基于CAN總線的汽車儀表軟件實現(xiàn)方案
引言
隨著汽車上的電子裝置越來越多罪团，汽車網絡應運而生娶匠，控制器局域網（CAN，Controller Area Network）開始大量應用與汽車之上首袍。如何利用汽車網絡中的信息憋勇，以便于司機與乘客了解車輛信息，是一項需要展開的研究衰呢。本研究從CAN總線獲取汽車儀表板所需的數(shù)據夫凭，并在液晶顯示屏上動態(tài)顯示，這一系列任務在硬件支持的情況下全部由高級語言編程實現(xiàn)猪出。
1妇乏、CAN總線技術
目前存在多種汽車網絡協(xié)議，CAN總線技術屬于現(xiàn)場總線范疇鬓催，CAN是控制局域網絡（Control Area Network）的簡稱肺素，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據通信宇驾，其縱向規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準倍靡，由于得到了Philip、Siemence课舍、Motorola塌西、Intel、Fusitu等公司的支持筝尾，它已成為國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線捡需。它有效支持分布式控制及實時控制，并采用了帶優(yōu)先級的CSMA／CD協(xié)議對總線進行仲裁筹淫。因此站辉，CAN總線允許多站點同時發(fā)送，這樣损姜，既保證了信息處理的實時性庵寞，又使得CAN總線網絡可以構成多主結構的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外朗溶，CAN采用短幀結構荡档，且每幀信息都有校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據的實時性彼窥、低傳輸出錯率俭般。其傳輸介質可以使用雙絞線、同軸電纜或光纖写阐。
2雕零、汽車儀表的發(fā)展及趨勢
按汽車儀表在工作原理上取得的重大技術創(chuàng)新來分，可以劃分為4個階段蝉择，或稱為經過4代斟漏。第1代汽車儀表是基于機械作用力而工作的機械式儀表，人們習慣稱這類儀表為機械機心表蛀植；第2代汽車儀表的工作原理基于電測原理存研，即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量，通常稱這類儀表為電氣式儀表填要；第3代為模擬電路電子式苦厅；第4代為步進電動機式全數(shù)字汽車儀表。
隨著計算機技術关串、電子技術拧廊、網絡技術以及液晶現(xiàn)實技術的發(fā)展，汽車儀表的發(fā)展趨勢將更加體現(xiàn)這些高新技術的結合晋修。如儀表的功能由軟件和硬件共同來完成儀表的功能由軟件和硬件共同實現(xiàn)吧碾，而且主要是通過軟件實現(xiàn)。這對于量大且對成本極為敏感的汽車儀表有特殊意義墓卦，因為軟件的開發(fā)費用分攤到每個儀表上是非常少的倦春。與僅由電子線路硬件組成的汽車儀表相比，帶有ＥＣＵ的汽車儀表趴拧，其功能的實現(xiàn)手段更加靈活多樣溅漾。產品的“柔性”更好山叮，即在推出新款產品時著榴，能最大限度地利用以前產品的硬、軟件設計成果僅做少量修改便可屁倔，這在產品更新?lián)Q代很快的今天和未來特別重要脑又。
3、基于CAN總線的汽車儀表設計方案
3.1 設計思想
本文利用車輛網絡的優(yōu)勢蛹暗，從CAN總線上采集汽車儀表面板所需要的數(shù)據噪终，如車速、水溫坑哥、燃油痒蛇、里程等萎括，經處理器處理后進行各種實時控制和顯示。不是像傳統(tǒng)的儀表面板那樣俺下，本設計用液晶顯示屏動態(tài)顯示所采集并用軟件處理的數(shù)據巡蛋。這樣可以隨時根據需要，由軟件實現(xiàn)儀表面板的擴充预铁。整體網絡具有自診斷功能嚣赤，降低系統(tǒng)的故障率，同時使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時簸翠、準確违冲，提高了安全性、可靠性蒋毕，更具有智能化和人性化略荡。
