基于CAN总线的汽车车身电器控制系统的研究

王学士

（杭州浙大奥博汽车电器有限公司，浙江 杭州 310030）

1 引言

随着汽车电子技术的迅猛发展及对汽车性能要求的不断提高，汽车上的电子装置越来越多，如：发动机电子控制装置、ABS、自动变速箱控制系统、自动巡航控制系统以及车身上的自动空调系统、电动门窗、电动后视镜、自动亮灯系统、电动座椅等。这些电子装置之间巨大的数据交换量，如果仍然采用传统的数据交换的方法，即用导线进行点对点连接的方式，将是难以想象的，而且，在传统的汽车电器中，仅有开关和执行器等这样的简单设备，并且各个设备之间采用点到点的方式进行连线。随着汽车其它电器的增加，这种连接方式直接导致了汽车的线束越来越庞大，线束的体积、可靠性、重量已成为日益突出的问题。然而，总线技术的快速发展为解决此问题提供了可能。通过总线技术，可以将汽车上的各电子装置及设备连接起来，实现相互间的信息共享，这样既减少了线束，又可更好的控制和协调汽车的各个系统，使汽车的各项性能达到最佳效果。

2 CAN总线概述

2.1 节点的概念和组成

CAN总线上的节点是指连接在CAN总线上的传感器部件、执行部件或控制器单元等。CAN总线是通过允许节点间对等的传播数据来实现网络之间的数据通讯。CAN总线节点之间的通讯，既可以是单向的，也可以是双向的，这个视具体情况而定。

CAN节点的构成是多种多样的，但是由于受到总线收发器物理信号驱动能力的限制，在一个CAN总线网络上，最多可挂接110个节点设备。CAN节点设备的关键部分是CAN网络控制器和CAN总线收发器，由它们来实现CAN总线的物理层和数据链路层之间的通讯协议。图一是CAN总线节点常用的结构示意图，信息通过CAN控制器和CAN收发器发送到总线，并在另一个节点由收发器和控制器接收到单片机中。

图1 CAN总线节点结构示意图

2.2 CAN总线的基本特性

CAN总线的基本特性有多个方面。下面简要介绍几个方面：报文：节点一次性要发送的数据块。CAN总线上的信息以不同格式报文发送，但长度有限制。当总线开放时，任何连接单元都可以开始发送一个新的报文。位速率：CAN的数据传输率在不同系统中是可以各不相同的。但是，在一个给定系统中，数据传输速率是唯一的并且是固定的。优先权：在总线访问期间，标识符定义了一个报文静态优先权。当多个节点同时发送数据时，可以通过优先权来决定占用总线的数据。

3 基于CAN总线的汽车车身电器控制系统设计

3.1 节点划分

我们可以将汽车车身电器分为八组，每组由一个节点与CAN总线相连。这些节点分别为：开关控制节点、前照灯控制节点、后尾灯控制节点、左前门控制节点、左后门控制节点、右前门控制节点、右后门控制节点及雨刮器控制节点等。具体如图2所示：

图2 汽车车身电器控制系统节点分布

3.2 CAN节点硬件设计

CAN总线各节点的硬件设计是重点。我们把汽车车身电器划分的八个节点，按照硬件组成分为三类：输入节点、输出节点、网关节点。我们采用S9S08DZ60单片机做为微处理器（此微处理器本身带CAN模块），收发器采用TJA1050，输出接口使用功率芯片直接驱动执行器件，这样就组成了CAN总线节点硬件电路。其电路结构如图3所示：

图3 CAN总线节点硬件电路结构

3.3 软件设计

汽车车身电器各节点主程序的主要目的是监控本节点中各电器的运行状态，采用查询方式编程。输入节点的主程序主要查询开关的闭合或断开状态，并将查询的状态存入单片机的寄存器中。要注意的是，输入节点中监测开关信号时，要加适当的延时以避免开关抖动产生错误判断。输出节点的主程序主要查询CAN总线上的数据来控制相应的电器。网关节点的主程序查询总线所有总线上的数据并将遵照CAN协议的将数据转换为符合标准的数据。下面简要介绍输入节点程序流程图，如图4所示。

图4 输入节点程序流程图

4 结语

由于卓越的实时特性、极高的可靠性和独特的性能，CAN总线己经在汽车工业、航空工业、控制安全防护、嵌入式网络和保安系统等领域得到了广泛的应用。随着汽车车身电器技术的进一步发展，就像在20世纪70年代引入集成电路，80年代引入微处理器一样，CAN总线技术的引入也将是汽车车身电器技术发展的一个里程碑。

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