大众汽车车载CAN总线系统设计开题报告

开 题 报 告文 献 综 述1 课题研究背景随着汽车电子技术的不断发展，汽车上的电子装置越来越多。较高档的汽车中，电子系统的成本已经超过总成本的 20%1，并且增长很快。汽车上新的技术增长点几乎无一不与电子技术和信息技术相关。车上的电子装置不断增加，使得连接这些装置的电子线路迅速膨胀，线束也越来越复杂，布线就越来越困难，在汽车设计，装配，维修中的负担甚至到了无法忍受的程度；而且线路以及接头的增加是引起安全问题的巨大隐患。另外，线的质量和占用的空间也都成为值得考虑的问题。质量的增加意味着降低汽车的效率；线路直径太大，在相当运动部分过线非常的困难，如车窗的线束等。因此，在电子装置不断增加的情况下，减少线束成为一个必须要解决的问题。使用传统的点对点并行连接方法，既然无法摆脱这种困境，基于串行信息传输的网络结构成为一种必然的选择2 国内外研究现状CAN 总线在国外已经被广泛的研究和接收，在国内也有一些的研究，主要集中在汽车行业和高等院校。1995 年，北京航空航天大学的教授邬宽明指导他的研究生完成了一个 CAN 网络系统2，用于食堂刷卡机的连网，并且投入使用后获得了好评。在这之前类似的系统都是使用 RS232 进行通信的，其稳定性，传输速度和传送距离都不及 CAN 总线。2000 年，浙江大学的葛林等三人写了一篇论文，关于 CAN 总线在汽车中的应用研究。研究了 CAN 总线的速度 3，抗干扰和通用性等问题。最后得出结论：CAN 总线能够满足汽车的需要。2001 年，吉林大学的程芳提出了一个车上控制系统 CAN 总线通信的实现方法 4。采用 SAEJ1939 通信协议在载货车上实现了 CAN 通信，设计了 ABS 控制器和变速器控制器的各个数据的高层通信协议。2002 年，江苏大学的刘惠等设计了一个基于 CAN 总线的客车后置发动机数据采集显示系统 5。该系统是汽车局域网 CAN 总线在现代客车上的具体应用，采用 89C52 单片机+SJA1000CAN 控制节点为核心设计了基于 CAN 总线的客车后置发动机数据采集显示系统，系统利用单片机通过传感器对于发动机的冷却水温、机油压力、转速、车速等信号进行采集，再用 CAN 总线传输所有信号，简化了汽车线束。文中还给出了数据采集通讯软件。同一年，中国人民解放军军事交通学院的赵慧敏，朱先民，王明国，赵芳庚，姜丁，吴晓等，提出了一种评价 CAN 总线系统 EMC 的一种新方法 6。介绍了评价汽车控制器局域网络的 CAN 总线系统电磁兼容性 EMC 的基本标准，给出了单线 CAN 容错 CAN 和高速 CAN 等不同 CAN 总线系统的测试装置、评价标准及评价方法。同一年，Pisa 大学的 F.Baronti，D.Lunardini，R.Roncella and R.Saletti 等，谢了一篇关于 CAN 总线在摩托车上应用的文章：Low-Cost CAN-Based Communication system for High-End Motor-Scooter7。研究了廉价的 CAN 总线在摩托车上使用的可能性。3 研究的目的和意义 尽管 CAN 协议已经有 27 年的历史，但它仍处在改进之中。现在，CAN 在全球市场仍然处于起始点，当得到重视时谁也无法预料 CAN 总线系统在下一个 10-15 年内的发展趋势。这里需要强调一个现实，近几年美国和远东的汽车厂商将会在他们所生产汽车的串行部件上使用 CAN。另外大量潜在的新应用，例如娱乐，正在呈现。CAN 不仅可用于客车，也可用于家庭消费。同时，结合高层协议应用的特殊保安系统对 CAN 的需求也正在稳健增长。德国专业委员会 BIA 和 德国安全标准权威 TUV 已经对一些基于 CAN的保安系统进行了认证，CANopen-Safety 8是第一个获得 BIA 许可的 CAN 解决方案。DeviceNet-Safety 也会马上跟进，全球分级协会的领导者之一 Germanischer Lloyd 正在准备提议将 CANopen 固件应用于海事运输 9。4 本课题研究的内容1 在广泛收集国内外相关文献资料的急促上，对 CAN 总线技术在国内外的研究应用状况、CAN 总线的相关理论与技术要点予以概括和与分析。2 以大众系列典型的车载 CAN 总线网络系统为代表，研究分析车载 CAN 总线网络系统的组成结构及功能特点，并对车载 CAN 总线网络应用方案予以设计总结。3 利用单片机和 CAN 控制器 SJA1000、收发器 PCA82C250 等元器件，设计开发车载CAN 总线测控节点并与原车身舒适系统 CAN 总线网络匹配，完善和改进原车身舒适系统的 CAN 总线控制功能及其存在的不足。5 CAN 系统的组建方法5.1 CAN 节点的组成CAN 节点主要由 CAN 控制器 【10】 ，CAN 驱动器，单片机（或其它智能装置）组成。在使用 CAN 总线时，首先就要考虑使用什么样的 CAN 控制器。CAN 控制器有集成的和独立的两种形式，集成的 CAN 控制器成本低，速度快，可靠性高；独立的 CAN 控制器兼容性好，软件可以实用于其它系统，适应性强 【10】 。如：Bosch 公司就广泛使用集成的CAN 控制器。5.2 常见的 CAN 网络结构网络结构对系统的特性有很大的影响，CAN 网络一般使用总线结构，所以 CAN 网络又称作 CAN 总线，CAN 总线又有多种连接方法。CAN 网络结构选择的原则是：在同样的硬件参数下，尽量提高网络的电磁兼容性。