由于本設計只是實驗性研究以及各汽車總線數(shù)據編碼的多樣性，本設計自行開發(fā)了簡單的ECU薯演，用于采集車速撞芍、燃油、水溫跨扮、里程等數(shù)據序无。然后由CAN總線通過CAN－PC接口卡接入PC機，再由軟件編程來完成從CAN總線采集到的數(shù)據動態(tài)顯示衡创。這里用Visual Basic編程帝嗡。系統(tǒng)共享娛樂系統(tǒng)、導航系統(tǒng)所用的計算機璃氢。作為實驗性研究哟玷，可由筆記本電腦代替PC機。然后進行各項實驗驗證一也，如抗干擾巢寡、準確度、工作穩(wěn)定性椰苟、振動的影響抑月、溫度的影響等。
3.2 系統(tǒng)硬件結構及所用器件
該測試系統(tǒng)由液晶顯示器跷塘、PC-CAN接口卡苗鸦、單片機、CAN控制器（SJA1000）跋共、CAN總線發(fā)送/接收驅動器（PCA82C250）外羽、和各數(shù)據采集系統(tǒng)組成。
專用液晶顯示屏用來顯示轉速、機油壓力捡奖、水溫张庄、燃油消耗等；PC機用來處理CAN總線上的數(shù)據并通過軟件顯示于顯示屏上窍蚤；PC－CAN接口卡完成PC機與CAN之間的通信巩烤；自行設計的ECU完成從各傳感器采集數(shù)據，通過CAN收發(fā)器連于CAN總線上篮踏。其中的PC－CAN接口卡通過RS232接口或UAB與PC機相連铡喊，PC－CAN接口卡再通過總線與自行設計的ECU相連。在實際中PC－CAN接口卡與車輛CAN總線相連你踩，可采集大量數(shù)據信息诅岩，從而隨時可通過軟件編程把這些信息在顯示屏上動態(tài)顯示出來。
3.3 系統(tǒng)的硬件設計
PC－CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡带膜，它適合CAN-bus的小流量數(shù)據傳輸應用吩谦，最高可達500幀/秒的數(shù)據傳輸速率，提供廣泛和強大的軟件支持膝藕。支持在VC++式廷、C++Builder、Delphi和VB等開發(fā)環(huán)境下進行設計芭挽。該接口卡為用戶提供了編程需要的三個文件：CAN232dll.DLL滑废，CAN232dll.LIB，ExportHead.H袜爪。
CAN協(xié)議控制器選用SJA1000蠕趁，它是Philips公司生產的適合汽車環(huán)境的獨立CAN控制器，支持CAN2.0B協(xié)議辛馆。CAN發(fā)送/接收驅動器選用Philip公司的PCA82C250俺陋，它是CAN控制器和物理傳輸線路之間的接口，它可以用高達1Mbits/s的位速率在兩條有差動電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據昙篙。
3.4 系統(tǒng)軟件設計
CAN2.0的分層結構是按ISO/OSI模型對CAN結構的描述降再。數(shù)據鏈路層又分為邏輯鏈路層（LLC，Logical Link Control）和媒體訪問控制（MAC揖岔，Medium Access Control）兩個層序峦。LLC層完成下列功能：為數(shù)據發(fā)送以及以及遠層數(shù)據請求傳送服務；判斷是否接受接收到的數(shù)據您脂；提供恢復管理和超載處理无俏。
MAC層主要定義了傳輸協(xié)議电动，包括信息幀格式蛀田、仲裁方式、應答信號、錯誤檢測乖阐、錯誤信令和故障限制等耀骆。
物理層實現(xiàn)節(jié)點間的物理信號的傳送，主要定義網絡的電氣特性亦誊。CAN網絡中可以采用多種不同的物理層協(xié)議卢掖。
