在當(dāng)今的中高檔汽車(chē)中，都采用了CAN總線技術(shù)笨迂。針對(duì)車(chē)載CAN總線會(huì)出現(xiàn)的故障．結(jié)合射頻和USB的優(yōu)點(diǎn)摄李，依靠KWP2000應(yīng)用層規(guī)定的故障代碼，本文提出了一種基于車(chē)載CAN總線故障診斷儀設(shè)計(jì)方案乌心。本方案成本低廉导劝，攜帶方便，具有很強(qiáng)的靈活性與適應(yīng)性匹羹。

　　控制器局域網(wǎng)絡(luò)CAN(Controller Area Network)為汽車(chē)內(nèi)部各種復(fù)雜的電子設(shè)備齐皂、控制器、測(cè)量?jī)x器等提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換渠道糕但，已得到廣泛的應(yīng)用仅汰。目前，太多數(shù)汽車(chē)部件都提供了CAN總線通信接口唠魏。

　　1 方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖l所示蝉站。系統(tǒng)分為發(fā)射端和接收端兩部分。

　　由于采用射頻技術(shù)例吹，使汽車(chē)CAN總線數(shù)據(jù)采集部分和CAN總線數(shù)據(jù)診斷部分得以分離捧颅，無(wú)需連線景图，不受空間場(chǎng)地限制，安裝攜帶方便碉哑。按照ISO有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)挚币，CAN總線傳輸速率最高可達(dá)1 Mbps；但由于汽車(chē)內(nèi)部特殊環(huán)境扣典，車(chē)載CAN總線速率一般在250 kbps妆毕。本系統(tǒng)中射頻速率最高可達(dá)l Mbps，可以很好地滿足數(shù)據(jù)傳輸要求贮尖。

　　發(fā)射端采用USB作為接收模塊和PC接口笛粘。USB與RS232或PCI接口相比，具有用戶使用方便湿硝，設(shè)備自動(dòng)識(shí)別薪前，自動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)程序和配置，支持動(dòng)態(tài)接入和動(dòng)態(tài)配置等優(yōu)點(diǎn)图柏；其傳輸速率可達(dá)幾十Mbps序六，并且支持同步和異步傳輸方式任连，保證帶寬蚤吹，傳輸失真小。

　　PC端應(yīng)用層軟件整合KWP2000的應(yīng)用層協(xié)議划疟。KWP2000是由瑞典制定的一種車(chē)載故障診斷協(xié)議泡募，已在微機(jī)控制的自動(dòng)變速器、防抱死制動(dòng)系統(tǒng)苦恶、安全氣囊票虎、巡航系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。它基于OSI七層協(xié)議筝踢，符合IS07498標(biāo)準(zhǔn)摔色。其中第1~6層實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)的功能，第7層實(shí)現(xiàn)診斷服務(wù)的功能彰碑。其應(yīng)用層提出了一套完整和標(biāo)準(zhǔn)化的診斷代碼数辱，本系統(tǒng)利用KWP2000的應(yīng)用層協(xié)議，對(duì)采集到的CAN總線數(shù)據(jù)進(jìn)行分析详般，以實(shí)現(xiàn)故障診斷的功能初藐。

　　2 硬件實(shí)現(xiàn)

　　2．1 系統(tǒng)所用芯片簡(jiǎn)介

　　2.1.1 nRF2401芯片

　　nRF240l是單片射頻收發(fā)芯片，工作在2．4～2．5GHz ISM頻段玷利；內(nèi)置頻率合成器乍恐、功率放大器、晶體振蕩器测砂、調(diào)制器和標(biāo)準(zhǔn)SPI等功能模塊茵烈；輸出功率和通信頻道可通過(guò)軟件進(jìn)行配置百匆，共有125個(gè)頻道可使用，而且最高速率可達(dá)l Mbps呜投。芯片具有1．9～3．6 V寬工作電壓胧华，工作能耗非常低。當(dāng)以一5 dBm的功率發(fā)射時(shí)宙彪，工作電流只有10．5 mA矩动；接收時(shí)，工作電流只有18 mA释漆。

　　nRF240l有4種工作模式：收發(fā)模式悲没、配置模式、空閑模式男图、關(guān)機(jī)模式示姿。其工作模式由PWR_UP、CE揭凭、CS三個(gè)引腳和配置字節(jié)最低位TX_EN來(lái)決定源快。

　　收發(fā)模式分為DirectMode和ShockBurst。前者在片內(nèi)對(duì)信號(hào)不加任何處理俯重，與其他射頻收發(fā)器相同炫瘤。后者使用片內(nèi)FIFO堆棧，數(shù)據(jù)從MCU低速送入夕锹，但高速發(fā)射枷配，而且與射頻協(xié)議相關(guān)的所有高速信號(hào)處理都在片內(nèi)進(jìn)行。例如檬桅，nRF240l在ShockBurst收發(fā)模式下自動(dòng)處理字頭和CRC校驗(yàn)碼物少，在接收時(shí)自動(dòng)把包頭和CRC校驗(yàn)碼移去；在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼芹寓。

