基于CAN总线汽车组合仪表的设计与研究
马秋香
摘要：汽车组合仪表作为人车交互的窗口，为驾驶员提供能够反映汽车运行状态的各种参数，是汽车必不可少的装置。随着商用车汽车电子技术和总线的快速发展，同时人们对驾驶室性能和安全舒适性要求的不断提高，基于CAN总线技术的网络化、智能化已成为商用车组合仪表开发和应用的热点。
以往商用车组合仪表多数采用模拟量十字交叉线圈电磁式工作原理，其精度、响应速度、质量等方面难以有根本突破，然而随着CAN网络技术在商用车的应用日益广泛，为组合仪表的信号采集处理，由模拟式向数字化方向的转变提供了技术支持，因为商用车国IV、国VI排放法规要求和ABS标准在我国全面实施，发动机ECU、ABS控制器等与整车信息的交互是采用CAN通讯模式，如发动机转速、水温、油耗、电压、机油压力、扭矩、巡航及各种报警信号，所以基于CAN总线的组合仪表应运而生。
关键词：CAN总线；CAN协议；组合仪表；商用车
【分类号】：TG333.7
1. 商用车及CAN总线的介绍
1.1 商用车CAN组合仪表概述
本项目采用总线技术设计汽车仪表通讯系统，综合数据采集、信号分析、仪器面板等多项内容。利用传感器节点采集转速、耗油、速度等模拟或数字信号，进行预处理后通过CAN总线传送到嵌入式车载计算机，进行分析处理，得到发动机转数、汽车车速、油耗、温度及转向灯等信息，然后将它们在LCD显示屏显示出来。
1.2 CAN总线的简介
CAN是Controller Area Network的简称，译为控制器局域网络，是由德国BOSCH公司开发的，该公司以研发和生产汽车电子产品著称。这项技术一经开发，立即引起了世界范围内的相关领域专家、学者的目光，CAN的高性能和高可靠性也得到了全世界汽车厂商和通信领域专家的认同，并通过ISO 11898和ISO11519的国际标准化处理，先作为欧洲汽车行业的汽车网络标准协议，然后成为了国际上运用最广泛的现场总线之一。CAN总线的属于通信工程方面的技术，它是以报文为单位进行数据传递，采用了最低的二进制数，这样的传递方式具有最高的优先级，使得CAN总线的通讯传输具有较高的效率，达到了数据的物理传输通路有较高的速度的要求，能对数据进行实时处理，实现数据的快速传达。CAN总线的先关通信工程技术不仅被用于商务车的组合仪表的开发与应用，还被广泛的应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面，走进人们的身边，为人类社会创造一个又一个的经济增长点，推动全世界的科学技术发展。
1.3 CAN总线的特点
由于采用许多新技术及独特的设计，CAN总线与一般的通讯总线相比，他的数据通讯具有突出的可靠性、实时性和灵活性，其特点主要为：
1）CAN总线为多方式工作，网络上任一节点均可在任一时刻主动向网络上其他节点发动信息，不分主次；
2）CAN总线上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时需要，优先级高的数据优先传输；
3）CAN总线采用非破坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息发送冲突时，优先级低的节点会主动退出发送，而优先级高的节点可不受影响的绩效传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间，尤其在网络负载率很高的情况下，也不会出现网络瘫痪的情况；
4）CAN节点只需求通过对报文标识符滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送接收数据；
5）报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低。保证数据出错率低；
6）CAN的每帧信息都有CRC校验及其他校错措施，具有极好的校错效果；
7）CAN节点在错误严重的情况小具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响；
8）CAN总线具有较高的性价比，它结构简单，器件容易购置，每个节点的价格低，而且开发技术容易掌握。
2. 基于CAN总线的组合仪表的整体设计
2.1 基于CAN总线的组合仪表的硬件设计
基于CAN总线的组合仪表作为一个整体的系统，硬件方面主要包括电源模块、CAN总线模块、步进电机模块和LCD液晶显示模块。目前，世界上大多数的商用车采用的蓄电池是提供的电源电压是24V，而CAN总线的组合仪表系统中的多个电子元器件，例如芯片MCP2511、处理器V850-3425等都只适用于5V的电压，所以应该在基于CAN总线的组合仪表系统中加入能解决电压转换问题的分流稳压的电路方法。这个分流稳压电路中存在一个非常关键的电阻，这个电阻的阻值控制了三极管两段的电流，可以防止三极管过热，烧毁电路，增强CAN总线的组合仪表系统的安全性。CAN总线模块是CAN总线的组合仪表系统中的关键模块，它由一个一个的CAN节点组成，每一个CAN节点又是由微处理器、CAN控制器和CAN收发器三部分组成。每一个CAN节点都严格按照CAN通信协议发出信号、传递信号、接收信号。正如前文所述，CAN节点是以报文为单位进行数据传递，采用了最低的二进制数，每一个CAN节点接收到上一个节点发出的信号后，都要对信号进行收集、过滤，把其中的数据和接收识别码的内种进行比对，两者一致的情况下才会真正接收这个信号，并读取信号中的数据，对数据进行处理、分析，并向下一个CAN节点传送。在存储空间方面，寄存器的并行位数将决定了CAN总线的组合仪表系统的开关量，开关量越多，数据的传输效率越高，达到了数据的物理传输通路有较高的速度的要求，能对数据进行实时处理，实现数据的快速传达。
2.2 基于CAN总线的组合仪表的软件设计
基于CAN总线的组合仪表作为一个整体的系统，系统主程序主要为以下几步骤：
1）系统初始化，系统初始化主要包括系统时钟，CAN节点，LCD液晶屏，步进电机等。并使能CAN中断，设置CAN屏蔽码和验收码，CAN节点初始化主要是初始化CAN控制器并中断。
2）读取各项数据，并驱动指针以及LCD显示屏等，同时等待CAN接收中断。各项数据由各传感器采集而来。
3）CAN接收中断产生，进入接收中断子程序读取数据，判断数据是否符合数据接收条件，如符合，则接收数据。
4）处理器将接收的报文进行解析，提取需要的数据并进行处理。处理器对传感器传来的数据和CAN总线读取的数据进行处理计算，得到相应的驱动参数。
5）处理器将车辆相关的脉冲信号发至步进电机驱动器驱动相关的指针，同时将相关的数据发送至LCD控制器，在LCD显示屏显示相关的信息。
3. 结语
本文介绍了商用车基于CAN总线的组合仪表的开发与运用，重点介绍了基于CAN总线的组合仪表的整体设计，设计中综合运用了CAN总线传输技术、步进电机原理和液晶显示技术，使汽车仪表能够接收传感器的转速、油压、水温等信号并通过微处理器处理后实时显示出来，同时补充了传统机械指针式仪表盘和简单的电子式组合仪表的不足，提高了组合式仪表盘的稳定性和可靠性，并使组合式仪表盘的功能更加的多元化，满足驾驶员对于商用车组合仪表的各种需求，提高了商用车的操作稳定性，更适合商用车的发展需求。.
参考文献：
[1] 欧阳琰，王贵槐，陈先桥等. 基于 CAN 总线的汽车仪表盘电控单元设计[J]. 武汉理工大学学报，2009，31（1）：79-81.
