CAN總線行車記錄儀設計
CAN總線(CAN.bus) 是一種串行多主站控制器局域網總線,其主要原理是把車輛上相關控制器都聯(lián)系起來,實現(xiàn)發(fā)動機控制器,變速箱控制器,ABS控制器,車身控制器,儀表及其它控制器的通信。CAN—bus系統(tǒng)除了使整車線束更少、更井井有條,整車重量更輕外,更大的好處是做到了全車信息即時共享。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/201610/309831.htm本文探討基于CAN總線的行車記錄儀設計和實現(xiàn),詳細闡述了系統(tǒng)的整體結構、硬件電路設計、軟件設計流程。所開發(fā)的行車記錄儀用于在車輛行駛過程中實時采集汽車CAN總線數(shù)據信息,并將數(shù)據存儲在u盤中,以u盤為載體傳輸給PC機,可運用PC機上的軟件對數(shù)據進行分析。克服了以往現(xiàn)場數(shù)據采集系統(tǒng)必須有一臺計算機的模式,可實時了解汽車運行期間各種數(shù)據信息變化,同步記錄行駛狀況,在車輛長時間測試或行駛以后,記錄的數(shù)據用于分析車輛行駛性能以及各部件的運行情況,方便了標定和設計工作的進行。
1 系統(tǒng)整體結構設計
由于CAN串行通訊總線的良好特性,被廣泛地應用于現(xiàn)場數(shù)據采集系統(tǒng)、汽車制造業(yè)和航空工業(yè)等領域。本文所設計的基于CAN總線數(shù)據記錄儀是應用在奇瑞汽車 A5車型上的,對整車CAN網絡上的節(jié)點數(shù)據進行采集和存儲。A5是第一款應用CAN bus總線系統(tǒng)的自主品牌國產轎車,其CAN—bus主要應用在傳動部,在車身部、ITS部和信息部等也有少量的應用。對A5這款首次使用CAN技術的車型進行實時數(shù)據采集,可了解汽車運行期問各種數(shù)據信息變化,對A5乃至后續(xù)所有車款的研發(fā)來說,都有著非常重要的意義。
CAN總線行車記錄儀的整體結構框圖如圖1所示。
CAN 總線行車記錄儀工作時應掛接到汽車CAN總線上成為一個CAN節(jié)點,以便采集CAN數(shù)據信息。由圖1所示,該系統(tǒng)不僅采集車內的CAN總線消息,還可根據需要實時采集模擬信號量。液晶屏用來顯示采集的各路信號值,具有掉電保護功能,重新通電后,即可恢復顯示原有數(shù)據。采集到的數(shù)據除了用液晶屏實時顯示給用戶外,還可通過USB接口芯片CH375 將之存儲到u盤中,供實驗員拿回實驗室分析使用,如要實現(xiàn)存儲功能,按下存儲開關即可。

圖1 系統(tǒng)整體結構
2 系統(tǒng)硬件設計
根據系統(tǒng)的整體結構,硬件電路主要有如下幾個大模塊:主控制器模塊、液晶模塊、CAN驅動器模塊、電源模塊、CH375接口電路模塊。
2.1 主控制器模塊
系統(tǒng)CPU采用Freescale公司的MC9S12XD 系列單片機。它是控制和通信部分的核心,不僅負責系統(tǒng)初始化設置及報文接收,而且實現(xiàn)有關的數(shù)據判斷處理和顯示。片內集成了構成單片機控制系統(tǒng)和數(shù)據采集系統(tǒng)所需的幾乎全部模擬和數(shù)字外設及其它功能部件,其主要特點如下:
(1)MC9S12XD系列帶有獨特的XGATE協(xié)處理器,本系統(tǒng)中CAN信號的接收是由中斷程序完成的,而中斷處理程序交給XGATE來處理,這樣將減輕CPU負荷,提高系統(tǒng)的反應速度。
(2)帶有l(wèi)6個模數(shù)轉換通道,給采集模擬信號提供了硬件支持,并可編程選擇精確到10位精度。
(3)帶有5個MSCAN模塊,內部集成有CAN控制器,對CAN 模塊的配置實質上轉化為了對單片機相應寄存器的配置,使用方便靈活。
(4)背景調試模式BDM 的支持,使得芯片的調試極為方便,加快了產品開發(fā)周期。
(5)豐富的中斷源,為系統(tǒng)在非操作系統(tǒng)支持下運行提供了充分的保障。
2.2 液晶顯示模塊
系統(tǒng)采用的是WYM19264液晶,分3屏顯示,每屏可顯示容量為64x64的點陣。該液晶外部接口采用20腳針式插座,與單片機的連接電路也比較簡單,其中片選信號CS1、CS2分別與單片機的PH6、PH5相連,控制信號RS、R/W、EN分別與PK4、PJ1、PJ0相連,8條數(shù)據線 (DBO~DB7)則連接PB端口的8個引腳(PB0-PB7),實行并口傳輸。
2.3 CAN驅動器模塊
CAN 驅動器接口芯片選用PAC82C250,它是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口, 主要是為汽車中高速通訊(高達1Mbps)應用而設計的。此器件對總線提供差分發(fā)送能力,對CAN控制器提供差動接收能力,具有抗汽車環(huán)境中的瞬間干擾而保護總線功能。其管腳8(Rs)允許選擇不同的工作模式:高速、待機、斜率控制,本系統(tǒng)中將管腳8接地,選用其高速模式。而RX、TX則與單片機CAN模塊引腳相連,本系統(tǒng)中選用的是CAN0模塊,即分別與RXCAN0、TXCAN0連接。
2.4 電源模塊
記錄儀電源取自12V車載蓄電池電源,該電源除供系統(tǒng)工作外,還擔負點火、照明、信號等設備的供電,電源波動大,干擾嚴重,由于汽車在行駛過程中,可能遇到路面狀況比較惡劣的情況,會出現(xiàn)記錄儀電源接口由于劇烈震動所造成的松動或接觸不良,因此電源模塊必須精心設計才能滿足需求。
電源模塊電路簡圖如圖2所示,其中U1是由電池提供的6V備份電源,U2(主電源)是車載12V電源,該電源模塊被分成2路,經7805穩(wěn)壓后的+5v 電壓單獨給液晶供電,經4275轉換后的VCC給整個單片機及輔助電路供電。系統(tǒng)正常工作時,D1處于截止狀態(tài),備份電池不起作用,一旦失去主電源供給,則D1迅速導通,備份電源自動啟動為系統(tǒng)供電。

圖2 電源模塊
電源模塊此種設計方案有2個原因,如下所示:
(1) 備用電池的采用。記錄儀存儲采集數(shù)據,即將采集數(shù)據按順序寫進為記錄文件所分配的簇中,當采集結束時實驗員斷開存儲開關或者因掉電而采集被迫終止,單片機都需要做關閉記錄文件這一重要處理。關閉文件就是將文件實際長度和采集數(shù)據記錄總數(shù)寫進文件相關頭中。假如不正確關閉文件,或者因為掉電來不及關閉文件,Windows將無法找到文件的末尾,PC機軟件也因找不到采集數(shù)據的末尾而無法打開文件,此時,所做的采集工作將因此失敗。為了防止因掉電而無法關閉文件,本系統(tǒng)采用了備用電池。
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