　　2.1.2 TMU3100芯片

　　TMU3100是臺(tái)灣Tenx公司2005年推出的RISC內(nèi)核的單片機(jī)东著。它嵌入了完全兼容USBl．1協(xié)議的USB控制器，并且提供了低速USB接口和3個(gè)端點(diǎn)妓唬，其中1個(gè)控制輸入／輸出端點(diǎn)和2個(gè)中斷輸入端點(diǎn)铲瞎。

　　TMU3100可以配置為標(biāo)準(zhǔn)的HID類(lèi)，可以使用Windows操作系統(tǒng)自帶的HID類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序沈条。這樣可以省去開(kāi)發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作需忿，縮短開(kāi)發(fā)周期。TMU3100芯片結(jié)構(gòu)框罔如圖2所示蜡歹。

　　2.1.3 PICl8F2682芯片

　　PICl8F2682是Microchip公司新推出的8位低功耗CAN微控制器屋厘，主要資源有：內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)CAN模組、80KB閃存程序存儲(chǔ)器月而、1 KB數(shù)據(jù)E2PROM汗洒、3．3 KBRAM存儲(chǔ)器议纯、8通道ADC、1個(gè)8位和3個(gè)16位T1MER溢谤、1個(gè)SPI和I2C串行通信端口和可編程欠壓復(fù)位功能及低電壓檢測(cè)電路瞻凤。

　　PIC18F2682內(nèi)置增強(qiáng)型的CAN總線模塊，該模塊包含CAN協(xié)議引擎世杀、信息緩沖和信息控制阀参。CAN協(xié)議引擎自動(dòng)處理CAN總線上所有接收和發(fā)送的消息，它可以在接收或發(fā)送信息時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析瞻坝。只需要首先設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫骶涂梢园l(fā)送信息蛛壳，通過(guò)相關(guān)的寄存器即可得到信息傳輸?shù)臓顟B(tài)。

　　2．2 硬件電路

　　2．2．1 發(fā)射端電路原理

　　圖3是系統(tǒng)發(fā)射端電路原理牢簸。CAN總線接口使用Microchip公司內(nèi)置CAN模塊的PIC18F2682單片機(jī)骨矗，并由光耦6N137進(jìn)行總線隔離；CAN總線收發(fā)器采用MCP2551渺类。

　　PIC18F2682與射頻芯片nRF2401之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SPI接口SCK烛储、SDI、SDO來(lái)完成累换，這樣可以大大提高發(fā)送速率棺玫。對(duì)nRF2401配置控制使能CS和接收、發(fā)送使能CE分別由RB4和RB5進(jìn)行控制栋锣。當(dāng)nRF240l接收到數(shù)據(jù)包時(shí)刑袒，DRl將被置高電平，因此PICl8F2682通過(guò)查詢(xún)INT0的狀態(tài)可以判斷是否接收到數(shù)據(jù)谍竿。

　　2.2.2 接收端電路原理

　　圖4是系統(tǒng)接收端電路原理。由于TMU3100由PC供電惯缚，而PC機(jī)USB接口所提供的電壓VDD干擾較大路影，故對(duì)VDD進(jìn)行了π濾波。

　　由于TMU3100沒(méi)有SPI模塊屋群，故可以通過(guò)PB[1]闸婴、PB[0]按照SPI協(xié)議與nRF2401的SPI口來(lái)進(jìn)行通信。對(duì)nRF2401配置控制使能CS和接收芍躏、發(fā)送使能CE分別由KSO[3]和KSO[13]控制邪乍。nRF2401接收到數(shù)據(jù)包后，DRl將被置高電平对竣，因此TMU3100可以通過(guò)查詢(xún)KSl6的狀態(tài)判斷足否接收到數(shù)據(jù)庇楞。

　　3 軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括發(fā)射端軟件設(shè)計(jì)、接收端軟件設(shè)計(jì)和PC端軟件設(shè)計(jì)否纬。

　　3.1 發(fā)射端軟件設(shè)計(jì)

　　發(fā)射端流程如圖5所示吕晌。軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：第一是實(shí)現(xiàn)CAN總線上數(shù)據(jù)的采集蛋褥；第二是實(shí)現(xiàn)將采集后的數(shù)據(jù)通過(guò)射頻進(jìn)行發(fā)射。

　　上電后睛驳，首先對(duì)CAN模塊進(jìn)行初始化烙心。然后初始化nRF2101，并與接收端建立連接乏沸。當(dāng)發(fā)送完CAN數(shù)據(jù)后沒(méi)有收到ACK信號(hào)時(shí)淫茵，就跳頻；然后通知發(fā)送端準(zhǔn)備接收重發(fā)的CAN數(shù)據(jù)牲耐，直到接收到ACK信號(hào)挂蹦。

