯(lián)性也越來越重要 充分利用各類信息資源 減 少信息冗余 要求大批數(shù)據(jù)信息能在不同的電控單元中共享 例如客車在行駛過 程中 如果駕駛員誤操作打開了車門 會(huì)對(duì)乘客造成嚴(yán)重威脅 很容易發(fā)生事故 所以就要考慮到行駛控制系統(tǒng)與電動(dòng)車門控制系統(tǒng)之間的信息傳遞和關(guān)聯(lián)控制 但目前客車電子控制單元各自獨(dú)立 客車駕駛幾乎無關(guān)聯(lián)性可言 帶來安全隱患 4 影響客車安全性和舒適性 客車作為城市公共交通 人們外出的重要工具 其安全性 舒適性方面的要求日益提高 客車獨(dú)立電子控制單元的使用雖然有利 于提高客車某方面的性能 但電子控制單元的增多和相互之間的弱關(guān)聯(lián)性 以及 駕駛員誤操作概率的上升 反而導(dǎo)致客車的安全性和舒適性的降低 1 0 1 1 2 3 客車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 客車電子控制系統(tǒng)將運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) 使客車與社會(huì)聯(lián) 結(jié)方面獲得較大的進(jìn)步 包括廣泛使用蜂窩電話與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) g p s 以及 采用多路總線分布式網(wǎng)絡(luò)來集成所有汽車部件的電子控制單元 e c 使整個(gè)系統(tǒng) 具有數(shù)據(jù)融合 故障診斷合一的自修復(fù)功能 1 1 客車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)體 現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 1 客車電子控制趨于集中化 智能化 進(jìn)入9 0 年代后 汽車電子技術(shù)開始向智能化 微型化 集控化方向發(fā)展 如 一個(gè)微處理器可同時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī) 變速器 牽引力 穩(wěn)定性等進(jìn)行綜合控制 客車 儀表從傳統(tǒng)的機(jī)械式或電子式儀表發(fā)展為多用途 智能化數(shù)字儀表 不但可以很 精確地把客車上所有的待測(cè)量都顯示結(jié)果 而且還有運(yùn)算 判斷 預(yù)測(cè)和引導(dǎo)等 山東大學(xué)碩十論文 功能 如可監(jiān)視汽車各大部件的工作情況 還可以對(duì)蓄電池電壓 輪胎氣壓 車 速等檢測(cè)量的高低限量進(jìn)行報(bào)警 1 2 2 客車電子控制趨于網(wǎng)絡(luò)化 在客車上應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 一是減少線束 二是提高傳輸速度 實(shí)現(xiàn)信息共享 從而達(dá)到提高客車綜合性能的目的 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基礎(chǔ)上 開 發(fā)各種應(yīng)用于客車環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和設(shè)備 組建汽車內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò) 是現(xiàn)代汽 車發(fā)展的重要趨勢(shì) 1 3 1 3 由獨(dú)立控制系統(tǒng)推向綜合控制系統(tǒng) 基于產(chǎn)品發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況 客車上裝的多屬獨(dú)立的控制系統(tǒng) 不同的車型用 不同的控制系統(tǒng) 從發(fā)展的眼光考慮生產(chǎn)廠家及用戶的各方面利益 將獨(dú)立的控 制系統(tǒng)推向綜合控制系統(tǒng)勢(shì)在必行 當(dāng)今 在硬件及軟件的研制方面 已具備一 定條件實(shí)現(xiàn)汽車各種性能的綜合控制 1 4 1 1 3 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 國外早在2 0 世紀(jì)8 0 年代就積極開展了車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究及應(yīng)用工作 a u d i b m w m o t o r o l a 和v o l v o 等公司和部門成立了l i n l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k 聯(lián) 合體 l r nc o n s o r t i u m 陸續(xù)發(fā)行了l i n l 0 l i n l 1 l i n l 2 三種版本 l5 1 r o b e r t b o s c h 公司于1 9 8 6 年提出了c a n 并于2 0 0 0 年開發(fā)了支持時(shí)間觸發(fā)的協(xié)議 t