汽车can总线系统原理、设计与应用

汽车轮速传感器设计中CAN总线的应用

目前，网络技术是汽车电子领域发展的一项新技术。它不仅是解决汽车电子化中的线路复杂和线束增加问题的技术，而且其通讯和资源共享能力成为新的电子与计算机技术在车上应用的一个基础，是车上信息与控制系统的支撑。

汽车电子网络按功能可分为面向控制的网络（CON）和面向信息传输的网络（ION）。按网络信息传输速度，美国汽车工程师协会（SAE）将网络分为A， B，C三类。A类为低速网，波特率在9600bps以下，进而波特率在125kbps以下为中速网B类，125kbps以上为高速网C类。车轮速度（即车轮绕轮轴旋转的线速度）传感器（简称轮速传感器）信号，可供发动机控制模块、防抱制动系统（ABS）控制模块及仪表控制模块共享，使车辆在制动过程中，防抱制动控制模块和发动机控制模块联合控制，达到最佳制动效能。发达国家虽已普遍使用ABS系统，但对轮速信号处理的方法以硬件和软件的形式作为ABS系统的电子控制器（ECU）的一部分而制成专用电路和芯片加以保护。国内对轮速信号的处理大多存在轮速识别的门槛值过高（车速即车体的速度低于10km/h时就无法正确测量车轮速度）的问题。

笔者利用研制的转鼓轮速传感器试验台进行试验，针对轮速传感器产生的信号特点，设计了基于CAN总线的汽车轮速传感器信号处理电路，并用单片机对此信号采集、量化。结果显示：设计出的轮速传感器系统具有轮速测量门槛低（车速达3km/h）、工作可靠、抗干扰能力强等优点，同时，可作为CAN总线局域网的测点，实现传感器信号的数字化、网络化的变送。

轮速传感器

由于磁电式传感器工作稳定可靠，几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响，所以，目前在汽车中使用的轮速传感器广泛采用变磁阻式电磁传感器。变磁阻式轮速传感器由定子和转子组成。定子包括感应线圈和磁头（为永久磁铁构成的磁级）两部分。转子可以是齿圈或齿轮两种形式。齿轮形式的转子。磁头固定在磁极支架上，支架固定在长轴上，齿圈通过轮毂、制动毂连为一体，长轴穿过车轮与内部的轴承配合，。

