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基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)檢測系統的設計論文
摘要：
為解決當前汽車(chē)檢測系統功能較單一，偏重局部檢測等不足，設計基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)檢測系統。系統由數據采集器、CAN網(wǎng)關(guān)、控制終端和PC機組成。數據采集器可設置多達256個(gè)檢測點(diǎn)，可同時(shí)檢測汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機的有關(guān)信息，尾氣排放濃度、油缸壓力、輪胎氣壓等汽車(chē)數據�？筛尤娴臋z測汽車(chē)的性能，為維護保養和故障診斷提供可靠的信息。
1引言
隨著(zhù)我國汽車(chē)保有量的增加，汽車(chē)的維護保養和故障診斷也面臨嚴峻的挑戰�，F行的檢測系統偏向于局部檢測，功能比較單一，檢測成本較高，檢測時(shí)間較長(cháng)。為了克服現行檢測系統的不足，利用CAN總線(xiàn)，將汽車(chē)上的每個(gè)數據檢測點(diǎn)設計成一個(gè)CAN節點(diǎn)，并結合軟PLC的設計思想，設計出功能更加全面的汽車(chē)檢測系統。
2系統的硬件設計
檢測系統的硬件主要包括傳感器探頭節點(diǎn)，導線(xiàn)，鏈接器，控制及編程終端等。系統結構如圖1所示，傳感器探頭節點(diǎn)就是系統的感官部件，通過(guò)它檢測汽車(chē)的水溫、油溫、壓力、速度、尾氣濃度等汽車(chē)數據。其上的CAN總線(xiàn)控制器將這些數據通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )傳送給控制終端。導線(xiàn)和鏈接器，構成了一個(gè)完整的CAN網(wǎng)絡(luò )�？刂平K端為每個(gè)探頭節點(diǎn)分配一個(gè)節點(diǎn)號，編程時(shí)通過(guò)節點(diǎn)號就可得到各節點(diǎn)參數。終端上的控制接口分為數字電壓信號接口，開(kāi)關(guān)信號接口兩種控制接口，方便控制電磁閥、繼電器等控制元件，拓寬了系統的控制方法。
2.1傳感器探頭節點(diǎn)
探頭節點(diǎn)負責汽車(chē)有關(guān)數據的收集并將這些數據通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上。它的主要部件是STC89LE516AD單片機、傳感器、CAN控制器SJA1000和LCD顯示器。單片機通過(guò)AD采集探頭上各傳感器數據，將數據打包發(fā)送到CAN網(wǎng)絡(luò )上，在CAN網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)節點(diǎn)對應著(zhù)唯一的節點(diǎn)號。單片機在打包數據的時(shí)候將節點(diǎn)號標志在數據包中。
其功能結構如圖2所示。
傳感器前端電路
10bit A/DSTC89LE516ADLCD顯示及鍵盤(pán)電路串行通信CANNET數據電壓信號SJA1000控制器圖2探頭節點(diǎn)結構簡(jiǎn)圖2.2 CAN網(wǎng)絡(luò )架構CAN全稱(chēng)為Controller Area Network，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一�？刂葡到y的CAN網(wǎng)絡(luò )是由SJA1000 CAN控制器組建，SJA1000在完全兼容PCA82C200的基礎上，增加了一種新的工作模式PeliCAN，速率能達到1Mbit/s。
網(wǎng)絡(luò )的物理層連接圖如圖3所示。
CAN控制器
光電隔離CAN收發(fā)器CAN控制器光電隔離CAN收發(fā)器CAN控制器光電隔離CAN收發(fā)器圖3網(wǎng)絡(luò )物理層連接圖2.3控制及編程終端系統的控制及編程終端由控制終端，PC機和系統編程軟件組成�？刂平K端有CAN網(wǎng)絡(luò )終端，各種控制接口和與PC機的編程調試接口�？刂平K端的主控芯片為PHILIPS的LPC2142單片機，電路結構如圖4所示。外圍連接8通道10位D/A，轉換器提供8路數字電壓控制端口。另外通過(guò)可控硅提供16路開(kāi)關(guān)電路接口。數字電壓控制需要根據控制設備設計相應的控制電路才能達到控制設備的目的。
16路可控硅開(kāi)關(guān)電路
LPC2142PC機SJA1000控制器8路D/A轉換數字器數字CANNET數字JTAG編程接口串行通訊圖4控制終端電路結構
3系統的軟件設計
3.1傳感器探頭節點(diǎn)軟件設計
傳感器探頭節點(diǎn)軟件設計主要是設計基于STC89LE516AD單片機的嵌入式程序，程序框圖如圖5所示。單片機開(kāi)機初始化后判斷是否需要進(jìn)入設定程序，設定程序可以設定節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)號、檢測參數的種類(lèi)等。設定完成后進(jìn)入循環(huán)檢測階段，單片機通過(guò)AD不斷采集傳感器信號，換算成相應的溫度，壓力、尾氣濃度等參數，實(shí)時(shí)顯示在LCD顯示器上，并定時(shí)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到控制終端上。
3.2控制終端軟件設計
根據軟PLC的設計思想，控制終端的程序是由PC機上的編譯軟件編譯出來(lái)的，再通過(guò)JTAG下載到LPC2142中，主要負責CAN網(wǎng)絡(luò )數據包的接收、汽車(chē)數據的取得、控制參數的運算、控制行為的發(fā)出。因此其軟件設計采用模塊化的設計思想，將程序分為初始化模塊、通訊模塊、運算模塊、執行模塊。各個(gè)模塊都有各自的程序接口和共享的數據區，實(shí)現程序的獨立和融合。
初始化模塊負責控制器當前程序用到的各資源的初始化，分配各控制參數的緩存和映射，為程序的運行做準備。通訊模塊負責CAN網(wǎng)絡(luò )的數據接收和控制終端與PC機之間的通訊，實(shí)現數據存儲并為上位機監控提供通訊。運算模塊是控制程序的關(guān)鍵，它負責參數的運算和控制信號的產(chǎn)生并存儲到數據區，是系統控制的核心。執行模塊是將數據區的執行參數實(shí)時(shí)映射到相應的I/O口和設備上，實(shí)現控制設備的目的。
3.3系統編程及監控軟件
系統的編程參考PLC編程軟件風(fēng)格，和PLC編程方法一樣采用梯形圖語(yǔ)言編程。監控軟件通過(guò)串行通訊實(shí)時(shí)接收到控制終端發(fā)送的狀態(tài)數據，并通過(guò)軟件直觀(guān)的顯示出系統的運行狀態(tài)。編程和監控軟件都采用Visual C++編程，實(shí)現梯形圖向C語(yǔ)言的轉換，在利用KEIL C for ARM工具，將C語(yǔ)言編譯成目標代碼，下載到控制終端。
4結論
基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)檢測系統解決了傳統檢測系統功能單一等不足，綜合檢測汽車(chē)各種參數，較全面的檢測汽車(chē)性能和隱患。同時(shí)采用軟PLC技術(shù)，使控制程序的編寫(xiě)更加容易，具有穩定可靠,實(shí)施快捷,易于擴展的優(yōu)點(diǎn)，具有較大的潛力。
參考文獻
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