t c a n t l 6 1 9 1 i s o 于1 9 9 3 年1 2 月出版了c a n 的國際標(biāo)準(zhǔn)i s 0 1 8 9 8 目前c a n 協(xié)議規(guī) 范為c a n 2 o 版本 b m w m o t o r o l a 和b o s c h 等幾大汽車公司和半導(dǎo)體元件公司成 立t f l e x r a y 共同體 f l e x r a yc o n s o r t i u m 為車上應(yīng)用系統(tǒng)高層網(wǎng)絡(luò)和線控系統(tǒng)開 發(fā)通信協(xié)議 建立了f l e x r a y 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 2 0 1 并且組織開發(fā)了一系列適合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 軟硬件 b y t e f l i g h t t 2 1 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是由m o t o r o l a e l m o s 以及i x x a t 等公司提 出的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)議 目的是滿足汽車系統(tǒng)需求的高速安全網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) b m w d a i m l e r c h r y s l e r 和o a s i ss i l i c o ns y s t e m s 等公司于1 9 9 8 年建立了在汽車上推廣使用 m o s t m e d i ao r i e n t e ds y s t e m st r a n s p o r t 硐標(biāo)準(zhǔn)的合作機(jī)構(gòu) 歐洲 美國和日本等 發(fā)達(dá)國家已經(jīng)將汽車網(wǎng)絡(luò)作為車輛必須采用的裝置 奔馳 寶馬 大眾 沃爾沃 4 第1 蘋緒論 及雷諾汽車都將網(wǎng)絡(luò)作為電子控制器連接的手段 第5 9 屆德國國際商用汽車展上 包括e x o d u s m a n s c a n i a v o l v o 等世界著名的汽車生產(chǎn)商展出的汽車產(chǎn)品 都裝備了汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 在我國的汽車市場(chǎng)中 奧迪a 4 寶來 p o l o 東風(fēng)標(biāo)致 3 0 7 賽納 雪鐵龍c s 等汽車中采用c a n 連接了部分電子控制單元 以提高其性能 北方奔馳汽車制造 煙臺(tái) 有限公司引進(jìn)美國卡特比勒發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上 在n d 6 1 2 0 s 汽車上初步應(yīng)用c a n 總線技術(shù) 2 3 1 早在2 0 世紀(jì)9 0 年代中期美國汽車工程師協(xié)會(huì) s a e 根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度 信息 量 必要的動(dòng)作響應(yīng)速度 可靠性要求等將汽車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由低到高劃分為a 級(jí) b 級(jí) c 級(jí)網(wǎng)絡(luò) 1 3 如表卜l 所示 表1 一ls a e 定義的汽車網(wǎng)絡(luò) 在a 類網(wǎng)絡(luò)中 u a r t 的應(yīng)用逐漸減少 而l i n 協(xié)議將會(huì)成為主流協(xié)議 b 類網(wǎng) 絡(luò)中的主流協(xié)議將是低速c a n s a ej 1 8 5 0 和v a n 等協(xié)議 其中c a n 最為突出 c 類網(wǎng)絡(luò)的主流協(xié)議有高速c a n i s 0 11 8 9 8 2 和正在發(fā)展中的t t c a n t t p t m c t 2 4 和f l e x r a y 局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) l r n l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k 是一個(gè)汽車低端網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 它 采用s c i u a r t 等通用硬件接口 輔以相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序 因此適用面較廣 且成 本低廉 配置靈活 而且采用l i n 網(wǎng)絡(luò)能夠提高汽車上分層多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的性能 降低汽車電子控制裝置開發(fā) 生產(chǎn)以及診斷服務(wù)的成本 