车辆工程技术33车辆技术

1　汽车仪表研究发展现状 从国内外汽车仪表研究发展而言，按仪表工作原理进行划分，汽车仪表主要经历了机械作用力汽车仪表、电测原理仪表、模拟电路电子式汽车仪表及电动式全数字汽车仪表四代的发展，且随着计算机技术、微电子技术及控制技术的快速发展，汽车仪表智能化水平不断提高，车载信息服务系统是汽车智能仪表发展的一个重要成果。该系统融合了汽车电子信息技术、通信技术等技术，并以无线数字通信和3S（全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感技术RS）为基础，通过无线通信网将交通信息反馈给驾乘人员。虽然汽车仪表得到了很大发展，但是在信息传输过程中数据精度损失是一个普遍问题，这个问题的存在对书库辨识及反馈信息的可靠性有直接影响。另外，传统汽车仪表主要以机械式为主，通讯方式为线束，这就存在着电子干扰大、显示精度低、仪表体积大及难以实现信息共享等不足，因此如何克服传统汽车仪表不足，提高汽车整体水平一直都是国内外汽车仪表设计中的一个研究重点。2　汽车智能仪表总体结构设计及功能 汽车智能仪表总体结构设计方案是在整合系统整体结构、功能、可靠性、抗干扰性及信息可实现性分析基础上而得出的关于汽车智能仪表总体结构设计的方案，其目的在于提升汽车仪表整体功能，对汽车后续工作起着重要作用。 汽车智能仪表在汽车整体结构中发挥着重要功能。其不仅能够及时准确的展示发动机转动速度、车辆运行速度及燃油量等信息，从而为驾驶人员操作提供具体指导，而且其运用实现了对汽车各部门零件运行状态、车载设备的实时性检测，让驾乘人员能够及时发现异常状况及采取相应补救措施，从而确保行车安全。另外，汽车智能仪表实现了个性化应用，能够更好满足不同用户的使用需求。随着科学技术的快速发展，智能仪表功能也在不断扩展，雷达、电子地图导航等功能的实现和应用为人们提供了更加的车载信息服务。3　基于CAN总线技术的汽车智能仪表设计3.1　CAN内涵及特点 CAN（控制局域网），其最先由德国为汽车行业监测与控制而设计，目前已是现阶段国际上应用紫薇广泛的现场总线形式之一。CAN是汽车运行好形式环境中的一种重要微控制器通讯，在各个汽车装载的ECU间交换数据信息，形成包括汽车仪表设备、汽车电子主干系统等在内的汽车电子控制网络。控制局域网为多主方式串行通讯系统，具有很强的位速率及抗干扰等特点，即使在10km的信号传播速度下也能提供高频率数据传输信息，从而保证分布式控制及实时性控制通讯传输网络的实现。3.2　系统硬件设计 基于CAN总线技术应用下的汽车智能仪表系统硬件设计主要包括系统总体结构、主要控制器、步进电机及LCD模块等方面。（1）系统总体结构。CAN总线智能仪表硬件系统来自汽车传感器车速、转速、水温及机油压力信号等方面。其中，车速和转速为重要脉冲信号，经过整形和光电隔离加工后运送至单片机中，进而完成脉冲信号测量。而水温和机油压力则是模拟信号，经过前置处理操作进入单片机A/D转换输入端中，测量结果则由单片机传送至步进电机驱动模块，使得车速、转速、水温及机油压力等得以显示。（2）控制器。智能仪表主要控制器为新型微型控制器，该新型单片机是基于原有智能仪表上的发展，应用最新工艺结果制造而成，具有强大的指令功能、系统维护、系统诊断及系统优化等功能。（3）步进电机。基于CAN总线技术智能仪表硬件系统应用微型步进电机，其在汽车仪表板指示和其他设备指示中起着关键性作用，且具有低能耗、高精确度等优点。步进马达驱动操作的实现依靠两路逻辑脉冲信号，在5-10v脉冲下可进行工作，最大驱动频率达到1100Hz，输出轴步距角最小达到了1/12度，分为驱动模式和微步模式两种驱动模式，且可以根据不同高速度运动进行操作调节。（4）LCD模块。主要用于显示汽车运动历程，以千米为单位。目前，8位段样式模块就可满足LCD模块车里程需要。3.3　系统抗干扰设计 汽车在行驶过程中往往会受到温度、湿度及振动等因素影响，为确保汽车仪表系统应用效果，就必须进行系统抗干扰设计。基于CAN总线技术汽车智能仪表设计中，通常采取噪声耦合限制和低噪声电路设计的措施来降低抗干扰敏感度。而从硬件层面上而言，则可曹勇宽电压输入方式实现操作对电源干扰的减少，同时结构实际对电源电压输出模块进行调整。通过在电源模块上安装相应电容滤波网络，可以有效提升电源稳定性，从而降低干扰。针对系统操作通道干扰，可以尽可能选择宽敞、温度适宜及抗干扰性能好的零件为元器件，并在CAN总线操作全过程通道和主要控制器间安全使用光电偶合器，这样就可以有效避免通道与主要控制单位间的相互干扰。而在软件方面，则可以充分发挥系统内部看门狗系统作用，在发生干扰情况下及时采取有效措施予以复位。4　结束语 综上所述，CAN总线技术在汽车智能仪表设计中的应用具有显著优势。随着汽车工业的快速发展，人们对汽车性能、可靠性及舒适性等要求要越来越高，因此相关人员应进一步加强CAN总线技术在汽车智能仪表设计中的应用研究，以充分发挥CAN总线技术应用优势提高汽车性能与抗干扰能力，促进汽车工业更好更快发展。参考文献：[1]朱晓红.基于无线传输技术的汽车智能仪表设计[J].机械设计与制造工程,2016(10):52-55．[2]张丽凤.汽车智能仪表设计与CAN总线技术应用[J].自动化与仪器仪表,2017(11):165-167.汽车智能仪表设计与CAN总线技术应用浅析李　龙（河北中兴汽车制造有限公司,河北 保定 071000）摘　要：汽车仪表是汽车与驾乘人员交流的重要平台，在提升汽车行驶安全性、便捷性等方面有重要作用。随着汽车行业的快速发展，汽车仪表显示信息种类越来越多，人们对仪表系统也有了更高要求。而基于单片机控制的汽车智能仪表具有多功能、多渠道及高精确度等优点，且CAN总线运用分布式和实时性控制系统，能够有效提高汽车仪表抗干扰能力，从而确保仪表系统稳定、可靠运行。本文主要对汽车智能仪表设计与CAN总线技术应用进行了探讨，旨在促进汽车智能化仪表应用技术水平的提高，为汽车行业发展提供设备技术保障。关键词：汽车智能仪表；设计；CAN总线；技术应用