另外，为实现一些特定的要求，有时需要采用一些特殊结构，如无线连接，多终端的呈形结构等 【1】 。6 车上 CAN 协议的发展现状6.1CAN 网络基础协议当提到“CAN 标准”或“CAN 协议”时，我们需要理解 ISO11898 标准中的功能性【11】 。这个标准包括由 ISO 参考模型的物理层（第一层）和数据连接库（第二层） ，没有规定应用层。现在，数据链路层有两种形式现在都被广泛使用，一种具有 11 位 ID标识符的 BasicCAN，另一种是带有扩展成 29 位 ID 标识符的高级形式 PeliCAN，各使用者根据不同的要求有不同的选择。汽车上一般使用 BasicCAN，也有使用 PeloCAN 的。6.2CAN 网络高层协议（应用层）由于 CAN 也在非汽车自动化中被广泛使用，几乎同时产生了几个较高层协议和并放式系统方法。今天，DeviceNet 【12】 ，CANopen 【8】 和 SDS【12】 这三种基于 CAN 的开放式系统已经成熟其标准已经形成。这三个标准给人留下一个印象，那就是它们具有相同的功能性，虽然这三个标准采用的方法不尽相同，最明显的不同是信息标示符的使用也自由但相对于有些限制。现在，汽车上使用 DeviceNet 较多。参考文献：1秦贵和.车上网络技术. 北京：机械工业出版社，20032邬宽明.CAN 总线原理与应用系统设计.北京，北京航空航天大学出版社，19963葛林.CAN 通信网络在汽车中的应用研究.汽车技术，20004程芳.车辆控制系统 CAN 总线通信的实施方法.汽车工程，2001.55刘惠.基于 CAM 总线的客车后置发动机数据采集显示系统，车辆与动力技术，20026赵慧敏，朱先民，王明国，赵芳庚，姜丁，吴晓等，评价 CAN 总线系统 EMC 的一种新方法. 汽车电器，2001，第 7 期7F.Baronti,etc. Low-cost CAN-Based communication System for High-End Motor-Scooter.SAE Paper 2002-01-21548周立功.CANstarter-I 开发套件应用指南 V1.1,20039Bosch,CAN specification,Version 2.0,1991,Robert Bosch GmbH10PHILIPS.SJA1000 stand-alone CAN controller product specification,200011ISO-IS 11898 , Road vehicles Interchange of digital information Controller Area Network(CAN) for high speed communication,199312CiaDS 201-207，CAN Application Layer for Industrisl Applications,199613黄维通.Visual C+面对对象与可视化程序设计.清华大学出版社,200314广州周立功单片机发展有限公司。STA1000 独立的 CAN 控制器，200315王练.CAN 在大众汽车上的应用.上海大众，2000 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1. 本课题要解决的问题：本汽车 CAN 总线系统由三个节点（至少三个节点才能说明通信网络的正确性）组成，并通过控制器局域网（CAN-bus）连接起来，形成一个基于 CAN 总线的通讯网络。第一个 CAN 节点（node-1）是由计算机构成的控制平台，通过 CAN 总线设定电机的运行参数，并实现显示反馈的电机运行情况。首先制作一块 CAN 到 LPT 到转接卡，实现 CAN 总线接入计算机，然后编写总线驱动程序和低层 的接口函数库，最后完成控制平台的应用程序。第二个 CAN 节点（node-2）和第三个节点（node-3）分别由 89C51 系列的单片机构成，保持与 node-1 的通信，根据 node-1 的要求实时监控一个直流电机，并反馈电机的运行情况。单片机通过 CAN 控制器和 CAN 的驱动器接入 CAN 总线，要为 CAN 控制器编写正确的初始化程序。对小型直流电动机的速度控制采用 PWM 调速，控制平台接收操作人员给出的 PWM 的占空比，然后把含有占空比的控制信息发送给指定的节点。节点 MCU 接收到控制信息后，首先分析该控制信息的性质，然后根据控制信息做出相应的操作。当接收到含有占空比的控制信息，MCU 就改变输出的 PWM 信号的占空比，该 PWM 信号经放大后用来驱动电机，达到调速的目的。速度的测量使用霍尔效应传感器。霍尔效应传感器感应的电机的转动产生脉冲信号，经放大后送 MCU 计数，MCU 计数一秒得到电机的转速，MCU 把数据打包上传到 CAN 总线。Node-1 从总线上接收到的数据，控制平台实时显示。 2.通过本课题要完成的目的：1 综合运用 CAN 总协议。2 提高自己分析与解决问题的能力，初步形成科学研究的能力。3 研究分析车载 CAN 总线网络系统的组成结构及功能的特点。4 对车载 CAN 总线网络应用方案予以总结。5 利用单片机和 CAN 控制器元器件，设计和开发 CAN 总线测控节，并于原车舒适系统的 CAN 总线网络匹配。6 完善和改进原车身舒适系统的 CAN 总线控制功能及其存在的不足。7 提升原车身舒适系统的安全与舒适性。 开 题 报 告指导教师意见：指导教师： 年 月 日所在系审查意见：系主任： 年 月 日