l i n 將自身定位為c a n 等 5 山東大學(xué)碩十論文 主流總線的輔助總線 主要用于低速的車身電器控制 它已經(jīng)廣泛地被世界上大 多數(shù)汽車公司以及零部件廠商所接受 有望成為a 類網(wǎng)絡(luò)中的世界標(biāo)準(zhǔn) t t p a 是由t t t e c h 公司擁有的a 級(jí)汽車網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn) 它的應(yīng)用目標(biāo)與l i n 基本一 致 它是基于時(shí)間觸發(fā)訪問方式的協(xié)議 使用不同的物理層 數(shù)據(jù)傳輸速度可在 很大范圍內(nèi)選擇 j 1 8 5 0 最初就是由美國的汽車公司f o r d g m 和c h r y s l e r 提出的 他們很多車型采用3 1 8 5 0 作為b 級(jí)網(wǎng)絡(luò)使用 但是 f o r d 采用的j 1 8 5 0 標(biāo)準(zhǔn) 其物理 層與g m 和c h r y s l e r 公司使用的不同 而g m 和c h r y s l e r 公司在相同物理層上又使用 不同的數(shù)據(jù)幀格式 并且三個(gè)公司使用各自的消息協(xié)議 t t p c 和f l e x r a y 是以線控系統(tǒng)為主要應(yīng)用目標(biāo)的c 級(jí)汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 相關(guān)的支 撐元器件 應(yīng)用系統(tǒng)以及開發(fā)測(cè)試工具等 都處于初期研制階段 在未來的線控 系統(tǒng)中哪一種系統(tǒng)會(huì)具有生命力尚難定論 m o s t 和d 2 b 是由媒體領(lǐng)域引入的標(biāo)準(zhǔn) 由于媒體信息音像的傳輸數(shù)據(jù)量大 所以比車上控制網(wǎng)絡(luò)要求更高的傳輸速度 寬帶 一般要求光纖或同軸電纜作為物 理層媒介 無線局部網(wǎng)絡(luò)在汽車控制系統(tǒng)或媒體系統(tǒng)中的應(yīng)用只有些探索性工作 由b o s c h 公司提出的c a n 標(biāo)準(zhǔn)最早在歐洲汽車上被廣泛采用 后來包括美國 日本的汽車公司也適用它作為b 級(jí)或c 級(jí)汽車網(wǎng)絡(luò) 它是一種多主總線 通信介質(zhì) 可以是雙絞線 同軸電纜或光纖 通信速率可達(dá)1 m b p s c a n 總線憑借其突出的可 靠性 實(shí)時(shí)性和靈活性成為b 類總線中的主流協(xié)議 本文采用的s a ej 1 9 3 9 協(xié)議是 一種應(yīng)用于汽車的c a n 應(yīng)用層協(xié)議 它基于c a n 擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀格式 傳輸速率為 2 5 0 k b p s 1 4 本課題研究的意義 解決現(xiàn)代客車電子控制系統(tǒng)面臨問題的目標(biāo)就是要改變傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制的 通信方式 集中檢測(cè) 控制電器信息 實(shí)現(xiàn)各控制單元信息共享 以及大量信息 的數(shù)字儀表顯示 c a n 總線作為專用車載總線 能夠?qū)崿F(xiàn)信息在不同電子控制單 元間共享 簡(jiǎn)化傳輸導(dǎo)線數(shù)量 體積與重量 為客車提供更多的空間 提高安裝 檢修能力 中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)j t t 3 2 5 2 0 0 4 營運(yùn)客車類型劃分及等級(jí) 6 第1 章緒論 評(píng)定 2 5 1 中要求在高二級(jí)以上的客車底盤動(dòng)力總成間采用c a n 總線 信息共享帶 來大量信息需要實(shí)時(shí)的數(shù)字儀表顯示 使駕駛員能及時(shí)了解客車的狀態(tài)信息 集 中處理改變常規(guī)的布線方式 減少控制線束 易于互換 本課題研究基于s a ej 1 9 3 9 客車運(yùn)控系統(tǒng)具有以下的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值 1 有利于解決客車電子控制所存在的主要問題 如前所述 常規(guī)客車布線與電子控制方式已不適應(yīng)客車e c u 日益增多 信息 交流日益廣泛 e c u 協(xié)同工作日益突出的現(xiàn)狀 網(wǎng)絡(luò)控制在客車電子控制系統(tǒng)中 的作用越來越重要 它已不僅僅是解決客車電子化中出現(xiàn)的線路復(fù)雜和線束增加 問題的手段 其通信和資源共享能力是新的電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)在客車上應(yīng)用的一 個(gè)基礎(chǔ) 是車上信息與控制系統(tǒng)的支撐 2 