电动汽车用CAN通信网络协议设计及实现

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电动汽车用,CAN,通信网络协议设计及实现,主要内容,CAN,产生背景及基本概述,CAN,总线系统构成,硬件设计,软件设计,预算,1.1 CAN,产生,背景,为了解决由汽车内部大量传感器、执行器等电子器件的应用所导致的线束问题，及各个电子器件之间数据交换问题。德国,Bosch,公司于,20,世纪,80,年代提出了,CAN,总线,CAN,总线。,1.2 CAN,特点,具有通信速率高、可靠性好、抗干扰能力强、性价比较高等优点，目前不仅应用于汽车电子，还广泛应用于航空、轮船、工业控制、医疗器械以及建筑、自动化设备等诸多领域。,1.3 CAN,分层结构,CAN,主要分为数据链路层和物理层。我们主要完成的协议是数据链路层的协议,1.4 CAN,报文的帧结构,仲裁场：标准帧的仲裁场由,11,位标识符,(Identifier)RTR,位,(,远程发送请求位,),与组成。仲裁场最主要的作用通过标识符确定报文的优先权，为报文发送提供仲裁。,数据场,(Date Field),：数据场由数据帧里需要发送的数据组成，数据长度可以为,08,个字节。,1.5 CAN,优点,网络各节点间的数据通信实时性强,缩短了开发周期,已形成国际标准,节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能,通信速率高、容易实现、且性价比高,数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性,非破坏性总线优先级仲裁,报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功 能信息、优先级信息,2.1 CAN,总线节点构成,关键部分：,CAN,网络控制器和,CAN,总线收发器，他们实现,CAN,总线的物理层和数据链路层的协议,2.2 CAN,总线拓扑构成,节点三,节点四,节点一,节点二,我们采用总线拓扑的结构，其网络实现比较容易，成本也比较低,3.1,课题所需硬件,本着器件通用和常用的原则，这里选用,SJA1000,与,AT89C51,芯片设计一种具有通用性的系统。,AT89C51,具有,64KB,的寻址空间，本身不带,CAN,控制器,所以要实现与,CAN,总线之间的通信需外加,CAN,控制器和,CAN,驱动器。在本设计中采用,SJAl000,型,CAN,总线通信控制器和,PCA82C251,型总线驱动器。为了增强节点抗干扰能力，,CAN,控制器和,CAN,驱动器之间连接高速光耦器,TLP113,。为了实现,AT89C51,与,PC,机串行通信，用转换芯片,MAX232,用于,TTL,电平与,RS232,电平的相互转换，可以将接收的数据显示在,PC,上。,SJAl000,的,ADO-AD7,连接到,AT89C51,的,P0,口，,CS,连接到,AT89C51,的,P2.7,。,P2.7,为,0,时，,CPU,片外存储器地址可选中,SJA1000,，,CPU,通过这些地址可对,SJAl000,执行相应的读,/,写操作。,SJAl000,的,RD,、,WR,、,ALE,分别与,AT89C51,的相应引脚相连，,SJAl000,的,INT,接,AT89C51,的,INTl,，,AT89C51,也可通过中断方式访问,SJA1000,。,3.2,SJA1000,介绍,SJA1000,是一种独立控制器，用于移动目标和一般工业环境中的区域网络控制（,CAN,）。它是,PHILIPS,半导体,PCA82C200CAN,控制器的替代产品。内部结构图如下图所示：,3.3 PCA82C251,介绍,PCA82C251,收发器，优点很多，例如：具有热保护，斜率控制、减少,RFI,，待机模式电流低，对电磁干扰有高的抗干扰性，速度可达,1M,等，内部电路原理图如下：,3.4 TLP113,光电耦合,介绍,TLP113,绝缘式线性光耦合器是高速光电耦合器，输入极性是直流电源、输出电流,25mA,、隔离电压,2500Vrms,、集电极开路，可有效增强,CAN,总线抗干扰能力。实物图如下图所示：,3.5,节点电路原理图,4.1,网络通信规则及实现,CAN,总线为多主工作方式,网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息而不分主从，通信方式灵活。为禁止总线冲突，,CAN,总线采用非破坏性总线仲裁技术，根据需要将各个节点设定为不同的优先级，并以标识符,ID,标定，其值越小，优先级越高。总线的节点之间可以进行实时相互通信，当,1,个节点需要接收另,1,个节点的数据时，只需把其代码寄存器的内容设置成和另,1,节点的标识符一致即可。如果对于标识符和其代码寄存器的内容设置不一致，则节点所发的数据不予理会。,系统软件的设计思想是系统上电后首先对,AT89C51,和,SJAl000,进行初始化，以确定工作主频、波特率、输出特性等。其中任一智能节点可以利用查询方式通过,SJAl000,从,CAN,总线上获取所需的数据并把该数据传送到,PC,上显示，同时可以向总线上发送数据以供其他智能节点接收显示。,4.2,初始化程序流程图,节点的初始化主要是指系统上电后对微处理器和,CAN,控制器进行的初始化，以确定工作主频、波特率和输出特性等，这里只介绍下对,SJA1000,的初始化。首先要将工作方式置为复位模式，之后要设置验收滤波方式、验收屏蔽寄存器、验收代码寄存器、波特率参数和中断允许寄存器等。需要指出，对于同一个系统，定时寄存器的内容必须相同，也就是同步跳转宽度和通信波特率的大小，否则无法通信。具体的程序流程图：,4.3,发送程序流程图,发送程序负责节点的报文发送。只需将待发送的数据按特定格式组成一帧报文，送入,SJA1000,发送缓存区中，并将,SJA1000,的命令寄存器发送请求标志位置位。具体的程序流程图：,4.4,接收程序流程图,报文接收是由,SJA1000,控制器独立完成的，其接收的报文经验收滤波后，暂存在接收缓存器中。报文接收采用中断接收方式或查询接收方式，本文采用中断接收方式，具体的程序流程图：,5,硬件预算,结束语,经过学习和研究，电动汽车用,CAN,总线通信网络设计中，核心问题和难点是实现各节点按照设计要求实现实时通信。由于在研究生一年级课程比较多，时间和精力有限，我们小组决定只能做这么多，即实现多个节点间的通信。希望这今后的时间里，还能够有机会继续对电动汽车用,CAN,总线通信网络设计进行深入研究和学习。,