本研究用VC編程語言實現(xiàn)汽車儀表數(shù)據的顯示。PC—CAN接口卡自帶三個文件CAN232dll.DLL傻丝，CAN232dll.LIB甘有，ExportHead.H，其中ExportHead.H描述了動態(tài)鏈接庫CAN232dll.DLL所定義的外部函數(shù)葡缰。如下所示亏掀，
void OpenSerialPort(int nPort，unsigned int Baud)泛释；
void CAN232Send(unsigned char*sdata滤愕，size_t Len)；
void CAN232Setting(unsigned char*sdata怜校，size_t Len)间影；
char CAN232Receive(unsigned char*CANReceive)；
將接口卡所帶的三個文件拷貝在VC目錄下茄茁，在VC菜單的PROJECT->SETTING中的LINK項下魂贬，填入CAN232dll.LIB。然后在程序的頭文件中加入“＃include ExportHead.H”裙顽。
4随橘、結論
本研究只有一個CAN節(jié)點，所以顯示器所顯示的數(shù)據只有轉速熔又、機油壓力协伴、水溫、燃油消耗非宝，但是在實際的汽車網絡中杨趣，通過編程我們可以動態(tài)獲得CAN總線上的所有信息，并能夠以友好的人機界面顯示券转，使車輛信息對駕駛員或乘客透明化凡搪。所以基于CAN總線的汽車儀表軟件實現(xiàn)是汽車儀表設計的一個新的嘗試。
參考文獻
[1]楊忠敏.汽車儀表的發(fā)展現(xiàn)狀[J].汽車電器樊悬，2004轨凡，1：1~3.
[2]康建輝，張慶順. 單片機控制液晶顯示器在汽車儀表板中的應用[J].現(xiàn)代電子技術谋哼，2002文紧，3：6~7.
[3]向云秀.汽車儀表板電子化技術[J].湖南大學學報叔三，2001，6：50~55.
[4]秦貴和.車上網絡技術[M].北京.機械工業(yè)出版社俭谨，2003硝拧，19~20.
隨著汽車上的電子裝置越來越多罪团，汽車網絡應運而生娶匠，控制器局域網（CAN，Controller Area Network）開始大量應用與汽車之上首袍。如何利用汽車網絡中的信息憋勇，以便于司機與乘客了解車輛信息，是一項需要展開的研究衰呢。本研究從CAN總線獲取汽車儀表板所需的數(shù)據夫凭，并在液晶顯示屏上動態(tài)顯示，這一系列任務在硬件支持的情況下全部由高級語言編程實現(xiàn)猪出。
1妇乏、CAN總線技術
目前存在多種汽車網絡協(xié)議，CAN總線技術屬于現(xiàn)場總線范疇鬓催，CAN是控制局域網絡（Control Area Network）的簡稱肺素，最早由德國BOSCH公司推出，用于汽車內部測量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據通信宇驾，其縱向規(guī)范現(xiàn)已被ISO國際標準組織制訂為國際標準倍靡，由于得到了Philip、Siemence课舍、Motorola塌西、Intel、Fusitu等公司的支持筝尾，它已成為國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線捡需。它有效支持分布式控制及實時控制，并采用了帶優(yōu)先級的CSMA／CD協(xié)議對總線進行仲裁筹淫。因此站辉，CAN總線允許多站點同時發(fā)送，這樣损姜，既保證了信息處理的實時性庵寞，又使得CAN總線網絡可以構成多主結構的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外朗溶，CAN采用短幀結構荡档，且每幀信息都有校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據的實時性彼窥、低傳輸出錯率俭般。其傳輸介質可以使用雙絞線、同軸電纜或光纖写阐。
2雕零、汽車儀表的發(fā)展及趨勢