有利于推動(dòng)我國客車車載網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身具有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)依賴的特點(diǎn) 客車中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多樣性必然要求形 成和采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 并與客車電控產(chǎn)業(yè)合作 這種標(biāo)準(zhǔn)化有利于不同部件或裝置 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的集成 也有利于設(shè)計(jì)的可操作性 設(shè)計(jì)時(shí)可以為尚未存在的裝置 或可替代的裝置留出接口 最明顯的是客車軟件接口 現(xiàn)在車上嵌入系統(tǒng)硬件的水 平足以支持相對(duì)獨(dú)立的軟件 應(yīng)當(dāng)把這些軟件看作為一種車上的部件或總成 這 種標(biāo)準(zhǔn)化即所謂的開放結(jié)構(gòu) o p e n a r c l l i t e 嘰鵬 2 6 1 3 促使客車產(chǎn)業(yè)鏈的變革 采用汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有利于提升企業(yè)技術(shù)水平 提高產(chǎn)品技術(shù)含量 占領(lǐng)市場(chǎng) 份額 網(wǎng)絡(luò)化控制取代傳統(tǒng)控制方式后 應(yīng)用于常規(guī)客車控制方式的部分電器 如 繼電器 將被取消 可以通過軟件代替硬件功能 如電子閃光器 2 3 l 本課題的研究工作 順應(yīng)國家大力發(fā)展汽車電子的科技政策 在理論 技術(shù) 和應(yīng)用上都具有十分重要的意義 1 5 本課題主要研究內(nèi)容 本課題采用了微處理器嵌入技術(shù) 對(duì)客車控制系統(tǒng)中的各個(gè)測(cè)控單元進(jìn)行數(shù) 字化改造 使之成為數(shù)字化的儀表模塊和集中測(cè)控的i o 模塊 并同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)通 7 山東大學(xué)碩士論文 信能力 從而為客車網(wǎng)絡(luò)化控制做好準(zhǔn)備 利用c a n 總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)客車控制系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化 將客車所有模塊連接起來 在j 1 9 3 9 協(xié)議支持下形成一個(gè)有機(jī)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)制 系統(tǒng) 1 本課題的主要研究內(nèi)容包括 1 研究和分析c a n 總線技術(shù)及j 1 9 3 9 協(xié)議 以客車電器為控制對(duì)象 j 1 9 3 9 為 通信標(biāo)準(zhǔn) 按照根據(jù)幾何位置靠近 功能相似 性能要求基本一致的原則劃分輸 入輸出模塊 進(jìn)行數(shù)字化的組合儀表顯示 采用c a n 總線構(gòu)建客車運(yùn)控系統(tǒng) 2 組合儀表設(shè)計(jì) 分析組合儀表功能和工作原理 設(shè)計(jì)基于s a ej 19 3 9 協(xié)議 的c a n 通訊接口 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) l c d 顯示等儀表硬件結(jié)構(gòu) 并采用結(jié)構(gòu)化 模 塊化的程序設(shè)計(jì)方法 以實(shí)現(xiàn)數(shù)字儀表功能和c a n 總線通訊 3 i o 模塊設(shè)計(jì) 分析i o 模塊的功能結(jié)構(gòu)和工作原理 設(shè)計(jì)基于s a ej 1 9 3 9 協(xié) 議的c a n 通訊接口 狀態(tài)量輸入模塊 功率驅(qū)動(dòng)模塊等i o 模塊硬件結(jié)構(gòu) 并采 用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法 以實(shí)現(xiàn)客車電器信息的集中采集 控制以及c a n 總線 通訊 4 在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上 進(jìn)行程序調(diào)試與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 初步實(shí)現(xiàn)了基于c a n 總線的 客車運(yùn)控系統(tǒng)的綜合性能測(cè)試 2 本論文主要工作 本論文的主要任務(wù)之一就是通過查閱大量的資料 了解汽車電子控制系統(tǒng)的 發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 在了解汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上 