基于CAN的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計（論文）word格式

1、目錄 摘 要 .i abstract .ii 1 緒論 .1 1.1 課題研究背景.1 1.2 課題研究現(xiàn)狀及意義.2 1.3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)簡介 .3 1.4 本文課題支撐和主要研究內(nèi)容.4 1.4.1 本文的課題支撐.4 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容.5 2 can 總線技術(shù)分析.6 2.1 can 總線協(xié)議概述 .6 2.2 can 總線技術(shù)與常規(guī)布線技術(shù)比較 .6 2.2.1 常規(guī)布線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn).6 2.2.2 can 總線技術(shù)的特點(diǎn) .7 2.3 can 總線的分層結(jié)構(gòu)及功能 .8 2.4 can 總線的報文 .9 3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)總體

2、方案.12 3.1 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)功能需求分析 .12 3.2 系統(tǒng)構(gòu)建方法.14 3.3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) .14 3.3.1 系統(tǒng)通信協(xié)議.14 3.3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).15 4 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)信號采集裝置硬件設(shè)計.17 4.1 硬件設(shè)計平臺.17 4.2 硬件總體結(jié)構(gòu).17 4.3 蓄電池電量檢測電路.18 4.3.1 ne555 芯片介紹.18 4.3.2 蓄電池電量檢測電路設(shè)計.19 4.4 開關(guān)信號處理電路.20 4.4.1 芯片 4n25 介紹.20 4.4.2 開關(guān)信號處理電路設(shè)計.20 4.5

3、模擬信號處理電路.21 4.5.1 芯片 mc912dp512 介紹.21 4.5.2 模擬信號處理電路設(shè)計.23 4.6 脈沖信號處理電路.23 4.6.1 芯片 6n137 介紹.23 4.6.2 脈沖信號處理電路設(shè)計.24 5 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)信號采集裝置軟件設(shè)計.26 5.1 軟件開發(fā)平臺簡介.26 5.2 主程序流程圖.26 5.3 基于 can 的汽車怠速自動啟停裝置軟件初始化 .27 5.3.1 pll 初始化.27 5.3.2 ect 初始化.28 5.3.3 累加器初始化.29 5.4 報文發(fā)送.30 5.5 車速信號采集程序.31 5.6 系統(tǒng)試驗(yàn)平臺建

4、立與性能分析.31 6 總結(jié)與展望 .33 6.1 全文總結(jié).33 6.2 研究展望.33 參考文獻(xiàn).35 附錄.37 致 謝 .40 摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)呈現(xiàn)出空前繁榮的景象。據(jù)相關(guān)人員 保守估計，到 2015 年我國汽車保有量至少達(dá)到 1.5 億，這將會加劇交通擁堵狀 況，提高汽車消耗的能量，增加汽車排放的污染物。而當(dāng)汽車遇到紅燈、堵塞、 臨時停車等路況時，汽車處于怠速狀態(tài)，此時往往是燃料消耗和污染物排放量 最為嚴(yán)重的工況。 基于 can（controller area network，控制器局域網(wǎng)）的汽車怠速自動啟停 系統(tǒng)是以 can 總線為信息共享和傳輸通道，基于汽

5、車各 ecu（electronic control unit，電子控制單元）和電器裝置的信息集成，綜合利用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、 嵌入式技術(shù)、傳感檢測技術(shù)和智能控制技術(shù)等，研究并設(shè)計了基于 can 的汽 車怠速自動啟停系統(tǒng)。該系統(tǒng)可在由于擁堵或紅燈等路況而引起臨時停車時， 根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)自動停止發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到節(jié)能減排的目的，并根據(jù)駕駛 員動作信息，快速啟動發(fā)動機(jī)，為車輛再次行進(jìn)提供動力。本文主要研究工作 如下： （1）了解 can 總線相關(guān)技術(shù)，對比 can 總線技術(shù)與常規(guī)布線技術(shù)，研 究 can 總線報文結(jié)構(gòu)。 （2）設(shè)計基于信號采集系統(tǒng)硬件電路，其中，硬件電路以 mc9s12dp512 微處

6、理器為核心，需要設(shè)計的信號處理電路有：蓄電池監(jiān)測電路、開關(guān)信號處 理電路、模擬信號處理電路、脈沖信號處理電路。 （3）設(shè)計信號采集系統(tǒng)的軟件部分，畫出軟件流程圖，并基于 freescale 的 code warrior 軟件，用 c 語言編寫軟件程序，軟件主要包括各個工作模塊的 初始化、報文發(fā)送和車速信號的采集。 （4）構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺，測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：自動啟停系統(tǒng)；信號采集裝置；mc9s12dp512；codewarrior abstract as the economy of our country develops so fast, the industry of automobil

7、e shows the scenes of unprecedented prosperity.according to the conservative estimates of concerned people, there will be at least 150 millon cars in 2015, which in turn will lead to more traffic jams，more energy comsumption and more vehicle emissions.when facing with the circumstances of red light,

8、 traffic jams or emergency parking，the cars are in the idle state, and this time is always the conditions when fuel consumption and pollutant emissions reached the peak. the can-based vehicle automatic start-stop system takes the can(controller area network) bus as the channel of sharing and traspor

9、ting information.the system is based on the ecu(electronic control unit) of vehicles and the information integration of electrical installation, and it makes full use of the technology of car network，the technology of embedded, the technology of the sensor detection, the technology of intelligent co

10、ntrolling and so on.the system have researched on and designed the can-based vehicle automatic start-stop system.it can lead to the temporary parking when it is crowed or the lights turn to red.and it can stop the engine automatically according to the state of the vehicle in order to get the effect

11、of energy saving.also it can start the engine quickly on the basis of the action of the driver so as to providing the driving power for the vehicle.the main works of this dissertation are as follows: （1）the related technologies of the can bus should be understood,the technologies differences between

12、 the can bus and the conventional wiring have been compared and we have rearched on the message sructure of the can bus. （2）the hardware circuit of the signal acquisition system has been designed,which mainly contains four parts:the battery monitoring circuit;the switch signal processing circuit;the

13、 analog signal processing circuit and the pulse signal processing circuit.the core device of these circuits is the microprocessor mc9s12dp512. （3）the software of the signal acquisition system has been designed and the software flow chart has been drawed.the program was written with c langugage which

