基于总线技术的车身电子控制系统设计

陈少伟（广东工贸职业技术学院，广东广州，510510）



基于总线技术的车身电子控制系统设计

陈少伟
（广东工贸职业技术学院，广东广州，510510）

摘要：随着汽车电子技术的不断发展，各种汽车类电子装置越来越多，其装置之间的线路连接也越来越复杂，这对汽车的布线系统提出了更高的要求，汽车控制局域网CAN总线应运而生。本文简要介绍了CAN总线的特性，设计了基于总线技术的车身电子控制系统，从而简化了线束，降低了生产成本,也方便了维修。

关键词：汽车；电子控制系统；CAN总线

0 引言

随着汽车电子技术的不断发展和性能的不断提高，整车逐渐形成了一个庞大的系统。传统的线束不能够满足汽车行业的不断发展，而CAN总线技术的应用让各种信号数据在电子单元之间得以共享，节约成本的同时也增加了汽车的智能化，并提高了汽车的安全性、舒适性和稳定性，降低了诊断与维修难度。目前CAN总线技术的发展很快，会逐渐成为车体控制和管理的主流，本文基于SAE J1939协议和CAN总线协议对汽车的电子控制系统进行了结构分析，并总点阐述了CAN节点硬件和系统软件设计。

1 CAN总线特性

CAN总线(Controller Area Network)，即控制器局域网。CAN总线是一种支持分布式实时控制的串行通讯网络，具有很高的安全性。CAN总先技术极大的简化了传统系统布线的繁琐和技术含量低的问题，使其控制单元和系统检测分布更加合理，其通讯介质分为三种：同轴电缆、双绞线和光纤。CAN总线技术是一种成本合理的远程网络通讯控制方式。如下为CAN总线的主要特性：

（1）总线利用率极高；

（2）现场总线成本低；

（3）数据传输速率快；

（4）数据传输距离长；

（5）可自动重发被破坏数据；

（6）在节点发生严重错误的情况下可以自动退出总线功能；

（7）可以根据报文的ID来决定是否接收报文；

（8）报文仅使用标志符来识别优先级信息、功能信息。

2 车身电子控制系统的总体设计

车身电子控制系统的控制功能主要包括：中央门锁和防盗遥控、玻璃车窗的电动升降、电动座椅、空调等。随着汽车电子技术的发展，集成了上述功能的车身电子控制系统逐渐应用于高档汽车，提高了汽车的控制性能，其结构主要包括：中央控制模块、四组车灯模块、四组车窗与车锁模块、空调控制模块、座椅调整模块等，各模块之间采用bps的低速双线CAN总线通讯。

车内采用六个控制单元组成车身的CAN总线控制网络，分为左右门节点、车身前后节点、仪表节点和主节点。车身电子控制系统使用六个CAN通讯节点来代替繁杂的线束，很容易的实现了数据共享，使汽车成为了一个智能化的整体，具备自我调节调控功能。

3 车身电子控制系统硬件设计

在进行硬件电路设计时，要充分考虑汽车安全、节能、可靠性等要求。

3.1 CAN节点电路设计

车身电子控制系统采用AT89C51作为MCU，用PHILIPS SJA1000作为CAN控制器，PHILIPS TJA1040作为总线的驱动器。CAN节点电路主要就是由这三部分组成。该电路中，AT89C51单片机作为外围电路核心，是一款具有低功耗、高性能的8位微处理器，可以充分保障操作系统的稳定运行。

3.2 电源电路设计

电源电路为整板提供电源，其品质直接影响着车身控制系统的质量。根据其总体结构可以分为保护电路、12V整板供电电路、5V和3.3V单片机和FPGA供电电路、±9V脉冲信号处理电路四个部分组成。电源保护电路的主要功能是为整板提供防反接保护、浪涌和静电保护和防止供电电压跌落。12V整板供电电路要采用稳压管对上升电压进行限制。

3.3 CAN驱动器连接电路

CAN驱动器采用的是TJA140，它是CAN协议控制器和物理总线的接口，给总线提供差动发送功能，同时给CAN控制器提供差动接收功能。因为传输线路存在分布电感和分布电容的影响，信号在长通讯线路中传播时，信号波形很容易产生严重的失真和畸变。这是因为双绞线的波阻抗一般在100～200之间，并且纹花越密集其波阻抗越低。

3.4 外扩EEPROW存储单元电路设计

为了便于以后对芯片功能进行扩展，该设计采用外扩EEPROM方法，EEPROM的型号选择基于SPI串行总线与MCU进行通信的AT25160型号。

4 车身电子控制系统软件设计

该系统软件设计采用模块化思想，分别为：主程序模块、数据帧接收模块、数据帧发送模块、CAN控制器初始化模块等多个独立的模块。SJA1000兼容CAN2.0B技术规范，具有标准帧和扩展帧两种格式。主控节点作为网关主要实现CAN总线网络数据帧的透明传输，以及数据信息的交互。网关转发包括CAN总线网络的转发。实际应用中，CAN节点一直向网关发送信息，只有当网关发出查询命令时，CAN节点才向网关发送信息。该系统采用验收双滤波方式，这样可以使广播下发、上传到各个模块，从而实现数据信息的共享。在两个滤波器分别设置为一个广播消息ID标识码和一个模块自身ID标识码。采用这种双滤波方式，可以非常有效地提高通讯的灵活性。

CAN节点都采用查询的工作方式，优先级别高的节点可以向CAN总线广播，地址正确的CAN节点可以接受数据处理转入数据处理程序。对于特殊数据的发送请求，可以采用远程帧申请的方式，这种数据处理方法有利于程序对多个任务的结构化管理。

5 结束语

随着汽车技术的不断发展，对安全、舒适、方便性的要求越来越高。本文结合CAN总线技术，主要研究了基于总线技术的车身电子控制系统，设计了采用“ECU(AT89C51)+CAN总线(SJA 1000)+CAN收发器(PCA82C250)”模式的电子控制系统。该系统充分应用了先进的汽车电子技术和CAN总线技术，适应了汽车智能化和人性化的发展趋势，使汽车的性价比得到了不断提高。

参考文献

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[4]罗峰，苏剑，袁大宏.汽车网络与总线标准[J].汽车工程.2003

[5]王楠，白凤山.CAN通信系统中心控制模块的设计[J].内蒙古大学学报(自然科学版).2006

Design of vehicle body electronic control system based on bus technology

Chen Shaowei
（Guangdong College of Industry and Commerce，Guangzhou Guangdong，510510）

Abstract：With the continuous development of the automobile electronic technology, all kinds of automotive type electronic device more and more, between the device line connection is becoming more and more complicated, the car wiring system proposed higher requirements, automotive control area network (can) bus arises at the historic moment. This paper briefly introduces the characteristics of CAN bus, the design of the body electronic control system based on bus technology, which simplifies the wiring harness, reduces production cost, convenient maintenance.

Keywords：car; The electronic control system; CAN bus