深入研究了c a n 總線技術(shù) 及j 1 9 3 9 協(xié)議 為具體應(yīng)用奠定良好的理論基礎(chǔ) 另一個(gè)主要任務(wù)是建立了一個(gè)功 能比較完善的電器運(yùn)控系統(tǒng) 包括數(shù)字儀表總成設(shè)計(jì)與前 后部輸入輸出模塊設(shè) 計(jì) 對(duì)所開發(fā)的模塊功能進(jìn)行初步的模擬測(cè)試 為今后深入研究開發(fā)與系統(tǒng)擴(kuò)展 做好必要的準(zhǔn)備 這其中包括大量的外文資料收集 查閱和消化工作 系統(tǒng)的軟 硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試工作 本論文的主要結(jié)構(gòu)如下 1 基于c a n 總線的客車運(yùn)控系統(tǒng) 2 組合儀表設(shè)計(jì) 3 i o 模塊設(shè)計(jì) 8 第1 章緒論 4 程序調(diào)試與模擬實(shí)驗(yàn) 5 結(jié)論與展望 1 6 本章小結(jié) 本章首先闡述了本課題的研究背景 重點(diǎn)介紹客車電子控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢(shì) 并概述了車輛網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 接著介紹了本課題的意義 最 后說明了課題研究內(nèi)容和論文的主要工作及結(jié)構(gòu) 9 第2 章基于c a n 總線的客車運(yùn)控系統(tǒng) 第2 章基于c a n 總線的客車運(yùn)控系統(tǒng) 控制器局域網(wǎng) c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k c a n 總線最初是由德i 虱b o s c h 公司為 解決汽車監(jiān)控系統(tǒng)中的諸多復(fù)雜技術(shù)和難題而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)通信協(xié)議 屬于總 線式串行通信網(wǎng)絡(luò) 本文設(shè)計(jì)的客車運(yùn)控系統(tǒng)是基于c a n 總線 并采用j 1 9 3 9 作為 通訊協(xié)議 2 1 汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 汽車網(wǎng)絡(luò)控制是研究如何利用總線數(shù)據(jù)通信原理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代汽車中各個(gè)獨(dú)立電 子系統(tǒng)和裝置間控制信息傳遞通道的簡(jiǎn)潔互連 實(shí)時(shí) 可靠的數(shù)據(jù)交換及綜合協(xié) 調(diào)控制的一門最新技術(shù) 它是以科學(xué) 合理的數(shù)據(jù)通信協(xié)議及支持這樣協(xié)議的大 規(guī)模集成電路器件為基礎(chǔ)的 和其他控制現(xiàn)場(chǎng)相比 汽車內(nèi)溫度變化范圍大 一 般為一4 0 8 0 攝氏度 電磁干擾和其它電子噪聲強(qiáng) 環(huán)境極其惡劣 因此網(wǎng)絡(luò)在車 內(nèi)運(yùn)行的可靠性尤為重要 這不但體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自身的容錯(cuò)能力和抗干擾能力 上 而且也體現(xiàn)在信號(hào)的編碼方式和傳輸方式上 汽車局域網(wǎng)無一例外地都采用 了同步串行傳輸方式 數(shù)據(jù)信號(hào)多采用p w m v p w 和n r z 編碼 汽車控制局域網(wǎng)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線類網(wǎng)絡(luò) 是在汽車電子控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向 串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng) 為開放式 數(shù)字化 多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò) 對(duì) 于任何遵循上述協(xié)議的供應(yīng)商所生產(chǎn)的控制單元都可輕易添加入該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中或 者從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中拆出 系統(tǒng)幾乎不需要做任何硬件和軟件的修改 這完全符合現(xiàn) 代汽車平臺(tái)式設(shè)計(jì)的理念 2 7 1 再者 汽車內(nèi)的e c u 之間的數(shù)據(jù)傳輸頻率是變化的 在一個(gè)完善的汽車電子 控制系統(tǒng)中 許多動(dòng)態(tài)信息必須與車速同步 