14、 based on the freescales code warrior.the initialzation ，the sending of the message and the signal acquisition of the speed are included. （4）a test platform should be built to test the laboratory system. keywords: automatic start-stop system; information acquisition device; mc9s12dp512; code warrior

15、 1 緒論 1.1 課題研究背景 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國城市化進(jìn)程加快，使得城市汽車擁有量快速增 長，導(dǎo)致城市交通擁堵狀況加劇，能源消耗上升，汽車排放造成的空氣污染在 城市大氣污染中的比例越來越高。據(jù)相關(guān)報道，機(jī)動車在給人們帶來交通便捷 的同時，也帶來許多危害人類健康的環(huán)境難題，有些環(huán)境問題甚至引起災(zāi)難性 事件。 英國報刊曾在一篇題為毒霧籠罩北京一文中說，由于車輛增加速度過 快以及低劣的汽油質(zhì)量，北京市成為全球機(jī)動車尾氣污染最嚴(yán)重的城市之一。 上海市的機(jī)動車總量雖然只相當(dāng)于日本東京的 1/12，但空氣中主要由機(jī)動車排 放的 co、hc 和 nox 的總量卻基本相同。廣州市空氣污染的主要污染來

16、源是： 機(jī)動車尾氣占 22，被市民評為“最不可忍受的污染物”。我國第一批環(huán)保模范 城的深圳市，大氣污染中機(jī)動車尾氣污染已占 70，每年排放的各種有害物質(zhì) 達(dá) 20 多萬噸，并且還在以每年超過 20的速度上升1。 鑒于上述嚴(yán)峻的環(huán)境形勢，治理或減少汽車尾氣排放量這一任務(wù)迫在眉睫。 而汽車在紅燈、堵塞、臨時停車等路況時處于怠速狀態(tài)，此時往往是燃料消耗 和污染物排放最為嚴(yán)重的工況。汽車怠速時不僅消耗了燃料，且 nox 和 co 的 排放量都比正常工況高出很多，增加了污染與排放；同時，電氣系統(tǒng)的供電由 蓄電池提供，因此會對蓄電池造成損害，怠速時間過久還會造成蓄電池電量不 足，影響其壽命。調(diào)查表明，在城

17、市行車過程中，汽車怠速時間占整個行車時 間的 22%，以北京市目前的汽車保有量計算，堵車時汽車怠速 1 小時所造成的 損失就高達(dá) 2000 萬元。就武漢市而言，2010 年汽車保有量已經(jīng)超過了 100 萬 輛，等待紅綠燈的平均時間早已超過了 30 秒，有的甚至達(dá)數(shù)分鐘，而大多數(shù) 司機(jī)都采取怠速等待。 據(jù)理論分析，火花塞點(diǎn)火發(fā)動機(jī)燃燒過程中，暖機(jī)啟動消耗的燃料僅相當(dāng) 于發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn) 0.7 秒，因此汽車停止時間只要高于 1 秒，就應(yīng)當(dāng)讓發(fā)動機(jī) 熄火，以降低燃料消耗與排放，保護(hù)環(huán)境，而多數(shù)駕駛員并沒有此操作習(xí)慣2。 因此，汽車怠速自動啟停系統(tǒng)非常適合在道路擁堵及等待紅燈狀態(tài)下使用，以 減少堵車和

18、路口等紅燈時因發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)而造成的油耗損失和排放。 1.2 課題研究現(xiàn)狀及意義 can（controller area network，控制器局域網(wǎng)）總線作為一種可靠的汽車 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線已開始在先進(jìn)的汽車上得到應(yīng)用，使得各汽車 ecu（electronic control unit，電子控制單元）能夠通過 can 總線所共享所有的信息和資源， 達(dá)到簡化布線、減少傳感器數(shù)量、避免控制功能重復(fù)、提高系統(tǒng)可靠性和可維 護(hù)性、降低成本、更好地匹配和協(xié)調(diào)各個控制系統(tǒng)的目的。這樣使得汽車的動 力性、安全性、操作穩(wěn)定性都上升到新的高度。 技術(shù)的先進(jìn)性是 can 總線在汽車上應(yīng)用的最大動力，也是各個汽車生

19、產(chǎn) 廠商競相應(yīng)用 can 總線的主要原因。在現(xiàn)代轎車的設(shè)計中，can 已經(jīng)成為必 須采用的裝置，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾等汽車都采用了 can 作為 控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。據(jù)相關(guān)報道，中國首輛 can 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)混合動力轎車已在 奇瑞公司裝配成功，并進(jìn)行運(yùn)行。上海大眾的帕薩特和 polo 汽車上也開始引 用了 can 總線技術(shù)。can 總線控制技術(shù)是提高汽車性能的一條很好途徑。但 總的來說，目前 can 總線控制技術(shù)在我國汽車工業(yè)總的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)和起 步階段，絕大部分的汽車還沒有采用汽車總線的設(shè)計，因而存在不少弊端。 隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，具有高度靈活性、簡單擴(kuò)展性、優(yōu)良抗干擾性 和處理錯

20、誤能力的 can 總線通信協(xié)議必將在汽車電控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng) 用。 目前生產(chǎn)“啟停系統(tǒng)”的廠商主要是博世這樣的零部件廠商，同時整車廠商 也涉足了這一技術(shù)。汽車怠速自動啟停系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀具體如下：雪鐵龍于 2004 年在 c3 上搭載“啟停系統(tǒng)”；奔馳 smart for two 以及路虎的神行者 2 代 都搭載了啟停系統(tǒng)；長安 cx30 搭載了博世的啟停系統(tǒng)；奇瑞汽車早在 2008 年 的奧運(yùn)會期間就推出了 a5 bsg，作為奧運(yùn)期間的服務(wù)用出租車，該車搭載有 啟停系統(tǒng)（目前已經(jīng)停產(chǎn))；寶馬也是最早采用“啟停系統(tǒng)”的廠商之一，目前 已經(jīng)在寶馬海外車型上大規(guī)模應(yīng)用，各大廠商的新能源車型計劃中

