2017畢業(yè)論文-基于CAN總線技術的汽車車燈、電動車窗、雨刮的控制系統(tǒng).doc

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1、32基于CAN總線技術的汽車車燈、電動車窗、雨刮的控制系統(tǒng)簡介隨著現(xiàn)代汽車的迅猛發(fā)展和電子技術的日新月異，汽車電子設備不斷增多，從發(fā)動機控制到傳動系統(tǒng)控制，從行駛、制動、轉向系統(tǒng)控制到安全保證系統(tǒng)及儀表報警系統(tǒng)，從電源管理到為提高舒適性而作的各種努力，使汽車綜合控制系統(tǒng)越來越復雜。目前以微控制器為代表的汽車電子在整車電子系統(tǒng)中應用廣泛，汽車控制正由機電控制系統(tǒng)轉向以分布式網(wǎng)絡為基礎的智能化系統(tǒng)。CAN總線是一種支持分布式和實時控制的串行通信網(wǎng)絡，以其高性能和高可靠性在自動控制領域廣泛應用。本設計主要針對基于CAN總線的汽車電子系統(tǒng)的設計，包括汽車車燈和汽車車窗和汽車雨刮等控制系統(tǒng)的總體設計思想

2、、方法和硬件設計，介紹如何實現(xiàn)用CAN總線完成汽車控制系統(tǒng)的控制。目錄CAN總線31.1 CAN簡介31.2 CAN總線協(xié)議的報文幀結構形式3CAN 總線在奧迪A6汽車車燈上的應用42.1 燈光控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡硬件設計。52.2 MCU的選擇62.3 CAN通訊控制器62.4 CAN總線收發(fā)器62.5 系統(tǒng)的軟件設計72.6 CAN控制初始化程序72.7 中央處理器程序設計82.8車燈控制程序11CAN總線在奧迪A6汽車電動車窗上的應用153.1系統(tǒng)的總體設計153.2硬件接口電路設計153.3系統(tǒng)軟件設計173.3.1 CAN控制初始化-173.3.2節(jié)點發(fā)送接收報文- -173.3.3 主控

3、程序-183.4電動車窗系統(tǒng)主要技術參數(shù)和功能19CAN總線在奧迪A6汽車雨刮上的應用194.1系統(tǒng)的總體設計194.2系統(tǒng)硬件電路設計204.2.1雨量檢測模塊204.2.2開關控制模塊214.2.3 ECU和CAN通信模塊214.2.4輸出驅(qū)動模塊224.2.5雨刮電動機224.3系統(tǒng)軟件設計24結語-32 CAN總線1.1 CAN簡介CAN(ControllerAreaNewtork)即控制器局域網(wǎng)，是一種先進的串行通信協(xié)議，屬于現(xiàn)場總線范圍。CAN總線是最初由德國Bosch公司在80年代初期，為了解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試一起之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，目的是通過較

4、少的信號線將汽車上的各種電子設備通過網(wǎng)絡連接起來，并提高數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳輸?shù)目煽啃?，CAN總線具有較強糾錯能力，支持差分收發(fā)，因而適合高噪聲環(huán)境，并具有較遠的傳輸距離，特別適合于中小型分布式測控系統(tǒng)，目前己在工業(yè)自動化、建筑物環(huán)境控制、機床、醫(yī)療設備等領域得到廣泛應用。CAN總線具有以下幾個重要特點： 1)結構簡單，只有兩根線與外部相連，且內(nèi)部含有錯誤探測和管理模塊。 2)通信方式靈活。可以多種方式工作，網(wǎng)絡上任意一個節(jié)點均可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。 3)可以點對點、點對多點及全局廣播方式發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。 4)網(wǎng)絡上的節(jié)點信息可分成不同的優(yōu)先級，可以滿足不同的實時

