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基于CAN总线的汽车电器网络设计-学习can总线宝典.doc
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更新于2023-03-16
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CAN是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,并最终成为国际标准(ISO 11898),是国际上应用最广泛的现场总线之一。 在北美和西欧,CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线,并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。
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基于 CAN 总线的汽车电器网络设计
摘 要
随着社会的发展,汽车逐渐成为人们生活中不可缺少的交通工具 。电子装
置在汽车上的使用使汽车的驾驶更加舒适安全。为了满足人们对于汽车性能越
来越高的要求,汽车上装备的电子装置、控制单元也在不断增加,传统的线束
已远远不能满足复杂的控制系统要求。汽车 CAN 总线技术的引入给汽车电子控
制技术带来了新的飞跃。CAN 总线技术不仅满足了车身控制的功能要求,而且
可以降低成本、简化车身冗余线束。
本文提出了一种基于 CAN 总线的汽车电器网络的设计方案。设计中采用了
ATmega128 作 为 主 控 制 器 , CAN 模 块 电 路 主 要 采 用 了 CAN 总 线 控 制 器
SJA1000、总线驱动器 PCA82C250 以及高速光耦 6N137,通过 ATmega128 控制
工作在 PeliCAN 模式下的 SJA1000 实现各 ECU 单元之间的通信。
文中完成了系统软件开发,并在 CAN2.0B 通信协议以及车用 CAN 协议
(SAEJ1939)的基础上制定了基于车身控制模块的应用层协议;同时,为保证
系统能够稳定、可靠地工作,文中针对系统工作中可能出现的干扰因素进行了
分析,并进行了软硬件的抗干扰设计。
通过联机调试,验证了整个系统通信的可靠性,该网络能够较好地达到车
内总线对于信号传输的实时性与稳定性的要求。
关键词:CAN 总线; 控制网络;电子控制单元; 数据采集;数据传输
ABSTRACT
With the development of society, automobiles play a very important role in
people’s daily life, and the electronic devices equipped in the vehicle make the driving
more comfortable and safe. With the electronic device in vehicle increasing
continuously, the traditional wiring harnesses can not satisfy the complex functions of
the control system. As the CAN bus introduced into vehicle control system, great
progress has taken in the areas of vehicle electron. By adopting CAN bus, the function
of vehicle body control system is satisfied perfectly, the cost is decreased, and the
redundant wiring harnesses are cut down.
A vehicle electrical network design based on CAN bus is brought forward in this
paper to achieve the data transmission of the electric control units (ECU). In this
design, the main controller uses ATmega128. The hardware circuit of CAN bus
communication module adopts CAN bus control chip SJA1000, bus driver
PCA82C250 and high-speed optical coupler 6N137. ATmega128 completes the data
transmission of ECU through controlling SJA1000 which works on the PeliCAN
mode.
Following , the software designs are discussed, and the CAN communication
protocol of application layer which matches the vehicle body control system is
constructed based on CAN2.0 protocol and SAEJ1939 protocol. Furthermore, some
anti-interference measurements are put forward to ensure the stability and reliability
of the system.
The experiments confirm the overall system communication is reliable, and the
signal transmission inside the CAN bus achieves the requirements of real-time and
stability.
Key words: CAN-BUS; Control Network; Electric Control Unit; Data acquisition;
Data Transmission;
目 录
第一章 绪论.........................................................................1
1.1 课题背景...................................................................................1
1.2 当前国内外汽车 CAN 总线的研究情况...........................................1
1.3 研究汽车 CAN 总线网络的目的和意义...........................................2
1.4 课题主要内容.............................................................................2
第二章 CAN 总线通信原理......................................................3
2.1 引言.........................................................................................3
2.2 CAN 总线协议的性能特点...........................................................3
2.3 CAN 节点的分层结构.................................................................5
2.3 报文传送及其帧类型...................................................................5
2.3.1 数据帧................................................................................................................... 6
2.3.2 远程帧................................................................................................................... 8
2.3.3 出错帧................................................................................................................... 9
2.3.4 超载帧................................................................................................................... 9
2.4 基于 CAN2.0B 应用层协议的制定..............................................10
2.5 本章小结.................................................................................11
第三章 系统整体结构设计.....................................................12
3.1 系统整体框图...........................................................................12
3.2 系统 ECU 框图.........................................................................12
3.3 CAN 控制器 SJA1000...............................................................13
3.3.1 芯片 SJA1000 概述............................................................................................... 13
3.3.2SJA1000 的内部结构以及在系统中的位置..........................................................14
3.3.3CAN 控制器 SJA1000 的几个控制模块................................................................. 15
3.4CAN 总线驱动器 PCA82C250....................................................16
3.4.1CAN 总线驱动器 PCA82C250 概述.......................................................................16
3.4.2 PCA82C250 结构框图及基本功能描述...............................................................17
3.5 本章小结.................................................................................18
第四章 CAN 总线网络硬件设计.............................................20
4.1 整体方案确定..........................................................................20
4.2 CPU 控制电路..........................................................................20
4.3 CAN 模块电路.........................................................................22
4.4 DS18B20 温度采集模块...........................................................23
4.5 显示模块.................................................................................24
4.6 电源模块.................................................................................25
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