21、幾乎都包括 “啟停系統(tǒng)”；據(jù)了解，大眾旗下的高爾夫、邁騰在未來都將配備該項(xiàng)技術(shù)；福 特的嘉年華與新?？怂?、馬自達(dá)的新款馬 3 也將采用該系統(tǒng)。 但是，由于技術(shù)不夠成熟，以前的“啟停系統(tǒng)”的作用并沒有發(fā)揮出來， 只是增加了車輛成本，卻未達(dá)到良好的效果，汽車網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域還未出現(xiàn)“啟 停系統(tǒng)”。換句話說，中國在汽車啟停系統(tǒng)這一塊，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本，美國， 歐洲等發(fā)達(dá)地區(qū)。這項(xiàng)技術(shù)在今天仍沒有得到推廣，較好的啟停系統(tǒng)只用于高 檔轎車和豪華轎車上，大部分轎車并沒有搭載這個系統(tǒng)。而且，使用了啟停系 統(tǒng)的普通車型，其效果不夠理想，沒能產(chǎn)生足夠的經(jīng)濟(jì)價值。 搭載“啟停系統(tǒng)”的門檻相對較低，同時在其成本上也不會有

22、太大的障礙， 這使得絕大多數(shù)廠商都有可能推出搭載“啟停系統(tǒng)”的車型，特別是在歐洲市 場，“啟停系統(tǒng)”已經(jīng)成為很多的車型的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著更嚴(yán)格排放法規(guī)的實(shí) 施，更多廠商將會使用這一項(xiàng)配置。目前像博世這樣掌握“啟停技術(shù)”的廠商 也在大力推廣這一配置，即使是自身沒有投入這項(xiàng)技術(shù)研發(fā)的整車廠商也可以 通過購買的方式為旗下的產(chǎn)品搭載這一配置。所以一旦國內(nèi)消費(fèi)者接受并認(rèn)可 “啟動系統(tǒng)”技術(shù)，這一系統(tǒng)的發(fā)展空間將會快速增長。 汽車怠速自動啟停系統(tǒng)具有很大的發(fā)展空間。據(jù)相關(guān)報道，汽車怠速自動 啟停系統(tǒng)可降低汽車約 8%的油耗和排放。對國家和社會來說，如果用 35 年 時間準(zhǔn)備，一年裝車 500 萬輛，則每年可

23、節(jié)約 4.7 億升燃油和減少 1300 萬噸 co2的排放量，累積效應(yīng)十分可觀。本項(xiàng)目預(yù)期成果服務(wù)于汽車領(lǐng)域，直接應(yīng) 用于乘用車，以突破國外技術(shù)壁壘，推動汽車電子技術(shù)的發(fā)展，達(dá)到汽車節(jié)能 減排目的。 1.3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)簡介 如圖 1-1 所示為簡化的汽車 can 總線結(jié)構(gòu)，其中，發(fā)動機(jī)、abs（anti- locked braking system，防抱死剎車系統(tǒng)）系統(tǒng)、自動變速器、安全氣囊等都是 現(xiàn)代汽車動力的核心部件，對時間響應(yīng)要求嚴(yán)格，因而需要采用傳輸速率高的 can 通信網(wǎng)絡(luò)。車燈控制、中央門鎖控制、照明控制和儀表管理控制等相對來 說實(shí)時性要求較低，采用傳輸速

24、率低的低速 can 通信網(wǎng)絡(luò)即可滿足要求。主 控制器跨接高、低速兩條總線，與各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，建起網(wǎng)關(guān)作用，實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)互連3?？傊布桨杠浖瘜?shí)現(xiàn)，簡化了設(shè)計，降低了成本。 發(fā)動 機(jī) 自動變速 器 abs系統(tǒng)安全氣囊 車燈控制照明控制 中央門鎖 控制 儀表管理 控制 中央控制器（網(wǎng)關(guān)服 務(wù)器） 高速can總 線 低速can總 線 r r 圖 1-1 汽車系統(tǒng) can 總線結(jié)構(gòu) can 總線在汽車中的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢： 信息共享。采用 can 總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各 ecu 之間的信息共享，減少不 必要的線束和傳感器。例如具有 can 總線接口的電噴發(fā)動機(jī)，其它電器可 共享其提供的轉(zhuǎn)速、水溫、

25、機(jī)油溫度、油量瞬時流速等信息。 減少線束。傳統(tǒng)電信系統(tǒng)單一點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代復(fù)雜的 通信要求，不僅浪費(fèi)布線，增加重量，還不利于系統(tǒng)擴(kuò)充，因此并不能適 應(yīng)汽車的發(fā)展。而 can 總線可有效減少線束，節(jié)省空間。例如某車門-后 視鏡、搖窗機(jī)、門鎖控制等的傳統(tǒng)布線需要 20-30 根，應(yīng)用總線 can 則只 需要 2 根。 易于擴(kuò)充。傳統(tǒng)的布線方式導(dǎo)致系統(tǒng)布線復(fù)雜，而且點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳輸方 式導(dǎo)致系統(tǒng)擴(kuò)充比較復(fù)雜。而 can 總線特有的優(yōu)點(diǎn)使系統(tǒng)的擴(kuò)充容易實(shí)現(xiàn)， 這一更有利于汽車的發(fā)展。 本設(shè)計考慮到我國城市交通運(yùn)行的擁堵現(xiàn)狀況，并針對汽車節(jié)能減排現(xiàn)狀 及發(fā)展趨勢，采用 can 總線，基于

26、汽車各 ecu 和電器裝置的信息集成，綜合 利用車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感檢測技術(shù)和智能控制技術(shù)等，研究并設(shè) 計汽車怠速自動啟停系統(tǒng)。該系統(tǒng)針對城市道路交通擁堵和汽車怠速停車現(xiàn)狀， 在車輛因?yàn)閾矶禄蚣t燈等因素臨時停車時，根據(jù)汽車運(yùn)行狀態(tài)，自動停止發(fā)動 機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以達(dá)到節(jié)能減排的目的；并根據(jù)駕駛員動作信息，快速啟動發(fā)動機(jī)， 為車輛再次行進(jìn)提供動力。 本文主要是針對該系統(tǒng)的信號采集裝置進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。其中，硬件電路主 要以 mc9s12dp512 微處理器為核心，對一系列開關(guān)、模擬和高速脈沖信號進(jìn) 行處理；軟件系統(tǒng)的開發(fā)平臺是 freescale 的 code warrior 軟件，該平臺通過所