5、要求。 5)CAN通訊格式采用短幀格式，每幀字節(jié)數(shù)最多為8個，可滿足通常工業(yè)領域中控制命令、工作狀態(tài)和測試數(shù)據(jù)的一般要求。同時，8個字節(jié)也不會占用總線時間過長，從而保證了通訊的實時性。 6)采用非破壞性總線仲裁技術。當兩個節(jié)點同時向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可以不受影響繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，這大大地節(jié)省了總線仲裁沖突時間，在網(wǎng)絡負載很重的情況下也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡癱瘓。 7)直接通訊距離最大可達1k0m(速率在5kbS以下)，最高通訊速率可達1Mbs(此時距離最長為40m)。節(jié)點數(shù)可達110個，通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維。 8)CAN總線通訊接口中集成了

6、CAN協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層功能，可完成對通信數(shù)據(jù)的成幀處理，包括位填充、數(shù)據(jù)塊編碼、循環(huán)冗余檢驗、優(yōu)先級判別等項工作。 9)CAN總線采用CRC檢驗并可提供相應的錯誤處理功能，保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性。1.2 CAN總線協(xié)議的報文幀結構形式在報文傳輸時，不同的幀具有不同的傳輸結構，下面將分別介紹四種傳輸幀的結構，只有嚴格按照該結構進行幀的傳輸，才能被節(jié)點正確接收和發(fā)送。(1)數(shù)據(jù)幀由七種不同的位域(Bit Field)組成：幀起始(Start of )、仲裁域(Arbitration Field)、控制域(Control Field)、數(shù)據(jù)域(DataField)、CRC域(CRC Fiel

7、d)、應答域(ACK Field)和幀結尾(End of )。數(shù)據(jù)域的長度可以為08個字節(jié)。1)幀起始(SOF)：幀起始(SOF)標志著數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，僅由一個“顯性”位組成。在CAN的同步規(guī)則中，當總線空閑時(處于隱性狀態(tài))，才允許站點開始發(fā)送(信號)。所有的站點必須同步于首先開始發(fā)送報文的站點的幀起始前沿(該方式稱為“硬同步”)。2)仲裁域：仲裁域由標識符和RTR位組成，標準幀格式與擴展幀格式的仲裁域格式不同。標準格式里，仲裁域由1l位標識符和RTR位組成。標識符位有ID28IDl8。擴展幀格式里，仲裁域包括29位標識符、SRR位、IDE(Identifier Extension，標

8、志符擴展)位、RTR位。其標識符有ID28IDO。為了區(qū)別標準幀格式和擴展幀格式，CANl012版本協(xié)議的保留位r1現(xiàn)表示為IDE位。IDE位為顯性，表示數(shù)據(jù)幀為標準格式；IDE位為隱性，表示數(shù)據(jù)幀為擴展幀格式。在擴展幀中，替代遠程請求(Substitute Remote Request，SRR)位為隱性。仲裁域傳輸順序為從最高位到最低位，其中最高7位不能全為零。RTR的全稱為“遠程發(fā)送請求(Remote TransmissionRequest)”。RTR位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。它是區(qū)別數(shù)據(jù)幀和遠程幀的標志。3)控制域：控制域由6位組成，包括2個保留位(r0、r

9、1同于CAN總線協(xié)議擴展)及4位數(shù)據(jù)長度碼，允許的數(shù)據(jù)長度值為08字節(jié)。4)數(shù)據(jù)域：發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按照長度代碼指示長度發(fā)送。對于接收的數(shù)據(jù)，同樣如此。它可為08字節(jié)，每個字節(jié)包含8位，首先發(fā)送的是MSB(最高位)。5)CRC校驗碼域：它由CRC域(15位)及CRC邊界符(一個隱性位)組成。CRC計算中，被除的多項式包括幀的起始域、仲裁域、控制域、數(shù)據(jù)域及15位為0的解除填充的位流給定。此多項式被下列多項式X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除(系數(shù)按模2計算)，相除的余數(shù)即為發(fā)至總線的CRC序列。發(fā)送時，CRC序列的最高有效位被首先發(fā)送接收。之所以選用這種幀校驗方式，是由于這