為了滿足各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求 有必要對(duì)汽車公共數(shù)據(jù)實(shí)行共享 如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 車輪轉(zhuǎn)速 加速踏板位置等 但每個(gè)控制單元對(duì)實(shí)時(shí)性的要求是因數(shù)據(jù)的更新速率和控制周期不同而不同的 這就要求其數(shù)據(jù)交換網(wǎng)是基于優(yōu)先權(quán)競(jìng)爭(zhēng)的模式 且本身具有極高的通信速率 山東大學(xué)碩士論文 c a n 總線正是為滿足這些要求而設(shè)計(jì)的 2 2c a n 總線技術(shù) 2 2 1c a n 總線 2 0 世紀(jì)8 0 年代 德國b o s c h 公司最初為汽車監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了c a n 總線 在1 9 9 1 年b o s c h 公司制定并發(fā)布了c a n 技術(shù)規(guī)范 該技術(shù)規(guī)范包括a 和b 兩部分 2 0 a 給出了c a n 的報(bào)文格式 2 o b 給出了標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展的兩種報(bào)文格式 1 9 9 3 年i s o 正式頒布t c a n 國際標(biāo)準(zhǔn)0 s o l l 8 9 8 隨著c a n 總線國際標(biāo)準(zhǔn)的形成 其應(yīng)用范圍 目前不僅局限于汽車行業(yè) 推廣到了機(jī)械工業(yè) 紡織機(jī)械 農(nóng)用機(jī)械 機(jī)器人 數(shù)控機(jī)床 醫(yī)療機(jī)械 家用電器等領(lǐng)域 c a n 協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型基礎(chǔ)上的 由于c a n 的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 又是范圍較小的局域網(wǎng) 故模型結(jié)構(gòu)只取了o s i 的2 層 物理層和 數(shù)據(jù)鏈路層 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層次少 有利于系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制信號(hào)的傳輸 c a n 總線位的數(shù)值表示 c a n 總線上用 顯性 和 隱性 兩個(gè)互補(bǔ)的邏輯 值表示0 和1 當(dāng)在c a n 總線上出現(xiàn)同時(shí)發(fā)送顯性和隱性位時(shí) 其結(jié)果是總線數(shù)值 為顯性 圖2 1 所示v c a n h 和v c a v l 為c a n 總線收發(fā)器與總線之間的兩接口引腳 信號(hào)是以兩線之間的差分電壓形式出現(xiàn) 2 引 v 圖2 一l 總線位數(shù)值表示 c a n 總線任意兩節(jié)點(diǎn)之間的最大傳輸距離與其速率有關(guān) 表2 1 y i j 舉了相關(guān)的 數(shù)據(jù) 1 2 第2 章基于c a n 總線的客車運(yùn)控系統(tǒng) 表2 1c a n 總線任意兩節(jié)點(diǎn)的通信距離 2 2 2c a n 總線的特點(diǎn) c a n 屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò) 由于采用了許多新技術(shù) 與一般的通信總線 網(wǎng)絡(luò)相比 其特點(diǎn)概括如下 2 8 1 c a n 的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性 實(shí)時(shí)性和靈活性 2 c a n 是到目前為止惟一具有國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線 3 c a n 為多主方式工作 網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)的向網(wǎng)絡(luò)上 其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息 而不分主從 通訊方式靈活 且無須站地址等節(jié)點(diǎn)信息 4 在報(bào)文符號(hào)上 c a n 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)分成不同的優(yōu)先級(jí) 可滿足不同的實(shí)時(shí) 要求 高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)最多可在1 3 4 1 x s l 內(nèi)得到傳輸 5 c a n 采用非破壞總線仲裁技術(shù) 當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送信息時(shí) 