27、采集的信號對汽車啟動停止條件進(jìn)行分析判斷，并且發(fā)出相應(yīng)的控制信號。 基于 can 的汽車自動啟停系統(tǒng)信號采集裝置主要采集一系列開關(guān)、模擬 和高速脈沖信號，設(shè)計相關(guān)信號處理電路將這些信號轉(zhuǎn)化為 mc9s12dp512 微 處理器可接收的標(biāo)準(zhǔn)電平信號或模擬信號，并將這些信號送入 mc9s12dp512 微處理器中進(jìn)行處理，然后判斷汽車是否處于怠速或啟動狀態(tài)，從而發(fā)出相關(guān) 控制命令。除此之外，由于所用蓄電池電平（12v）跟電路板供電電平（5v） 不兼容，故另需設(shè)計電平轉(zhuǎn)換電路。 1.4 本文課題支撐和主要研究內(nèi)容 1.4.1 本文的課題支撐 本文課題支撐源于以下科研項(xiàng)目： 2011 年武漢理工大學(xué)“

28、大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽”項(xiàng)目：“基 于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)”（校一等獎）。 1.4.2 本文主要研究內(nèi)容 本文提出了基于 can 的汽車怠速自動啟停裝置，主要研究了基于 can 的 汽車怠速自動啟停裝置的信號采集裝置，其中，該裝置的硬件電路主要以 mc9s12dp512 微處理器為核心，軟件系統(tǒng)的開發(fā)平臺是 freescale 的 codewarrior 軟件。本文共分為五章，其主要內(nèi)容更如下： 第一章介紹提出基于 can 的汽車怠速自動啟停裝置的背景以及該裝置的 發(fā)展現(xiàn)狀，提出基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)的基本框架，并闡明了提 出該系統(tǒng)的意義。 第二章對 can

29、 總線進(jìn)行了詳細(xì)的分析，介紹了 can 總線的技術(shù)規(guī)范、特 點(diǎn)與結(jié)構(gòu)，著重分析了 can 總線的報文，并將其與常規(guī)布線技術(shù)做比較。 第三章對基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)作了簡單的總體介紹，分析 了系統(tǒng)的功能需求，提出了系統(tǒng)的總體構(gòu)建方法，介紹了系統(tǒng)的通信協(xié)議，并 提出了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 第四章對基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)信號采集裝置硬件設(shè)計作了 詳細(xì)說明，信號采集裝置主要包括蓄電池電量檢測電路、開關(guān)信號處理電路、 模擬信號處理電路和脈沖信號（車速信號）處理電路。 第五章主要對信號采集裝置的軟件部分作了詳細(xì)說明，軟件設(shè)計主要包括 工作模塊初始化、報文發(fā)送和車速信號采集處理。

30、其中，工作模塊主要包括 pll(phase locked loop，鎖相環(huán))模塊、ect（ehanced capture timer，增強(qiáng)型 捕捉定時器）模塊。 第六章主要對全文進(jìn)行總結(jié)，并且就該系統(tǒng)的未來應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。 2 can 總線技術(shù)分析 2.1 can 總線協(xié)議概述 can 是 controller area network（控制器局域網(wǎng)）縮寫，是 iso 國際標(biāo)準(zhǔn) 化的串行通信協(xié)議。can 總線屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控 制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。can 最初是由德國的 bosch（博士）公司為汽車的監(jiān) 測與控制設(shè)計的，但由于 can 總線本身的突出特點(diǎn)，其應(yīng)用領(lǐng)

31、域目前已不再 局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及 傳感器等領(lǐng)域發(fā)展。由于其高性能、高可靠性及獨(dú)特的設(shè)計，can 總線越來越 受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。can 已經(jīng) 形成國際標(biāo)準(zhǔn)（iso11898），并已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。 can 總線又稱作汽車總線，它能將各個單一的控制單元以某種形式（總線 形、環(huán)形、星形、網(wǎng)形等）連接起來，形成一個完整的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各 控制單元都以相同的規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換和共享，稱為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。 can 總線主要由四部分組成：導(dǎo)線、控制器、收發(fā)器和終端電阻。其中導(dǎo) 線為由兩根普通銅導(dǎo)線

32、絞在一起的雙絞線。控制器的作用是對收到和發(fā)送的信 號進(jìn)行翻譯。收發(fā)器負(fù)責(zé)接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)上共享的信息。電阻是阻止 can 總 線信號產(chǎn)生變化電壓的發(fā)射，當(dāng)電阻出現(xiàn)故障，控制單元的信號無效4。 2.2 can 總線技術(shù)與常規(guī)布線技術(shù)比較 2.2.1 常規(guī)布線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 如圖 2-1 所示，這是汽車內(nèi)簡單的常規(guī)方法布線圖。常規(guī)布線方法即電線 一端與開關(guān)連接，另一端與用電設(shè)備相通，這樣將導(dǎo)致車上電線數(shù)目急劇增加， 使得電線的質(zhì)量占整車質(zhì)量的 4左右，這樣會增加汽車布線中所用銅線，從 而增加成本以及汽車重量。另外，電控系統(tǒng)的增加雖然提高了轎車的動力性、 經(jīng)濟(jì)性和舒適性，但隨之增加的復(fù)雜電路也降低了車輛

33、的可靠性，點(diǎn)對點(diǎn)布線 法使得故障的查找相當(dāng)麻煩，增加了維修的難度。最后，對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)充也是 一個比較困難的問題。 儀表板 電機(jī)控 制 防抱死 變速系 統(tǒng) 主動懸 掛 空調(diào)電動鎖燈具組 安全氣 囊 電機(jī)座椅 電機(jī)窗 圖 2-1 常規(guī)方法布線網(wǎng)絡(luò)圖 2.2.2 can 總線技術(shù)的特點(diǎn) can總線與一般的通信總線相比，其數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性 和靈活性。本項(xiàng)目采用can構(gòu)建汽車怠速自動啟停系統(tǒng)，可有效減少線束、消 除信號冗余、易于擴(kuò)展功能，最終實(shí)現(xiàn)信息集成控制5。其特點(diǎn)如下： 總線訪問采用基于優(yōu)先權(quán)的多主方式。can 總線的最大特點(diǎn)是任一節(jié) 點(diǎn)所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息不包括發(fā)送節(jié)點(diǎn)或接收節(jié)點(diǎn)的物理