　　為了防止空中干擾，采用了自動(dòng)跳頻的空中協(xié)議嚣历，即無(wú)論是否接收到ACK信號(hào)都進(jìn)行跳頻叼叙，因此可以防止某個(gè)頻段的強(qiáng)干擾，進(jìn)而降低誤碼率盟挤。

　　3.2 接收端軟件設(shè)計(jì)

　　接收端軟件流程如圖6所示么酪。軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能：第一是實(shí)現(xiàn)枚舉；第二是實(shí)現(xiàn)將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)USB上傳到PC腻俏。上電后长尼，首先完成對(duì)TMU3100的配置，并與PC機(jī)枚舉目尘；枚舉成功后就對(duì)nRF2401進(jìn)行配置瞻替，并與發(fā)射端建立連接。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包后诺秒，首先判斷是CAN數(shù)據(jù)還是重傳數(shù)據(jù)命令遥倦。如果是CAN數(shù)據(jù)包，則向發(fā)射端返回ACK信號(hào)并跳頻占锯，然后將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳至PC袒哥；如果是重傳命令，則先跳頻消略，然后置重傳標(biāo)志堡称，表示下個(gè)數(shù)據(jù)包是重傳的數(shù)據(jù)包。

　　TMU3100被配置為標(biāo)準(zhǔn)HID類(lèi)艺演，這樣就不用為設(shè)備開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序却紧，而是使用Windows提供的標(biāo)準(zhǔn)HID類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序。

　　3.3 PC端軟件設(shè)計(jì)

　　PC端軟件由應(yīng)用程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成胎撤。Windows為標(biāo)準(zhǔn)USB沒(méi)備提供了完善的內(nèi)置驅(qū)動(dòng)晓殊，本系統(tǒng)采用Windows自帶的HID類(lèi)驅(qū)動(dòng)，只要將TMU3100配置為HID類(lèi)，即可完成與PC機(jī)的通信挺物。這省去了開(kāi)發(fā)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序懒浮，極大地簡(jiǎn)化了上位機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)。

　　上位機(jī)的應(yīng)用程序首要實(shí)現(xiàn)的功能是盘胯，要實(shí)現(xiàn)對(duì)TMU3100端點(diǎn)的讀寫(xiě)删广，用VC++語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把USB設(shè)備當(dāng)成文件來(lái)操作刚驶。用CreateFiile()函數(shù)獲得USB句柄剩知，為讀訪問(wèn)或?qū)懺L問(wèn)打開(kāi)指定端點(diǎn)。用DeviceControl()來(lái)進(jìn)行控制操作牙吼，用ReadFile()從指定端點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)瞭剧，用WriteFile()向端點(diǎn)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

　　當(dāng)CAN總線上的數(shù)據(jù)被采集到PC后柱称，就可以進(jìn)行故障診斷了盘挠。故障診斷代碼是依照KWP2000應(yīng)用層規(guī)定的故障代碼設(shè)計(jì)的，是目前國(guó)際上通用的臼磁，現(xiàn)將其應(yīng)用于CAN的應(yīng)用層遗挚，將來(lái)可以用全新的CAN上層協(xié)議取代。故障診斷代碼定義在SSF14230中吊磕。SAE J1979中勃犬，由車(chē)輛制造商或系統(tǒng)供應(yīng)者定義的服務(wù)標(biāo)志符數(shù)值的不同范圍，如表1所列挎狸。

　　此表中以十六進(jìn)制數(shù)表示的服務(wù)標(biāo)志符扣汪，同數(shù)據(jù)鏈路層中數(shù)據(jù)字節(jié)內(nèi)的SID服務(wù)識(shí)別字節(jié)對(duì)應(yīng)。不同的SID值代表不同的服務(wù)請(qǐng)求锨匆，故障診斷程序必須符合此應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)崭别，才能識(shí)別不同的十六進(jìn)制代碼所代表的不同的故障信息。

　　4 結(jié)論

　　 本文設(shè)計(jì)的2．4G無(wú)線車(chē)載CAN總線故障診斷儀统刮，由于采用了自動(dòng)跳頻的空中協(xié)議紊遵，所以誤碼率幾乎接近零，在14 m內(nèi)仍能進(jìn)行可靠的工作侥蒙。系統(tǒng)使用國(guó)際上通用的診斷代碼，使程序具有通用性和實(shí)用性匀奏；以PC作為硬件平臺(tái)鞭衩，無(wú)需專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)硬件平臺(tái)，可大大降低開(kāi)發(fā)成本并且易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的升級(jí)和維護(hù)娃善；使用USB接口和2．4G無(wú)線通信论衍，具有即插即用、不受空間限制、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)瓤计。

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