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【摘要】通過對(duì)車載主動(dòng)安全系統(tǒng)的研究,針對(duì)汽車等交通工具的嵌入式控制器局域網(wǎng)絡(luò),提出了一種通過磁電傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)的CAN總線設(shè)計(jì)方案。在簡(jiǎn)單介紹該CAN總線網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了節(jié)點(diǎn)嵌入式微處理器電路、CAN總線電路及傳感器信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì),并提出了基于J1939協(xié)議的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量電路的軟件流程圖。該設(shè)計(jì)方案的提出,為車載主動(dòng)安全的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】CAN總線;J1939協(xié)議;嵌入式微處理器
0引言
在對(duì)車載主動(dòng)安全系統(tǒng)的研究中,為解決汽車控制系統(tǒng)中,數(shù)量眾多的電子設(shè)備之間的通信問題,減少電子設(shè)備之間繁多的信號(hào)線,通過單一而穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)總線,將外圍器件掛接在該總線上,實(shí)現(xiàn)車載設(shè)備和多控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換,各操作單元之間的協(xié)作,并對(duì)各單元不斷變化狀態(tài)實(shí)時(shí)控制。在眾多的CAN總線協(xié)議中,J1939協(xié)議主要應(yīng)用在以CAN為基礎(chǔ)的汽車等交通工具的嵌入式網(wǎng)絡(luò)中。由于J1939網(wǎng)絡(luò)是專門用途的通信系統(tǒng),而不需要通用化,因此,基于J1939協(xié)議電控系統(tǒng)(ECU)的開發(fā)只須按照物理層搭建、數(shù)據(jù)鏈路層配置、應(yīng)用層設(shè)計(jì)即可。
1總體設(shè)計(jì)
1.1物理層搭建
物理層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中電控單元的電連接,物理介質(zhì)為屏蔽雙絞線,雙絞線終端電阻應(yīng)為120歐姆,從而防止數(shù)據(jù)在線端被返回,影響數(shù)據(jù)的傳輸,同時(shí)電流能夠?qū)ΨQ驅(qū)動(dòng)。
1.2數(shù)據(jù)鏈路層配置
數(shù)據(jù)鏈路層為物理連接提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,J1939協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層配置就是對(duì)協(xié)議數(shù)據(jù)單元的配置,PDU的7個(gè)域的信息應(yīng)由應(yīng)用層提供。PDU將被封裝在一個(gè)或多個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀中,并通過物理介質(zhì)傳輸?shù)狡渌W(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如果某特定參數(shù)組傳輸9字節(jié)或更多的字節(jié),則將使用傳輸協(xié)議功能RTS/CTS,BAM。該協(xié)議功能是數(shù)據(jù)鏈路層的一部分,可再細(xì)分為消息的拆裝、重組以及連接管理兩個(gè)主要功能。
1.3應(yīng)用層設(shè)計(jì)
J1939應(yīng)用層包含信號(hào)和報(bào)文兩個(gè)方面的設(shè)計(jì)。信號(hào)描述使用可疑參數(shù)編號(hào)定義,可疑參數(shù)編號(hào)為19位,用于標(biāo)識(shí)ECU相關(guān)的特定部件、元素或參數(shù),可以描述部件名稱、參數(shù)名稱、信號(hào)類型,著重描述參數(shù)組中的某個(gè)參數(shù);而報(bào)文描述用PGN定義,包含參數(shù)組名稱、傳輸更新速率、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、PDU和數(shù)據(jù)列表,主要描述整個(gè)參數(shù)組。他們之間相對(duì)于整體與局部的關(guān)系。
2硬件電路設(shè)計(jì)
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)主要由磁電傳感器輸出的模擬信號(hào)經(jīng)調(diào)理處理后,轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號(hào),經(jīng)CAN總線發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)?;贘1939協(xié)議的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試硬件電路采用嵌入式芯片STM32F107作為節(jié)點(diǎn)微處理器;外部振蕩器可選頻率范圍為3~25MHz,此處選用比較常用的8MHz晶振作為外部振蕩器。由于STM32F107嵌入式芯片內(nèi)部集成了BoschCAN控制器,該控制器符合CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn),與數(shù)據(jù)發(fā)送和接收有關(guān)的所有協(xié)議處理均由該控制器完成,不需要STM32F107的干預(yù),并可使用J1939協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。但由于該控制器不提供物理層驅(qū)動(dòng),所以選用TJA1040T作為總線驅(qū)動(dòng),與STM32嵌入式芯片管腳CANTX與CANRX相連。TJA1040是控制器局域網(wǎng)CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。它主要應(yīng)用在高速傳輸中,速度可達(dá)1Mbaud。TJA1040為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能,為CAN控制器提供差動(dòng)的接收功能。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速采樣過程中,須通過磁電傳感器對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。調(diào)理電路主要用于將磁電傳感器輸出的正弦信號(hào)調(diào)整為STM32能夠識(shí)別的外部計(jì)數(shù)脈沖,通過光隔離器TIL113將電信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào),實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的隔離。在通過電壓比較器LM239轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)。
3結(jié)束語(yǔ)
通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)的CAN總線物理層搭建及J1939應(yīng)用層通信協(xié)議的設(shè)計(jì),有效地解決了發(fā)動(dòng)機(jī)磁電傳感器電路中的CAN總線網(wǎng)絡(luò)的通信問題,滿足了實(shí)際應(yīng)用的需要,達(dá)到測(cè)試效果。
作者:羅茂元1 朱兆君2 單位:1.電子科技大學(xué)物理電子學(xué)院 2.四川城市職業(yè)學(xué)院