34、地址。信息的 內(nèi)容通過一個標(biāo)識符（id）作標(biāo)記，在整個網(wǎng)絡(luò)中，該標(biāo)識符是唯一 的。網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)收到信息后，每一節(jié)點(diǎn)都對這個標(biāo)識符進(jìn)行檢 測，以判斷此信息是否與自己有關(guān)。若是相關(guān)信息，則它將得到處理； 否則被忽略。這一方式稱為多主方式。標(biāo)識符還決定了信息的優(yōu)先權(quán)。 id 值越小，其優(yōu)先權(quán)越高。 can 采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當(dāng)多個節(jié)點(diǎn)同時向總線發(fā)送信息 時，優(yōu)先級較低的節(jié)點(diǎn)會主動退出發(fā)送，而最高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)可不受 影響的繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。can 總線采用帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪 問方法，它能通過無破壞性仲裁解決沖突。can 總線上數(shù)據(jù)采用非歸 零編碼，數(shù)據(jù)位可以具有兩種互補(bǔ)的邏輯值，即顯

35、性（“0”）和隱 性（“1”）?？偩€按照線與機(jī)制對任一潛在沖突進(jìn)行仲裁，顯性電 平覆蓋隱性電平。 can 程序通過報文濾波即可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)及全局廣播等幾 種方式傳送接收數(shù)據(jù)，無需專門的“調(diào)度”。利用接收濾波對幀實(shí)現(xiàn)了 多點(diǎn)傳送。在 can 系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)可以不用任何有關(guān)系統(tǒng)配置（如節(jié) 點(diǎn)地址）的信息。接收器對信息的接受或拒絕時建立在一種稱為幀接 收濾波的處理方法上的。該處理方法能判斷出接收到的信息是否和接 收器有關(guān)聯(lián)，所以接收器沒必要判別出誰是信息的發(fā)送器，反過來也 是如此。 can 的直線通信距離最長可達(dá) 10km（速率 5kbps 以下），通信速率 最高可達(dá) 1mbps（此時通信距

36、離最長為 40m） 采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，受干擾概率低，具有良好的檢錯效果。 can 的每幀信息都有 crc（cyclic redundancy check，循環(huán)冗余校驗(yàn) 碼）校驗(yàn)及其它檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。 can 的通信介質(zhì)可為雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活。 can 節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上 其它節(jié)點(diǎn)的操作不受限制。 2.3 can 總線的分層結(jié)構(gòu)及功能 can 遵循 iso/osi 標(biāo)準(zhǔn)模型，定義了 osi（open system interconnect，開 放系統(tǒng)互連）模型的數(shù)據(jù)鏈路層（包括邏輯鏈路控制子層 llc 和媒體訪問子層 m

37、ac）和物理層。如圖 2-2 所示，邏輯鏈路子層 llc 子層的主要功能是報文 濾波、超載通知和恢復(fù)管理。媒體訪問控制子層 mac 子層的功能主要是傳送 規(guī)則，以及控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定。mac 子層也要確定為開始一次新的發(fā)送，總線是否開放或者是否馬上開始接收，位 定時也是 mac 子層的一部分。物理層是實(shí)現(xiàn) ecu 與總線相連的電路6。 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層 邏邏輯輯鏈鏈子子層層 接接收收濾濾波波 超超載載通通知知 恢恢復(fù)復(fù)管管理理 媒媒體體訪訪問問控控制制子子層層 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)封封裝裝/拆拆裝裝 幀幀編編碼碼（填填充充/解解除除填填充充） 媒媒體體訪訪問問管管理理層

38、層 錯錯誤誤檢檢測測 出出錯錯界界定定 應(yīng)應(yīng)答答 串串行行化化/解解除除串串行行化化 物物理理層層 位位編編碼碼/解解碼碼 位位定定時時 同同步步 驅(qū)驅(qū)動動器器/接接收收器器特特性性 監(jiān)監(jiān)控控器器 故故障障界界定定 總總線線故故障障 管管理理 圖 2-2 can 層級式體系結(jié)構(gòu) 2.4 can 總線的報文 can 總線的報文傳送由 4 種不同類型的幀表示和控制，分別是： 數(shù)據(jù)幀，攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器； 遠(yuǎn)程幀，通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀； 出錯幀，由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送； 超載幀，用于提供當(dāng)前和后續(xù)數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借 助幀間空間和當(dāng)前幀分開。

39、 （1）數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀由 7 個通的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、crc 場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。can 總線技術(shù)規(guī)范 2.0 數(shù)據(jù)幀的組成如圖 2-3 所示。在 can 總線技術(shù)規(guī)范 2.0 中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識符的長 度，具有 11 位標(biāo)識符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括 29 位標(biāo)識符的稱為擴(kuò)展幀。標(biāo) 準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖 2-4 所示。擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示。 圖 2-3 can 總線技術(shù)規(guī)范 2.0 數(shù)據(jù)幀的組成 圖 2-4 標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀 圖 2-5 擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀 其中，srr 為代替遠(yuǎn)程請求位，ide 為標(biāo)識位擴(kuò)展位，rtr 為遠(yuǎn)程

40、發(fā)送請 求位。 （2）遠(yuǎn)程幀 接收數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以通過發(fā)送遠(yuǎn)程幀要求源節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，它由 6 個不同 位場組成：幀起始、仲裁幀、控制場、crc 場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀和數(shù) 據(jù)幀的結(jié)構(gòu)基本相同，其中 rtr 位為隱形，且不存在數(shù)據(jù)場，遠(yuǎn)程幀組成如圖 2-6 所示。 圖 2-6 遠(yuǎn)程幀的組成 （3）出錯幀 出錯幀由錯誤標(biāo)志和錯誤界定符兩個域組成。接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線上的報文 有錯誤時，將自動發(fā)出活動錯誤標(biāo)志，它是六個連續(xù)的顯性位。其他節(jié)點(diǎn)檢測 到活動錯誤標(biāo)志后發(fā)送錯誤認(rèn)可標(biāo)志，它由六個連續(xù)的隱性位組成。當(dāng)錯誤標(biāo) 志發(fā)生后，每一個 can 節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線，直至檢測到一個顯性電平的跳變。此 時表示所有的節(jié)

