基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表是利用CAN總線使其成為車身網(wǎng)絡(luò)一部分芙继，遵循SAE J1939協(xié)議讀取發(fā)動機轉(zhuǎn)速旺隙、水溫等信息降盹。汽車儀表是汽車電子在車輛中應(yīng)用研究的重點之一措嵌。

　　1躲叼、引言

　　汽車儀表作為車輛與駕駛員交流的窗口，承擔(dān)向駕駛員實時提供車輛工況任務(wù)企巢。汽車儀表是汽車電子在車輛中應(yīng)用研究的重點之一枫慷。隨著歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)推廣，符合歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)具備控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network浪规，簡稱CAN）總線接口的發(fā)動機和與之通訊的總線式數(shù)字儀表也逐漸擴大市場或听。隨著車載總線技術(shù)發(fā)展，帶有CAN總線接口的汽車數(shù)字儀表得到廣泛應(yīng)用笋婿。應(yīng)用層SAE J1939協(xié)議是目前國內(nèi)汽車行業(yè)應(yīng)用最廣泛的CAN總線應(yīng)用層協(xié)議神帅。

　　這里提出的基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表是利用CAN總線使其成為車身網(wǎng)絡(luò)一部分山堵，遵循SAE J1939協(xié)議讀取發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫等信息几菲」杈觯考慮到車輛實際狀況，該汽車數(shù)字儀表還能接收傳感器的車速杉唇、油量拂是、油壓、制動氣壓等信號并顯示辟侠，為駕駛員提供實時車輛工況逃缔。

　　2、SAE J1939協(xié)議簡介

　　SAE J1939協(xié)議是美國汽車工程師協(xié)會SAE（Societyof Automotive Engineer）發(fā)布的以CAN2.0B作為網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通信和控制協(xié)議眨柑。SAE J1939協(xié)議使用CAN的數(shù)據(jù)幀封裝其數(shù)據(jù)信息泄廓，對CAN擴展幀的29位標(biāo)識符編碼，形成獨特的編碼系統(tǒng)作為車輛通訊標(biāo)準(zhǔn)坪腔。該協(xié)議明確規(guī)定了汽車內(nèi)部 ECU的地址配置权浸、命名、通訊方式以及報文發(fā)送優(yōu)先級等吏口，詳細(xì)說明了汽車內(nèi)部具體的ECU通訊內(nèi)容奄容。實現(xiàn)車輛電子設(shè)備間高速數(shù)據(jù)傳輸，減少線路數(shù)量产徊，最大限度利用CAN總線優(yōu)越性能昂勒。

　　2.1 SAE J1939報文格式

　　SAE J1939數(shù)據(jù)幀是以PDU（協(xié)議數(shù)據(jù)單元）為單位，共由優(yōu)先權(quán)（P）舟铜、保留位（R）戈盈、數(shù)據(jù)頁（DP）、PDU格式（PF）谆刨、PDU細(xì)節(jié)（PS）粉臊、源地址（SA）及數(shù)據(jù)域（Date Field）等7個域組成像淋。除了數(shù)據(jù)域外的PDU對應(yīng)于CAN擴展幀的29位標(biāo)識符联喘，其對應(yīng)關(guān)系如表1所列恰画。其中PS是一個8位段，其定義取決于PF值生兆。若PF值小于240难捌，PS是目標(biāo)地址（DA）。若PF值介于240和255之間鸦难，則PS為組擴展（GE）垮允。

　　2.2 SAE J1939應(yīng)用層

　　應(yīng)用層詳細(xì)定義了SAE J1939協(xié)議中使用的每個參數(shù)，包括數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)類型蒿缎、結(jié)果铃踪、范圍以及參數(shù)組編號（PGN）等。這些參數(shù)分為控制參數(shù)菠告、動力傳動系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)漏碰、動力傳動系統(tǒng)控制參數(shù)、動力傳動系統(tǒng)配置參數(shù)蚜冀、信息參數(shù)以及信息狀態(tài)參數(shù)肯铣。SAE J1939使用參數(shù)組編號（PGN）作為一參數(shù)組的唯一標(biāo)簽。該標(biāo)簽包括：保留位（R）逞扰，數(shù)據(jù)頁（DP）诉鸯、PDU格式域（PF 8位）和組擴展域（GE 8位）。另外唾浙，PF值小于240時躬挺，PGN低字節(jié)位置0。參數(shù)組中的每個參數(shù)都能用ASCII碼表示蛮放，其狀態(tài)量最少可用兩個位表示缩抡。文字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用最高位在前的傳輸方式，其他包括兩個或多個數(shù)據(jù)字節(jié)的參數(shù)則采用最低位在前的傳輸方式筛武。除此之外，應(yīng)用層中還詳細(xì)定義了參數(shù)組屬性挎塌。該參數(shù)組屬性包括：優(yōu)先權(quán)徘六、更新率、參數(shù)組的協(xié)議數(shù)據(jù)單元格式榴都、參數(shù)組編號待锈，參數(shù)組的數(shù)據(jù)參數(shù)號及其在參數(shù)組中的位置。

