基于CAN总线的汽车组合仪表综合系统设计研究

林琦

摘 要：汽车附属构件多样化的配置，不仅促进了汽车工业的发展。也使得汽车内部结构逐渐繁琐复杂。基于此，本文对CAN总线的特点以及CAN总线对汽车组合仪表设计的意义进行了分析，并以围绕CAN总线为中心对汽车组合仪表综合系统设计主要模块进行了阐述，希望可以实现模块化的设计，提升系统的可靠性与抗干扰能力。

关键词：CAN总线 汽车组合仪表 特点

Research on the Design of Automobile Combination Instrument Integrated System Based on CAN Bus

Lin Qi

Abstract：The diversified configuration of automotive accessory components not only promotes the development of the automotive industry， but also makes the internal structure of the car gradually complicated. Based on this， this article analyzes the characteristics of the CAN bus and the significance of the CAN bus to the design of automotive instrument clusters， and expounds the main modules of the automotive instrument cluster integrated system design centering on the CAN bus， hoping to achieve modular design， so as to improve the reliability and anti-interference ability of the system.

Key words：CAN bus， automobile combination instrument， characteristics

1 引言

人们对日常的需求不断增多，尤其是在汽车这一方面，更是对汽车的经济性、舒适性、安全性都有着很高的要求。汽车的仪表是车载信息的关键接收点，是驾驶员接收汽车信息以及获取汽车在行驶过程中的工况参数，所以，针对这一特点汽车电子器件和电子控制的目标逐渐增多，导致汽车线路繁琐又多量，如何设计优质的汽车组合仪表综合系统，是目前各汽车行业需要注意的问题[1]。

2 CAN总线的特点

CAN总线与一般的通讯总线相比，融合了许多现代化先进的新技术，运用独特的设计，在数据上有着可靠性、实时性以及灵活性的突出特点。对其特点的概括如下：第一，CAN总线可以在网络上的任一节点都可在任何时间内主动向网络上其它的节点传送信息，不用分主次，以多方式工作为主要模式，是目前为止唯一具有着国际标准的现场总线;第二，多个节点同时向总线发送信息发生冲突时，CAN就会采用非破坏总线的仲裁技术，为了减少总线冲裁冲突的时间，应对低级和高级的节点进行管理，设置低级节点对高级节点的优先推出程序，使其高级节点在传输数据时不会受到影响，也可有效规避网络超负荷运行导致网络瘫痪问题的出现;第三，利用对报文的标识，实现全局广播多种形式的数据传送和接收，通过对CAN节点先后顺序的设定来满足用户的实时需求，进而达到报文标识符滤波点对点、一点对多点的效果;第四CAN总线的通信距离比其他设备都要远以及通信速度也是最快的，并且CAN每帧信息都要CRC校验和其它检测措施，具有良好的检错效果;第五，节省企业投入资金的使用，对现有的单片机开发工具再次利用，CAN总线具有开发技术容易掌握，构造简单、零件购买方便超高的性价比优点，最大程度上降低了投入成本，为了不让CAN总线上其它节点的操作出现失误，利用自动关闭输出工作，进而有效避免CAN总线上节点发生严重问题，可及时进行挽回和解决问题。

3 CAN总线对汽车组合仪表设计的意义

现阶段，国外发达国家对全数字汽车仪表盘的使用比较普遍，但由于国内外技术水平存在着一定的差距，使得我国在汽车仪表技术开发这一块缺少专业的技术引导，目前投入使用的汽车大部分都是配置步进电动机汽车仪表盘，通过各项数据来看国内对步进电动机汽车仪表技术也比较看好，但是还没有具备相应的技术开发条件，随着科技的不断发展，使其汽车上的装置增多，选择CAN总线作为汽车的通信总线以国外发达国家汽车行业的实际情况为参考依据，是可以完善技术上的缺失，一个比较好的有效途径[2]。利用CAN总线技术设计汽车仪表通讯系统，不仅可以在一定程度上简化布线、数据实时共享、提升可靠性，为了实现数据的快速传送，通过改变汽车仪表系统结构，使其节约成本的同时也可让仪表系统更加稳定、安全、快捷。此外，对汽车仪表通讯的发展空间有了一定的提升以及充足的市場需求。并且也可让汽车的智能化目标得以实，成为汽车发展史上划时代的新革命同时也为中国汽车业的发展带来良好的商机。

4 以CAN总线为主的汽车组合仪表综合系统设计主要模块

为了使CAN总线实行任务时等待中断服务及时对汽车组合仪表综合系统发送信号，通过对CAN总线传送过来的信息进行初始化操作，接收CAN屏蔽码和验收码。以接收CAN总线数据信号量为参考依据，才可以将CAN总线任务等待中断信号进行发送。中断后，在满足一系列条件后对扩展帧屏蔽条件是否符合标准再次进行判断，以便寄存器可以读出数据并写入缓存区。汽车仪表显示模块的数据将在仪表步进电机和显示屏上显示出来，经过CPU权限的确认，对CAN总线数据任务进行处理和发送，再次等待接收中断信号请求。