41、點(diǎn)已經(jīng)完成了錯誤標(biāo)志的發(fā)送，并開始發(fā)送八個隱性電平的界 定符。如圖 2-7 所示。 圖 2-7 出錯幀的組成 （4）超載幀 超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符，如圖 2-8 所示。存在兩種 導(dǎo)致超載標(biāo)志的超載條件：一個是要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的接收器的 內(nèi)部條件；另一個是在間隙場檢測到顯性位。超載標(biāo)志由 6 個顯性位組成。 圖 2-8 超載幀的組成 3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)總體方案 3.1 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)功能需求分析 為了解決上述問題，本系統(tǒng)的設(shè)計需要滿足如下幾點(diǎn)要求： 能實(shí)現(xiàn)對大多數(shù)手動檔與自動檔汽車的兼容，通過對現(xiàn)有汽車的改 裝來安裝本系統(tǒng)

42、并正常工作，以提高本系統(tǒng)的適用性及可推廣性。 針對汽車怠速自動啟停需求，充分考慮各種情況，并提出實(shí)際可行、 符合大多數(shù)人駕駛習(xí)慣的控制方法，在保證不會因系統(tǒng)誤操作而影響 司機(jī)正常駕駛的情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 以汽車怠速自動啟停關(guān)聯(lián)信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸為目標(biāo)，提出基于can的 汽車怠速自動啟停系統(tǒng)構(gòu)建方法，并合理控制系統(tǒng)的成本。 模擬汽車在路過一個交通路口時啟停系統(tǒng)的工作過程 如下：駕駛員坐在 駕駛艙內(nèi)，前方路口的紅燈亮起，駕駛員踩下制動踏板，停車摘 檔。這時候， 汽車怠速自動啟停系統(tǒng)自動檢測：發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)且沒有掛 檔；車輪轉(zhuǎn)速傳感器 顯示為零且車速在一定時間內(nèi)逐漸減為零 ；電池電量顯示有足夠的能量進(jìn)行

43、 下一次啟動；控制開關(guān)處于開啟狀態(tài) 。滿足這幾個條件后，系統(tǒng)將發(fā)出熄火 指令，使得發(fā)動機(jī)自動停止轉(zhuǎn)動。 同時紅色信號燈亮提示駕駛員發(fā)動機(jī)已熄 火。 而當(dāng)信號燈變綠后， 對于手動動擋汽車，只要駕駛員踩下離合器，隨即 該系統(tǒng)就可以立即感知此變化信號并且發(fā)出指令快速地啟動發(fā)動機(jī)。 對于自 動擋汽車，駕駛員只需要掛檔或者踩下油門踏板 ，該系統(tǒng)就能立即采集到信 號并且立即啟動發(fā)動機(jī)， 車輛即可迅速移動，完全不影響駕駛樂趣 。 但是，在某些情況下，汽車怠速自動啟停系統(tǒng)是不發(fā)出信號的， 比如 蓄電池電量很低時， 或者汽車處于斜坡上時，這樣的話 發(fā)動機(jī)在很短暫的停 車后馬上繼續(xù)工作；或者如果空調(diào)系統(tǒng)設(shè)在為擋風(fēng)

44、玻璃 “防冰”、“防霧”擋上 的時候發(fā)動機(jī)也不會熄火 。另外，在發(fā)動機(jī)關(guān)閉的時候，一旦出現(xiàn)蓄電池電 量低于限定值、制動系統(tǒng)內(nèi)壓力下降到某一點(diǎn)之下、車輛出現(xiàn)向前或者向后 “溜車”等情況，發(fā)動機(jī)將會被毫無延遲地重新 啟動。 針對手動檔汽車與自動檔汽車分別設(shè)計汽車怠速自動啟停系統(tǒng)系統(tǒng)功能 流程圖如圖 3-1 和圖 3-2 所示。 發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)熄熄火火，紅紅燈燈亮亮 電電池池電電量量信信號號電電量量是是否否足足夠夠下下一一次次啟啟動動 中中央央處處理理器器 離離合合器器信信號號 車車速速信信號號 檔檔位位信信號號 車車速速是是否否逐逐漸漸減減為為零零 檔檔位位是是否否處處于于空空檔檔 離離合合器器是是

45、否否被被踩踩下下 開開關(guān)關(guān) 無無輸輸出出信信號號 發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)啟啟動動，綠綠燈燈亮亮 記記憶憶芯芯片片 發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)信信號號發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)是是否否處處于于運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)狀狀態(tài)態(tài) 圖 3-1 手動檔汽車的系統(tǒng)功能示意圖 如圖 3-1 所示，系統(tǒng)一共有 6 個輸入量：主控開關(guān)、檔位信號、發(fā)動機(jī)信 號、車速信號、離合器信號和電池電量信號，這些信號的處理都是通過信息采 集模塊完成的，通過記錄變化過程或是狀態(tài)的改變來決定系統(tǒng)能否作出反應(yīng)。 發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)熄熄火火，紅紅燈燈亮亮 電電池池電電量量信信號號 電電量量是是否否足足夠夠下下一一次次啟啟動動 中中央央處處理理器器 腳腳剎剎信信號號 車車速速信信號號 檔檔位位

46、信信號號 車車速速在在一一定定時時間間內(nèi)內(nèi)的的變變化化情情況況 變變速速箱箱處處于于哪哪個個檔檔位位上上 制制動動情情況況 開開關(guān)關(guān) 無無輸輸出出信信號號 發(fā)發(fā)動動機(jī)機(jī)啟啟動動，綠綠燈燈亮亮 記記憶憶芯芯片片 節(jié)節(jié)氣氣門門信信號號 節(jié)節(jié)氣氣門門開開度度情情況況 圖 3-2 自動檔汽車的系統(tǒng)功能示意圖 自動擋和手動檔的工作原理相同，只是自動擋在檔位為 p（停車檔）檔位 時，系統(tǒng)同樣是不起作用的，這與自動擋汽車的起動機(jī)與點(diǎn)火系統(tǒng)有關(guān)。 3.2 系統(tǒng)構(gòu)建方法 從汽車運(yùn)行特征和駕駛員駕車特征入手，分析汽車怠速自動啟停系統(tǒng)特征， 基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)，建立汽車怠速自動啟停系統(tǒng)需求模型；從網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、 數(shù)據(jù)