CAN总线在汽车领域中的应用

摘要：本文介绍了can总线的基本知识，并简要介绍了几个基于can总线应用。应用mcp2510 can控制器和tja1050 can收发器设计一种倒车雷达的can总线智能节点；一种基于can总线嵌入式linux汽车行驶记录仪的设计方法；一种基于can 总线的汽车发动机智能冷却系统的设计方案。

关键字：can总线；嵌入式linux；行驶记录仪；发动机冷却系统；智能控制；：倒车雷达

can总线(can controller area network)其全称为“控制器局域网”意思是区域网络控制器。它是国际上应用最广泛的现场总线之一。can总线最早是德国bosch公司为解决现代汽车中众多的电控模块之间的数据交换而开发的一种串行通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1mbps，距离可达lokm。

从本质上说，can是一种串行数据通信协议，can协议采用面向比特的数据传输方式。它符合开放系统互联(osi)国际标准。但只取其中的物理层和数据链路层，外加一个用户层，目的是提高数据流通速度，满足数据传输的实时性。

can总线由导线、控制器、收发器和终端电阻组成。导线是采用两根普通铜导线绞在一起的双绞线。控制器：系统内的每个单元都有控制器，它对收到和发送的信号进行翻译。收发器：每个控制单

元内都配置收发器，负责接收和发送网络上共享的信息。终端电阻：整个系统共有两个终端电阻，分别装在系统的两个控制单元内，其作用是阻止can总线信号产生变化电压的反射。当终端电阻出现故障时，则因为线路的反射影像，控制单元的信号无效。

1、基于车载can总线的倒车雷达智能节点设计

图1给出了一种车载can网络架构的其中一部分，包含6个电控单元，分别为发动机控制模块、车身控制模块、防抱死刹车模块、仪表及倒车雷达。网络中的每个电控单元都可视为一个节点(node)．每个节点均集成有can控制器和can收发器．可通过对报文标识符滤波的设置实现点对点、一点对多点或全局广播的数据接收方式。

CAN总线介绍

CAN总线，即控制器区域网络（Controller Area Network），是一种国际标准的串行通信协议，用于在汽车和工业领域中进行高速数据传输。CAN总线的设计目标是提供一个可靠、高效、实时的通信方式，以满足复杂系统的需求。下面将详细介绍CAN总线的特点、结构、工作原理以及应用领域。

一、CAN总线的特点：

1.高可靠性：CAN总线采用差分信号传输，具有较强的抗干扰能力，能够在恶劣的工作环境下保持稳定的通信质量。

2.高效性：CAN总线采用了固定格式的数据帧和强大的错误检测与修复机制，使得数据传输更加高效可靠。

3.实时性：CAN总线支持实时性要求较高的应用，可以实现微秒级的数据传输延迟。

4.灵活性：CAN总线可以连接多个节点，节点之间可以通过CAN总线进行双向通信，同时支持错误检测与错误恢复。

5.易于应用：CAN总线采用了开放式的标准协议，有着广泛的支持和应用经验，易于集成和开发。

二、CAN总线的结构：

1. 主控器（Master）：负责总线管理，包括数据的发送和接收、帧结构的解析、错误处理等。

2. 从控器（Slave）：负责接收主控器发送的数据帧，并根据需要进行相应的处理和响应。 3.总线线缆：用于在各个节点之间传输数据和控制信息的物理介质。

4. 高速传输率：CAN总线通常有两种速率可选，分别是高速CAN（1Mbps）和低速CAN（125kbps）。

三、CAN总线的工作原理：

1.数据帧格式：CAN总线的数据帧包括了4个主要部分：起始符、控制字段、数据字段和结束符。其中，控制字段包括了帧类型、帧长度、帧优先级、帧标识符等信息。

2.帧结构与地址：CAN总线通过帧标识符来区分不同的数据帧，并根据优先级进行数据传输，同时可以通过标识符来实现多个不同类型的数据帧。

3.错误检测与修复：CAN总线采用循环冗余校验（CRC）方法进行错误检测和修复，可以检测到传输过程中的位错误、帧错误等，并进行相应的错误恢复措施。