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。