4.1 参数写入模块

让汽车仪表按照要求工作，通过对仪表信号的分配对仪表参数进行设置，根据仪表的参数来解读仪表内数据的用途这样。参数写入的不同实际就是代表着不同的仪表类型，具体写入参数可参考欧2、欧3的汽车排放标准为参考依据，同时对仪表进行检测。第一，利用单片机内部装置的UART接口外扩电平转化器，对船型通信端口对仪表的参数写入硬件电路设计，参考三菱电机公司的M16C/6N单机系列芯片作为设计硬件电路时参数写入依据，并对写入的实际参数进行加密处理。从而构成RS232接口。第二，参数写入软件设计，对仪表的界面设计与程序设计参考C++Builder设计系统。在设计仪表参数写入界面工序时，要针对不同类型的仪表进行不同的路灯校验。对有CAN的仪表设置参数时，需要对仪表盘的ID号、RTR和数据DATA进行分别的设置，这些主要是CAN对转速表、水温表以及灯路的控制，相对其它的灯路设置灯路名称标识正负即可，但是对于RS485控制的灯路要设置比特位置。第三，对于不带有CAN的仪表，车速表档位的示值和频率以及信号波形和波形幅值的设置要根据汽车不同的档位来进行调整，在对不同档位的示值和电阻/电压仪表设置输入信號操作，飞齿轮取信号以及发电机内部各式各样的取信号为转速表主要设置转速表取信号的方式，并根据不同的取信号方式来设置参数。大部分汽车都是采用的步进电动机式仪表盘，通过对所有的表设置扫描区间和扫描周期，逐渐调整频率、电阻、电压和步距。

4.2 CAN通讯模块

在CAN总线的构成系统中的应用层以及用户层软件的编写需要满足用户的要求控制措施和系统运用为主要参考依据，通过了解用户自身实际的要求，使其应用层可以在一方面对结构进行定义和响应，达到对报文最大化应用。由于应用层处于用户层和CAN接口之间，以建立CAN为主的报文发送为主要操作方法并对各种帧进行组织和发送，使得CAN通讯协议得以实现，尤其是实现了在系统的开发方面对CAN总线路控制器的内部电路集成并运用在应用层软件的设计上。CAN总线的通信程序主要包含三个方面：第一CAN初始化实质就是对波特率的设置进行初始化，通过对接收波方式、接收屏蔽寄存器和验收代码寄存器的设置，使其总线定时寄存器和系统晶振频率能够决定CAN总线通信波特率，利用CAN控制器在CAN初始化完后就可向物理总线进行发送数据和接收数据;第二，利用中断方式来实现工控机和CAN控制器SJA1000之间的通讯，自动向CPU发出中断请求情况发生时，说明SJA1的接收缓冲器已经是饱和的状态，即可通知CPU取走数据，有效利用中断方式通知CPU，使其SJA1000的缓冲区将写入数据发送完成后，也可以数据向CPU通知已经发送完毕信号，这时缓冲区内的数据以空，就可以正常写入其它数据。对CAN控制器SJA1000发送和接收的报文格式要以CAN总线上的信息作为参考并对报文格式加以了解。CAN控制器内的通信数据的每个字节都具有不通的含义，主要采用以下两个部分：扩展帧格式（EFF）的信息和数据，对CAN上层协议都存在着不同的定义。CAN总线传输技术可以使得汽车组合仪表综合系统更方便于人们的使用，利用CAN总线加快数据传输的速度，使其汽车组合仪表系统运转效率得到进一步的提升，在实现对汽车上其它控制单元共享信息的同时也可以提高传输效率，从而推动汽车智能化的发展。

4.3 灯路校验模块

在汽车的仪表上装置各种指示仪表盘以及报警信号装置，由于目前汽车仪表的装有明确用途和报警信号的指示灯，在一定程度上方便驾驶员及时掌握汽车运行的工作情况[3]。可以概括为以下三种类型：一种是可以将指示灯，例如远近光灯以及其他小指示灯都具备显示功能;第二种是针对制动片磨损、汽油消耗、汽车发动机故障具有提醒功能的信号灯;第三种是车辆出现故障或者异常情况时，警告灯会亮起，并通知驾驶员及时解决问题并停车检查。对汽车内所有的指示灯和信号灯进行检测是非常必要的，可以确保驾驶员行车安全。对灯路校验模块的设计可分为自动和手动的两种方式，利用自动检测把检测电路间隔的时间设置在1-60s范围内，可以更好的对警报灯进行逐一有序的检测，也可以将全部打开的警报灯进行检测，与此同时校验界面参数设置会依据不同类型的仪表盘进行不同灯路数设置，在进行仪表参数设置时，电脑灯路显示界面会把全部的检灯路数显示出来。并对每个灯路接口进行定义和显示界面中序号的统一规范。实现对汽车仪表界面进行直观的设计、不仅可以把功能故障显示出来，也可以显示汽车的常规信息以及行车现状，例如安全带的绑定、车门的开关、车灯的开关等，实现辅助驾驶的有效作用。

5 结语

综上所述，汽车组合仪表综合系统可以针对不同类型的仪表盘进行节点、传输数据的检测以及各种参数的写入，有效利用系统控制数据的精准性，使其该设备的技术能达到对系统设计精确的标准，并可以广泛的应用到仪表检测上。通过对CAN总线的分析，可以证明以CAN总线为主的汽车组合仪表综合系统设计，能够达到对汽车布局合理、安全可靠、操作方便的工作状态。

参考文献：

[1]张兴超，王陆.智能化汽车组合仪表的设计与实现[J].电子世界，2018（19）：158+160.

[2]司云腾.基于CAN总线的汽车组合仪表综合系统设计[D].南京信息工程大学，2018.

[3]郝魁，吕达，于洪兵.一种使用CAN总线汽车组合仪表的设计方案[J].内燃机与配件，2018（02）：7-9.