47、傳輸距離、媒體訪問控制方式、報文調(diào)度方法、應(yīng)用領(lǐng)域和成本等方面分 析 can 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；基于功能驅(qū)動方法，選用合適的網(wǎng)絡(luò)類型（總線結(jié)構(gòu)，單 網(wǎng)絡(luò)），構(gòu)建基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)；針對 can 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，設(shè)計 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)報文調(diào)度方法，設(shè)計應(yīng)用層協(xié)議；基于嵌 入式單片機(jī)技術(shù)，選擇合適的通信模塊，采用單芯片開發(fā)解決方案，開發(fā)基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信接口。 3.3 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3.3.1 系統(tǒng)通信協(xié)議 can 總線與一般的通信總線相比，其數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時性 和靈活性。本項(xiàng)目采用 can 構(gòu)建汽

48、車怠速自動啟停系統(tǒng)，可有效減少線束、 消除信號冗余、易于擴(kuò)展功能，最終實(shí)現(xiàn)信息集成控制。關(guān)于 can 總線的相 關(guān)技術(shù)在前面第二章已經(jīng)作了詳細(xì)介紹，下面主要介紹基于 can 的 sae j1939 協(xié)議。 由于 can 協(xié)議僅定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，為了使汽車電子控制系統(tǒng) 在一個標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)不同 ecu 間的通信，美國 sae（society of automotive engineer，汽車工程師協(xié)會）在 can2.0b 的基礎(chǔ)上制定了 sae j1939 協(xié)議。因此，本系統(tǒng)基于 sae j1939 設(shè)計并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層功能。sae j1939 的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層是以 can2.0

49、b 協(xié)議為基礎(chǔ)的，因此它和 can 網(wǎng) 絡(luò)一樣，波特率可達(dá) 250kb/s，任何節(jié)點(diǎn)在空閑時可向總線上傳輸報文，每個報 文都包含標(biāo)識符，采用非破壞仲裁機(jī)制解決沖突。sae j1939 的分層結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示。 從圖中可以看出，can 協(xié)議在 osi(開放式系統(tǒng)互連)模型中只定義了物理 層和數(shù)據(jù)鏈路層的 mac 層，sae j1939 以 can2.0b 為基礎(chǔ)，它在此基礎(chǔ)上還 定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的協(xié)議。但是，sae j1939 為傳輸層、會話層和表示層 預(yù)留了位置，以便將來進(jìn)行擴(kuò)展7。 應(yīng)用層 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層llc mac 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng) 絡(luò) 管 理 + osi（開放式系統(tǒng)互連)七層模

50、型 can 2.0b sae j1939分層結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)絡(luò)層 傳輸層 會話層 表示層 物理層 圖 3-3 與 osi 模型相對應(yīng)的 sae j 1939 分層結(jié)構(gòu)模型 3.3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)以屏蔽雙絞線為信息傳輸通道，以 can 為信息傳輸協(xié)議，按照區(qū)域自治原則進(jìn)行模塊劃分，即根據(jù)幾何位置相近、 功能相似、性能要求基本一致的原則對汽車怠速啟停相關(guān)信息進(jìn)行集成控制。 該系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線式，由 3 個模塊構(gòu)成，分別是前控模塊、后控模塊和主 控模塊。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓砣鐖D 3-4 所示。 圖 c ca an nh h c ca an nl

51、l h hl lh hl l h hl l 前前控控模模塊塊 主主控控模模塊塊后后控控模模塊塊 電電源源 vcc gnd 開開關(guān)關(guān)、檔檔位位、手手剎剎信信號號 輸輸出出信信號號：指指示示燈燈、起起動動 機(jī)機(jī) 車車速速信信號號：高高速速脈脈沖沖信信號號 pb0pb7 pe0pe2 pj0 mc9s12dp512 mc9s12dp512 mc9s12dp512 制制動動信信號號 離離合合器器信信號號 節(jié)節(jié)氣氣門門開開度度 信信號號 電電池池電電量量信信 號號 pad01 pad08 pad00 pj1 車車速速信信 號號：高高速速 脈脈沖沖信信號號 3-4 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

52、拓?fù)?其中，前控模塊用于接收 can 總線上傳輸?shù)目刂葡?，基?sae j1939 應(yīng)用層協(xié)議解碼后，根據(jù)控制規(guī)則完成對起動機(jī)的控制；同時該模塊還會采集 前部各種狀態(tài)信號，基于 sae j1939 應(yīng)用層協(xié)議形成狀態(tài)消息，并發(fā)送到 can 總線上，供主控模塊使用。后控模塊采集后部各種狀態(tài)信號，基于 sae j1939 應(yīng)用層協(xié)議形成狀態(tài)消息，并發(fā)送到 can 總線上，供主控模塊使用。主控模 塊用于接收 can 總線上傳輸?shù)臓顟B(tài)消息，基于 sae j1939 應(yīng)用層協(xié)議解碼后， 根據(jù)控制規(guī)則完成形成控制指令；該模塊同時基于 sae j1939 應(yīng)用層協(xié)議形成 控制消息，并發(fā)送到 can 總線上

53、，以控制前控模塊。 4 基于 can 的汽車怠速自動啟停系統(tǒng)信號采集裝置 硬件設(shè)計 4.1 硬件設(shè)計平臺 對硬件部分的設(shè)計涉及硬件原理圖的繪制，以及依據(jù)原理圖制作 pcb 板， 本項(xiàng)目采用的設(shè)計軟件平臺是 protel 99se。 4.2 硬件總體結(jié)構(gòu) 為便于產(chǎn)業(yè)化推廣，本項(xiàng)目設(shè)計了系統(tǒng)的通用硬件電路，各模塊可基于此 進(jìn)行增減。如圖 4-1 所示，硬件電路由 mc9s12dp512 微處理器、can 通訊電 路、電源處理電路、開關(guān)信號處理電路、模擬信號處理電路、脈沖信號處理電 路、輸出驅(qū)動電路及顯示部分等組成。信號采集裝置包括數(shù)字信號（開關(guān)、檔 位、手剎）處理、模擬信號（離合器、油門踏板、剎車

