基於CAN總線的汽車檢測系統的設計論文

摘要：

爲解決當前汽車檢測系統功能較單一，偏重局部檢測等不足，設計基於CAN總線的汽車檢測系統。系統由數據採集器、CAN網關、控制終端和PC機組成。數據採集器可設置多達256個檢測點，可同時檢測汽車的發動機的有關信息，尾氣排放濃度、油缸壓力、輪胎氣壓等汽車數據。可更加全面的檢測汽車的性能，爲維護保養和故障診斷提供可靠的信息。

1引言

隨着我國汽車保有量的增加，汽車的維護保養和故障診斷也面臨嚴峻的挑戰。現行的檢測系統偏向於局部檢測，功能比較單一，檢測成本較高，檢測時間較長。爲了克服現行檢測系統的不足，利用CAN總線，將汽車上的每個數據檢測點設計成一個CAN節點，並結合軟PLC的設計思想，設計出功能更加全面的汽車檢測系統。

2系統的硬件設計

檢測系統的硬件主要包括傳感器探頭節點，導線，鏈接器，控制及編程終端等。系統結構如圖1所示，傳感器探頭節點就是系統的感官部件，通過它檢測汽車的水溫、油溫、壓力、速度、尾氣濃度等汽車數據。其上的CAN總線控制器將這些數據通過CAN網絡傳送給控制終端。導線和鏈接器，構成了一個完整的CAN網絡。控制終端爲每個探頭節點分配一個節點號，編程時通過節點號就可得到各節點參數。終端上的控制接口分爲數字電壓信號接口，開關信號接口兩種控制接口，方便控制電磁閥、繼電器等控制元件，拓寬了系統的控制方法。

2.1傳感器探頭節點

探頭節點負責汽車有關數據的收集並將這些數據通過CAN總線發送到網絡上。它的主要部件是STC89LE516AD單片機、傳感器、CAN控制器SJA1000和LCD顯示器。單片機通過AD採集探頭上各傳感器數據，將數據打包發送到CAN網絡上，在CAN網絡中，每個節點對應着唯一的節點號。單片機在打包數據的時候將節點號標誌在數據包中。

其功能結構如圖2所示。

傳感器前端電路

10bit A/DSTC89LE516ADLCD顯示及鍵盤電路串行通信CANNET數據電壓信號SJA1000控制器圖2探頭節點結構簡圖2.2 CAN網絡架構CAN全稱爲Controller Area Network，即控制器局域網，是國際上應用最廣泛的現場總線之一。控制系統的CAN網絡是由SJA1000 CAN控制器組建，SJA1000在完全兼容PCA82C200的基礎上，增加了一種新的工作模式PeliCAN，速率能達到1Mbit/s。

網絡的物理層連接圖如圖3所示。

CAN控制器

光電隔離CAN收發器CAN控制器光電隔離CAN收發器CAN控制器光電隔離CAN收發器圖3網絡物理層連接圖2.3控制及編程終端系統的控制及編程終端由控制終端，PC機和系統編程軟件組成。控制終端有CAN網絡終端，各種控制接口和與PC機的編程調試接口。控制終端的主控芯片爲PHILIPS的LPC2142單片機，電路結構如圖4所示。外圍連接8通道10位D/A，轉換器提供8路數字電壓控制端口。另外通過可控硅提供16路開關電路接口。數字電壓控制需要根據控制設備設計相應的控制電路才能達到控制設備的目的。

16路可控硅開關電路

LPC2142PC機SJA1000控制器8路D/A轉換數字器數字CANNET數字JTAG編程接口串行通訊圖4控制終端電路結構

3系統的軟件設計

3.1傳感器探頭節點軟件設計

傳感器探頭節點軟件設計主要是設計基於STC89LE516AD單片機的嵌入式程序，程序框圖如圖5所示。單片機開機初始化後判斷是否需要進入設定程序，設定程序可以設定節點在網絡中的節點號、檢測參數的種類等。設定完成後進入循環檢測階段，單片機通過AD不斷採集傳感器信號，換算成相應的溫度，壓力、尾氣濃度等參數，實時顯示在LCD顯示器上，並定時通過CAN網絡發送到控制終端上。

3.2控制終端軟件設計

根據軟PLC的設計思想，控制終端的程序是由PC機上的編譯軟件編譯出來的，再通過JTAG下載到LPC2142中，主要負責CAN網絡數據包的接收、汽車數據的取得、控制參數的運算、控制行爲的發出。因此其軟件設計採用模塊化的設計思想，將程序分爲初始化模塊、通訊模塊、運算模塊、執行模塊。各個模塊都有各自的程序接口和共享的數據區，實現程序的獨立和融合。

初始化模塊負責控制器當前程序用到的各資源的初始化，分配各控制參數的緩存和映射，爲程序的運行做準備。通訊模塊負責CAN網絡的數據接收和控制終端與PC機之間的通訊，實現數據存儲併爲上位機監控提供通訊。運算模塊是控制程序的`關鍵，它負責參數的運算和控制信號的產生並存儲到數據區，是系統控制的核心。執行模塊是將數據區的執行參數實時映射到相應的I/O口和設備上，實現控制設備的目的。

3.3系統編程及監控軟件

系統的編程參考PLC編程軟件風格，和PLC編程方法一樣採用梯形圖語言編程。監控軟件通過串行通訊實時接收到控制終端發送的狀態數據，並通過軟件直觀的顯示出系統的運行狀態。編程和監控軟件都採用Visual C++編程，實現梯形圖向C語言的轉換，在利用KEIL C for ARM工具，將C語言編譯成目標代碼，下載到控制終端。

4結論

基於CAN總線的汽車檢測系統解決了傳統檢測系統功能單一等不足，綜合檢測汽車各種參數，較全面的檢測汽車性能和隱患。同時採用軟PLC技術，使控制程序的編寫更加容易，具有穩定可靠,實施快捷,易於擴展的優點，具有較大的潛力。

參考文獻

1吳中俊,黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].機械工業出版社,2005.(4).

2饒運濤,謅繼軍,鄭勇芸.現場總線CAN原理與應用技術[M].北京航空航天大學出版社,2003.

3鄔寬明 2.0B新控制器─SJA1000(J).工業控制計算機,2008,(1):58~59.

4 LPC2141/42 User Manual(preliminary release)[EB]Philips Semiconductors,2004.

5李道霖.電氣控制與PLC原理及應用[M].電氣工業出版社,2004.(3).