　　3嘴高、基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1 硬件電路設(shè)計

　　該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)由信號采集和處理顯示等模塊組成竿音，如圖l所示。通過模擬量信號分壓拴驮，濾波整形脈沖信號春瞬，CAN總線信號通過收發(fā)器發(fā)送至中央處理器，然后再將處理后的信號通過步進(jìn)電機控制器控制步進(jìn)電機守犯，驅(qū)動LCD液晶屏顯示费犯。其中信號采集模塊包含CAN總線數(shù)據(jù)采集和傳感器數(shù)據(jù)采集。在實際的車載環(huán)境中飘示，該系統(tǒng)設(shè)計遵循SAE J1939協(xié)議在CAN總線上獲取發(fā)動機轉(zhuǎn)速绷冈、水溫和故障代碼，而其他信息包括車速、油量帐等、機油壓力国赫、制動氣壓則從相應(yīng)傳感器以模擬量和脈沖量形式讀取。通過測量車速傳感器脈沖信號獲取車速信號颤赤，油量傳感器的信號經(jīng)分壓后直接發(fā)送給中央處理器內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器處理勉窟。

　　采用帶隔離的通用CAN收發(fā)器CTM825lT接收CAN總線信號。CTM8251T內(nèi)部集成所有必需的CAN隔離及 CAN收發(fā)器假怔，可實現(xiàn)CAN節(jié)點的收發(fā)與隔離功能凄恤，從而替代了傳統(tǒng)設(shè)計中采用光電耦合器、DC-DC隔離怕收、CAN收發(fā)器等元件實現(xiàn)的具有隔離功能的CAN 收發(fā)電路嘿辟。該模塊電路可將CAN控制器的邏輯電平轉(zhuǎn)換為CAN總線的差分電平，并具有直流2 500 V的隔離功能片效。該模塊電路設(shè)計體積小红伦，集成度高，可取代PCA82C25l等傳統(tǒng)的CAN總線收發(fā)器及其外圍電路淀衣，從而降低了系統(tǒng)設(shè)計成本昙读。傳感器模擬量信號經(jīng)分壓傳輸至中央處理器，圖中的VD40和C40兩元件可對微控制器LM3S2948的引腳提供過壓保護(hù)膨桥。

　　LM3S2948型微控制器完成信號處理蛮浑。它是一款基于ARM CortexM3內(nèi)核的微控制器，采用32位RISC只嚣，內(nèi)嵌CAN控制器沮稚、A/D轉(zhuǎn)換器、模擬比較器册舞、I2C接口等功能模塊蕴掏，極大降低了外圍電路設(shè)計成本。LM3S2948微控制器具有運算速度快调鲸、功耗小盛杰、體積小、價位低等特點称痊。LM3S2948的CAN控制器模塊支持CAN 2.0B協(xié)議贼欧，支持符合SAE J1939協(xié)議的擴展幀的報文傳輸，其傳輸速率可編程設(shè)置為1 Mb/s缸日，這些特性完全滿足CAN總線汽車數(shù)字儀表的應(yīng)用要求转迷。采用移位寄存器74HC595實現(xiàn)信號的串入并出，采用步進(jìn)電機驅(qū)動器VID6606驅(qū)動表針哲耐。每片VID6606可同時驅(qū)動四路步進(jìn)電機乞易。在其頻率控制端輸入脈沖序列F（SCX）贱僚，即可控制輸出端使步進(jìn)電機的輸出軸以微步轉(zhuǎn)動，每個脈沖對應(yīng)電機輸出軸轉(zhuǎn)動1/12°毕蠢，最大角速度可達(dá)600°/s吝沃，滿足汽車儀表指示的高精度、快速響應(yīng)的要求雁唁。表針采用步進(jìn)電機VID一29驅(qū)動俱竭。圖3為 VID6606驅(qū)動儀表電路。LCD驅(qū)動器采用PCF8566车份，其內(nèi)部集成LCD驅(qū)動器所必需的功能電路谋减。能直接驅(qū)動任意靜態(tài)或包含4背極高達(dá)24段的 LCD。中央處理器發(fā)送的信號先經(jīng)PCF8566T功率放大后扫沼，然后送至液晶屏F2000LCD顯示出爹。