54、、電池電量）轉(zhuǎn)換與處 理、高速脈沖信號（車速）處理這幾個部分。 電源 輸出指示 信號 開關(guān)、檔 位、手剎 信號 車速信號 剎車信號 離合器信 號 油門踏板 信號 電池電量 信號 模 擬 輸 入 信 號 can通訊顯示部分 vcc gnd pb0pb7 pe0pe2 pj0 pad08 pad00 pj1 pm0pm1ps0ps3、pm7 pad01 mc9s12dp512 核心板 圖 4-1 硬件電路原理框圖 4.3 蓄電池電量檢測電路 4.3.1 ne555 芯片介紹 ne555 是一種應(yīng)用特別廣泛的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電 子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成 23 個晶體三

55、極管、17 個電阻、兩個 二極管，組成了比較器、rs 觸發(fā)器等多組單元電路.特別是由三只精度較高 5k 電阻構(gòu)成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準(zhǔn)電壓.所以稱之為 5558. ne555 定時器的內(nèi)部電路圖及各引腳如圖 4-2 所示.各引腳功能如下： 1 接地。 2 觸發(fā)點(diǎn)，這個腳位是觸發(fā) ne555 使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上 緣電壓須大于 2/3 vcc，下緣須低于 1/3 vcc 。 3 輸出，當(dāng)時間周期開始 555 的輸出腳位，周期的結(jié)束輸出回到 ov 左右 的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約 200 ma 。 圖 4-2 ne555 定時器的內(nèi)部電路圖及各引腳 4 重

56、置（復(fù)位），一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出 回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 5 控制，這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。如果控制電壓端 （5）外接電壓 vic，則比較器 c1、c2的基準(zhǔn)電壓就變?yōu)?vic和 vic/2。 6 閾值輸入。 7 放電，這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為 on 時為 low，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為 off 時為 high，對地為高阻抗。 8 v +，這是 555 個計時器 ic 的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5 伏 特(最小值)至+16 伏特(最大值)。 4.3.2 蓄電池電量檢測電路設(shè)計 圖 4

57、-3 蓄電池電量監(jiān)測電路 蓄電池額定工作電壓為 12v，當(dāng)蓄電池電量低于一定值時，發(fā)動機(jī)將無法 重新啟動，因此需對蓄電池電量信號進(jìn)行監(jiān)測。蓄電池電量監(jiān)測電路如圖 4-3 所示，工作原理為：當(dāng)蓄電池的電壓高于 11.3v 時，555 的引腳 3 輸出低電平， led 不亮，l-3 以低電平信號輸出至微處理器；當(dāng)蓄電池電壓下降到 11.3v 以 下時，引腳 3 輸出高電平，led 亮，l-3 以高電平信號輸出至微處理器，指示 電量不足。另外，通過調(diào)節(jié)，可改變所要檢測的電壓閾值9。 在該電路中，5 腳接了一個 6v 的穩(wěn)壓管，因此比較器 c1、c2的基準(zhǔn)電壓 分別為 6v 與 3v，若要滿足設(shè)計要求

58、，即比較器 c2在電池電量降到電壓閾值 11.3v 時，其輸出發(fā)生跳變。設(shè)滑動變阻器接入電路電壓為 rx，則有： ，解得 rx=5.75k，即將滑線變阻器的接入值調(diào) x24 22x24 11.33 rr vv rrr 到此值即可滿足設(shè)計要求。由于 led 指示燈的工作電流一般為 0.02a0.03a, 而 3 腳輸出的高電平為 5v，故取 r25=200。 4.4 開關(guān)信號處理電路 4.4.1 芯片 4n25 介紹 光電耦合器是以光作為控制信號的器件，其輸入端由發(fā)光二極管組成，輸 出端為光敏三極管。由光作為傳輸介質(zhì)，因此在電氣上輸入和輸出是完全隔離 的，所以輸入信號和輸出信號毫無影響。 4n2

59、5 由砷化鎵紅外發(fā)光二極管和硅光電晶體管檢測器光耦合構(gòu)成，是一種 發(fā)光二極管與光電晶體管面對面封裝的單回路、內(nèi)光路光電耦合器。光電耦合 器 4n25 可用于系統(tǒng)與現(xiàn)場的隔離，系統(tǒng)的數(shù)字量是具有標(biāo)準(zhǔn)的高低電平并能 和微機(jī)兼容的脈沖信號。如果現(xiàn)場產(chǎn)生的開關(guān)量信號在波形，電平阻抗上不能 直接達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，也必須加以適當(dāng)?shù)恼危綦x和交換。 光電耦合器 4n25 具有體積小、壽命長、無觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 是開關(guān)電路、邏輯電路、長線傳輸、模/數(shù)變換、微控制器的隔離電路、線性放 大電路等領(lǐng)域中的首選芯片。因此本設(shè)計中選擇 4n25 作為開關(guān)信號的隔離元 件。 4n25 的功能引腳圖如圖 4-4 所示：

60、 1.正極 2.負(fù)極 3.空腳 4.發(fā)射極 5.集電極 6.基極 圖 4-4 4n25 功能引腳圖 4.4.2 開關(guān)信號處理電路設(shè)計 在系統(tǒng)的輸入信號中，主控開關(guān)、檔位及手剎信號屬于開關(guān)信號，對該開 關(guān)信號處理主要是使所采集的輸入端信號與輸出到單片機(jī)的信號進(jìn)行電氣隔離， 濾除采集現(xiàn)場的噪聲干擾信號。 總開關(guān)信號的處理電路如圖 4-5 所示。開關(guān)信號從 2 腳輸入，5 腳為輸出信 號。輸入的開關(guān)信號經(jīng)過由 r4 和 c3 構(gòu)成低通濾波器，可以濾除開關(guān)信號中的 高頻噪聲干擾信號，發(fā)光二極管 led2 起指示作用。其工作原理為：當(dāng)輸入的 開關(guān)信號斷開時，輸入信號為高電平，光電耦合器 u3 中發(fā)光二極