優(yōu)先 級(jí)較低的節(jié)點(diǎn)會(huì)主動(dòng)地退出發(fā)送 而高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù) 從而大大節(jié)省了總線沖突仲裁時(shí)間 尤其是在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重的情況下也不會(huì)出現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)癱瘓現(xiàn)象 6 c a n 節(jié)點(diǎn)只需要通過報(bào)文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)及全局廣播等 幾種方式傳送接收數(shù)據(jù) 7 c a n 的直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)至u 1 0 k m 速度5 k b p s 以下 通信速率最高可達(dá) 1 m b p s 此時(shí)最長距離為4 0 m 8 c a n 上的節(jié)點(diǎn)數(shù)主要取決于總線驅(qū)動(dòng)電路 目前可達(dá)1 1 0 個(gè) 報(bào)文標(biāo)識(shí)符 有1 1 位 而擴(kuò)展幀的報(bào)文標(biāo)識(shí)符 2 9 位 幾乎不受限制 9 c a n 總線報(bào)文采用短幀結(jié)構(gòu) 傳輸時(shí)間短 受干擾概率低 保證了數(shù)據(jù)出 錯(cuò)率低 1o c a n 的每幀信息都有c r c 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施 具有極好的檢錯(cuò)效果 11 c a n 的通訊介質(zhì)為雙絞線 具有極高的總線利用率且成本低廉 山東大學(xué)碩士論文 1 2 c a n 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能 以使總線上其他 節(jié)點(diǎn)的操作不受影響 1 3 c a n 總線可根據(jù)報(bào)文的i d 決定接收或屏蔽該報(bào)文 發(fā)送的信息遭到破壞 后 可自動(dòng)重發(fā) 1 4 c a n 總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 器件容易購置 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)格較低 而且開發(fā)技 術(shù)容易掌握 能充分用現(xiàn)有片開發(fā)工具 c a n 協(xié)議也是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型基礎(chǔ)上的 不過 其 模型結(jié)構(gòu)只有3 層 即只取o s i 底層的物理層 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層 由于c a n 的 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 又是范圍較小的局域網(wǎng) 因此不需要其他中間層 應(yīng)用層數(shù)據(jù)直 接取自數(shù)據(jù)鏈路層或直接向鏈路層寫數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)層次少 有利于系統(tǒng)中實(shí)時(shí)控制 信號(hào)的傳送 總之 c a n 總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng) 可靠性高 通信速率快 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 互操作 性好 總線協(xié)議具有完善的錯(cuò)誤處理機(jī)制 靈活性高和價(jià)格低廉等特點(diǎn) 2 2 3c a n 總線的分層結(jié)構(gòu) c a n 協(xié)議是建立在國際標(biāo)準(zhǔn)組織的開放系統(tǒng)互連模型 i s o o s i 基礎(chǔ)上的 考 慮到現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用特點(diǎn) c a n 協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由 i s o o s i 七層中的物 理層 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層組成 2 8 1 c a n 協(xié)議為解決現(xiàn)代汽車中眾多控制單元 測(cè)試儀器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行通信協(xié)議 經(jīng)多次修訂 現(xiàn)已形 成技術(shù)規(guī)范2 o 版本 該版本包括2 0 a 和2 0 b 兩部分 在c a n 技術(shù)規(guī)范2 