　　3.2 軟件設(shè)計

　　該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)軟件采用IAR編程調(diào)試軟件編寫。該軟件通過LM一LINK調(diào)試仿真器與LM3S2948的JTAG端口連接缎除，實現(xiàn)在線仿真調(diào)試严就。

　　數(shù)據(jù)接收處理軟件首先初始化系統(tǒng)時鐘、CAN節(jié)點器罐、LCD液晶屏梢为、步進(jìn)電機等，并使能CAN中斷轰坊，設(shè)置CAN屏蔽碼和驗收碼铸董。初始化CAN節(jié)點的具體步驟：①封裝CAN節(jié)點相關(guān)信息，創(chuàng)建一個軟件CAN節(jié)點結(jié)構(gòu)體指針pCAN_Node_lnfo;②初始化CAN控制器肴沫；③中斷CAN控制器粟害；④設(shè)置 CAN節(jié)點接收過濾。初始化后验恕，讀取CAN總線和其他傳感器信號思早「霰觯控制步進(jìn)電機和液晶屏顯示處理數(shù)據(jù)梅砰。等待CAN總線接收中斷產(chǎn)生，判斷總線數(shù)據(jù)是否滿足屏蔽條件颁音，即逐位比較接收的29位標(biāo)識符報文與驗收碼姨篮、屏蔽碼值，屏蔽碼用于定位相關(guān)位（0=相關(guān)恕下，1=不相關(guān)）截抄。只有標(biāo)識符中的相關(guān)位與驗收碼相應(yīng)位相同，系統(tǒng)才接收報文桥庵。如滿足屏蔽條件則從寄存器讀取數(shù)據(jù)并存入緩存區(qū)掰弯，再根據(jù)SAE J1939協(xié)議判斷計算發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫和故障代碼信息，傳輸至步進(jìn)電機和液晶屏顯示窍颗。例如：接收的數(shù)據(jù)為：OCF00400 XX XX XX 4F 55 XX XX XX（XX為任意數(shù)據(jù)）坞角，若設(shè)置驗收碼為Ox00000000，屏蔽碼為0xlFFFFFFF吸占，則接收該報文晴叨。根據(jù)SAEJl939—71協(xié)議，此報文為：PGN61444一電子發(fā)動機控制器矾屯。因此兼蕊，可得第4，5字節(jié)為發(fā)動機轉(zhuǎn)速件蚕，并遵循低位在前孙技，高位在后的傳輸方式，則發(fā)動機轉(zhuǎn)速=原始數(shù)×分辨率+偏移量=21 831x0.125+0=2 728.875 r/m骤坐。同理可計算其他汽車儀表所需數(shù)值绪杏。

　　4、結(jié)語

　　在研究了汽車CAN總線通訊協(xié)議及SAE J1939協(xié)議的基礎(chǔ)上纽绍，實現(xiàn)基于CAN總線的汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)設(shè)計蕾久。該系統(tǒng)設(shè)計利用LM3S2948、CTM8251拌夏、VID6606等器件的功能僧著，最大程度地降低外圍電路成本。該汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)工作穩(wěn)定辰诉、性能良好圣治，目前正進(jìn)行裝車試驗。隨著歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的推廣敏袄，基于CAN總線的數(shù)字儀表必將進(jìn)入快速發(fā)展的新階段辙紧。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享坚为，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負(fù)責(zé)苟可，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布尿绕、編輯整理上傳想阎，對此類作品本站僅提供交流平臺，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)唧整。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻瓤梦、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題啊沟，請第一時間告知辙使，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容作瞄，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn危纫。