按汽車儀表在工作原理上取得的重大技術創(chuàng)新來分，可以劃分為4個階段蝉择，或稱為經過4代斟漏。第1代汽車儀表是基于機械作用力而工作的機械式儀表，人們習慣稱這類儀表為機械機心表蛀植；第2代汽車儀表的工作原理基于電測原理存研，即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量，通常稱這類儀表為電氣式儀表填要；第3代為模擬電路電子式苦厅；第4代為步進電動機式全數(shù)字汽車儀表。
隨著計算機技術关串、電子技術拧廊、網絡技術以及液晶現(xiàn)實技術的發(fā)展，汽車儀表的發(fā)展趨勢將更加體現(xiàn)這些高新技術的結合晋修。如儀表的功能由軟件和硬件共同來完成儀表的功能由軟件和硬件共同實現(xiàn)吧碾，而且主要是通過軟件實現(xiàn)。這對于量大且對成本極為敏感的汽車儀表有特殊意義墓卦，因為軟件的開發(fā)費用分攤到每個儀表上是非常少的倦春。與僅由電子線路硬件組成的汽車儀表相比，帶有ＥＣＵ的汽車儀表趴拧，其功能的實現(xiàn)手段更加靈活多樣溅漾。產品的“柔性”更好山叮，即在推出新款產品時著榴，能最大限度地利用以前產品的硬、軟件設計成果僅做少量修改便可屁倔，這在產品更新?lián)Q代很快的今天和未來特別重要脑又。
3、基于CAN總線的汽車儀表設計方案
3.1 設計思想
本文利用車輛網絡的優(yōu)勢蛹暗，從CAN總線上采集汽車儀表面板所需要的數(shù)據噪终，如車速、水溫坑哥、燃油痒蛇、里程等萎括，經處理器處理后進行各種實時控制和顯示。不是像傳統(tǒng)的儀表面板那樣俺下，本設計用液晶顯示屏動態(tài)顯示所采集并用軟件處理的數(shù)據巡蛋。這樣可以隨時根據需要，由軟件實現(xiàn)儀表面板的擴充预铁。整體網絡具有自診斷功能嚣赤，降低系統(tǒng)的故障率，同時使用CAN總線方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時簸翠、準確违冲，提高了安全性、可靠性蒋毕，更具有智能化和人性化略荡。
由于本設計只是實驗性研究以及各汽車總線數(shù)據編碼的多樣性，本設計自行開發(fā)了簡單的ECU薯演，用于采集車速撞芍、燃油、水溫跨扮、里程等數(shù)據序无。然后由CAN總線通過CAN－PC接口卡接入PC機，再由軟件編程來完成從CAN總線采集到的數(shù)據動態(tài)顯示衡创。這里用Visual Basic編程帝嗡。系統(tǒng)共享娛樂系統(tǒng)、導航系統(tǒng)所用的計算機璃氢。作為實驗性研究哟玷，可由筆記本電腦代替PC機。然后進行各項實驗驗證一也，如抗干擾巢寡、準確度、工作穩(wěn)定性椰苟、振動的影響抑月、溫度的影響等。
3.2 系統(tǒng)硬件結構及所用器件
該測試系統(tǒng)由液晶顯示器跷塘、PC-CAN接口卡苗鸦、單片機、CAN控制器（SJA1000）跋共、CAN總線發(fā)送/接收驅動器（PCA82C250）外羽、和各數(shù)據采集系統(tǒng)組成。
專用液晶顯示屏用來顯示轉速、機油壓力捡奖、水溫张庄、燃油消耗等；PC機用來處理CAN總線上的數(shù)據并通過軟件顯示于顯示屏上窍蚤；PC－CAN接口卡完成PC機與CAN之間的通信巩烤；自行設計的ECU完成從各傳感器采集數(shù)據，通過CAN收發(fā)器連于CAN總線上篮踏。其中的PC－CAN接口卡通過RS232接口或UAB與PC機相連铡喊，PC－CAN接口卡再通過總線與自行設計的ECU相連。在實際中PC－CAN接口卡與車輛CAN總線相連你踩，可采集大量數(shù)據信息诅岩，從而隨時可通過軟件編程把這些信息在顯示屏上動態(tài)顯示出來。
3.3 系統(tǒng)的硬件設計