0 a 中 網(wǎng)絡(luò)被劃分為目標(biāo)層 傳輸層和物理層三層 節(jié)點(diǎn) 的分層結(jié)構(gòu)和功能如圖2 2 a 所示 目標(biāo)層和傳輸層包括了由i s o o s i 模型定義的 數(shù)據(jù)鏈路層的所有服務(wù)和功能 按i s o o s i 參考模型層次定義 這兩層應(yīng)被劃分為 數(shù)據(jù)鏈路層范圍 目標(biāo)層的功能包括 1 確認(rèn)哪個(gè)信息是要發(fā)送的 2 確認(rèn)哪個(gè)傳輸層接收到了信息 3 為應(yīng)用層提供接口 1 4 第2 蘋基于c a n 總線的客車運(yùn)控系統(tǒng) 在目標(biāo)處理方面 c a n 提供很大的自由 傳輸層的功能范圍包括 1 幀組織 2 總線仲裁 3 檢錯(cuò) 錯(cuò)誤報(bào)告 錯(cuò)誤處理 物理層是將e c u 連接至總線的物理實(shí)現(xiàn) e c u 的總數(shù)將受限于總線上的電氣 負(fù)載 c a n 2 0 b 嚴(yán)格遵循i s o o s t 參考模型 節(jié)點(diǎn)的分層結(jié)構(gòu)和功能如圖2 2 b 所 示 將c a n 分為數(shù)據(jù)鏈路層和物理層 其中數(shù)據(jù)鏈路層又被劃分為邏輯鏈路控制 子層 l l c l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 和媒體訪問控制子層 m a c m e d i u ma c c e s s c o n t r 0 1 這兩層的功能分別與2 o a 中的目標(biāo)層以及傳輸層功能相對(duì)應(yīng) 2 9 應(yīng)用層 目標(biāo)層 報(bào)文濾波 報(bào)文和狀態(tài)處理 傳輸層 故障鑒定 錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)與標(biāo)定 報(bào)文確認(rèn) 接收應(yīng)答 總線總裁 報(bào)文幀處理 傳輸速率與定時(shí) 物理層 信號(hào)電平和位表示 傳輸介質(zhì) 數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路控制子層 接收濾波 超載報(bào)告 恢復(fù)管理 媒體訪問控制子層 數(shù)據(jù)封裝與拆裝 幀編碼 媒體訪問管理 錯(cuò)誤檢測(cè) 錯(cuò)誤標(biāo)定 接收應(yīng)答 串行化 解除 物理層 位編碼 解碼 位定時(shí) 同步 驅(qū)動(dòng)器 接收器特性 監(jiān)控器 故障界定 總線故障界 定 a b 圖2 2c a n 的分層結(jié)構(gòu) 1 數(shù)據(jù)鏈路控制子層l l c l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 涉及報(bào)文濾波 過載通知 以 及恢復(fù)管理 2 媒體訪問控制子層m a c m e d i u m a c c e s sc o n t r 0 1 是c a n 協(xié)議的核心 它把 接收到的報(bào)文提供給l l c 子層 并接收來自l l c 子層的報(bào)文 m a c 子層負(fù)責(zé)報(bào)文 1 5 山東大學(xué)碩十論文 的分幀 仲裁 應(yīng)答 錯(cuò)誤檢測(cè)和標(biāo)定 m a c 子層也受一個(gè)名為 故障界定 f a u l t c o n f i n e m e n t 的管理實(shí)體監(jiān)管 此故障界定為自檢機(jī)制 以便把永久故障和短時(shí)擾 動(dòng)區(qū)別開來 s a e 的貨車客車控制和通信網(wǎng)絡(luò)小組委員會(huì)投票通過了將c a n 協(xié)議作為c 類 數(shù)據(jù)交換網(wǎng)應(yīng)用于客車 貨車 農(nóng)業(yè)及建筑等 并形成s a ej 1 9 3 9 標(biāo)準(zhǔn) 2 3s a ej 1 9 3 9 協(xié)議 2 3 1s a ej 1 9 3 9 簡(jiǎn)介 由s a e 卡車和公共客車電子及電子學(xué)委員會(huì)發(fā)起的s a e 卡車和公共客車控制 及通信網(wǎng)絡(luò)小組委員會(huì)開發(fā)出s a er e c o m m e n d e dp r a c t i c e s 系列 這個(gè)小組委員會(huì) 的目標(biāo)是開發(fā)信息報(bào)文 推薦技術(shù)和一些標(biāo)準(zhǔn) 它們與在汽車組件之間傳輸電子 信號(hào)和控制信息的設(shè)備的需求 設(shè)計(jì)和使用密切相關(guān) 這些s a e 推薦技術(shù)旨在開放 或封閉路面上的輕 重型汽車 還包括使用源于組件 比如 發(fā)電機(jī)設(shè)備 的汽車的 適合的固定應(yīng)用 汽車行業(yè)不只局限于開放或封閉公路上的卡車和客車 還包括 建筑設(shè)備 農(nóng)業(yè)設(shè)備以及器具 本設(shè)計(jì)使用的是s a e 推薦技術(shù)中的路面車