PC－CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡带膜，它適合CAN-bus的小流量數(shù)據傳輸應用吩谦，最高可達500幀/秒的數(shù)據傳輸速率，提供廣泛和強大的軟件支持膝藕。支持在VC++式廷、C++Builder、Delphi和VB等開發(fā)環(huán)境下進行設計芭挽。該接口卡為用戶提供了編程需要的三個文件：CAN232dll.DLL滑废，CAN232dll.LIB，ExportHead.H袜爪。
CAN協(xié)議控制器選用SJA1000蠕趁，它是Philips公司生產的適合汽車環(huán)境的獨立CAN控制器，支持CAN2.0B協(xié)議辛馆。CAN發(fā)送/接收驅動器選用Philip公司的PCA82C250俺陋，它是CAN控制器和物理傳輸線路之間的接口，它可以用高達1Mbits/s的位速率在兩條有差動電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據昙篙。
3.4 系統(tǒng)軟件設計
CAN2.0的分層結構是按ISO/OSI模型對CAN結構的描述降再。數(shù)據鏈路層又分為邏輯鏈路層（LLC，Logical Link Control）和媒體訪問控制（MAC揖岔，Medium Access Control）兩個層序峦。LLC層完成下列功能：為數(shù)據發(fā)送以及以及遠層數(shù)據請求傳送服務；判斷是否接受接收到的數(shù)據您脂；提供恢復管理和超載處理无俏。
MAC層主要定義了傳輸協(xié)議电动，包括信息幀格式蛀田、仲裁方式、應答信號、錯誤檢測乖阐、錯誤信令和故障限制等耀骆。
物理層實現(xiàn)節(jié)點間的物理信號的傳送，主要定義網絡的電氣特性亦誊。CAN網絡中可以采用多種不同的物理層協(xié)議卢掖。
本研究用VC編程語言實現(xiàn)汽車儀表數(shù)據的顯示。PC—CAN接口卡自帶三個文件CAN232dll.DLL傻丝，CAN232dll.LIB甘有，ExportHead.H，其中ExportHead.H描述了動態(tài)鏈接庫CAN232dll.DLL所定義的外部函數(shù)葡缰。如下所示亏掀，
void OpenSerialPort(int nPort，unsigned int Baud)泛释；
void CAN232Send(unsigned char*sdata滤愕，size_t Len)；
void CAN232Setting(unsigned char*sdata怜校，size_t Len)间影；
char CAN232Receive(unsigned char*CANReceive)；
將接口卡所帶的三個文件拷貝在VC目錄下茄茁，在VC菜單的PROJECT->SETTING中的LINK項下魂贬，填入CAN232dll.LIB。然后在程序的頭文件中加入“＃include ExportHead.H”裙顽。
4随橘、結論
本研究只有一個CAN節(jié)點，所以顯示器所顯示的數(shù)據只有轉速熔又、機油壓力协伴、水溫、燃油消耗非宝，但是在實際的汽車網絡中杨趣，通過編程我們可以動態(tài)獲得CAN總線上的所有信息，并能夠以友好的人機界面顯示券转，使車輛信息對駕駛員或乘客透明化凡搪。所以基于CAN總線的汽車儀表軟件實現(xiàn)是汽車儀表設計的一個新的嘗試。
參考文獻
[1]楊忠敏.汽車儀表的發(fā)展現(xiàn)狀[J].汽車電器樊悬，2004轨凡，1：1~3.
[2]康建輝，張慶順. 單片機控制液晶顯示器在汽車儀表板中的應用[J].現(xiàn)代電子技術谋哼，2002文紧，3：6~7.
[3]向云秀.汽車儀表板電子化技術[J].湖南大學學報叔三，2001，6：50~55.
[4]秦貴和.車上網絡技術[M].北京.機械工業(yè)出版社俭谨，2003硝拧，19~20.
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