10、種CRC校驗碼對于少于127位的幀是最佳的。6)應答域：應答域由發(fā)送方發(fā)出的兩個(應答間隙及應答界定)隱性位組成，所有接收到正確的CRC序列的節(jié)點將在發(fā)送節(jié)點的應答間隙上將發(fā)送的這一隱性位改寫為顯性位。因此，發(fā)送節(jié)點將一直監(jiān)視總線信號已確認網(wǎng)絡中至少一個節(jié)點正確地接收到所發(fā)信息。應答界定符是應答域中第二個隱性位，由此可見，應答間隙兩邊有兩個隱性位：CRC域和應答界定位。7)幀結束域：每一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀均由一串七個隱性位的幀結束域結尾。這樣，接收節(jié)點可以正確檢測到一個幀的傳輸結束。CAN 總線在奧迪A6汽車車燈上的應用摘要：以汽車控制局域網(wǎng)CAN總線為基礎，結合89C51單片機，對奧迪汽車的的

11、車燈進行控制。關鍵詞：89C51，sja1000,CAN總線,82c250正文：燈光控制系統(tǒng)是保證汽車安全行駛的一個重要系統(tǒng)。傳統(tǒng)的燈光控制系統(tǒng)多采用繼電器和獨立模式控制，這使得車內(nèi)線束過多且布線復雜，會引起嚴重的電磁干擾，使系統(tǒng)的可靠性下降。CAN（Controller Area Network）數(shù)據(jù)總線是一種適用汽車環(huán)境的汽車局域網(wǎng)。它能夠很好的解決這個問題，它具有較高的傳輸速度，主要是針對汽車中對實時性要求很高的動力系統(tǒng)而設計的。利用CAN總線，不僅能簡化線束，而且還能大大降低車輛的故障率?；贑AN總線的燈光控制系統(tǒng)，就很好用利用CAN總線的優(yōu)勢，發(fā)揮車燈的最大性能。本設計利用CAN總

12、線通信協(xié)議建立汽車燈光（前照燈）控制系統(tǒng)的局域網(wǎng)（對于汽車其他燈光可以按照同樣道理設計而成，只需要多加幾個通信的節(jié)點），控制的燈光有：遠光燈、近光燈、示寬燈、霧燈、轉向燈。通過CAN總線實現(xiàn)上述燈光的開和閉的控制。2.1 燈光控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡硬件設計。對于傳統(tǒng)的燈光控制系統(tǒng)如圖一所示。（圖一）從圖一可以看出，傳統(tǒng)供電系統(tǒng)是所謂的并行結構，一個用電器賠一跟電力線和一個開關，開關置于駕駛員旁，由駕駛員控制開關通斷，控制燈（或其他用電器）工作。這種結構缺點是若用電設備越多，電力線就越多，這無疑是加大了汽車的負擔而且容易收到干擾，導致器件不能正常運行。對于CAN總線的燈光控制系統(tǒng)如圖二所示。它利用CAN

13、總線，能夠有效的減小電力線的數(shù)量，減少干擾，實現(xiàn)優(yōu)化控制。智能開關智能開關MCUCan總線收發(fā)器Can總線收發(fā)器MCU車燈控制開關車燈1車燈2（圖二）我們可以直接在（圖二）中增加CAN總線收發(fā)器，及其MCU控制電路，這樣就能實現(xiàn)更多的車燈控制系統(tǒng)。2.2 MCU的選擇本設計選用AT89C51單片機作為燈光控制節(jié)點MCU。P89C51單片機是一個8位高性能微控制器。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位的單片機。AT89C2051是一種帶2

14、K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.3 CAN通訊控制器本設計采用SAJ1000獨立CAN控制器。PHILIPS公司的PCA82C200是符合CAN2.0A協(xié)議的總線控制器，SJA1000是它的替代產(chǎn)品，它是應用于汽車和一般工業(yè)環(huán)境的獨立C

15、AN總線控制器。具有完成CAN通信協(xié)議所要求的全部特性。經(jīng)過簡單總線連接的SJA1000可完成CAN總線的物理和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。其硬件與軟件設計和PCA82C200的基本CAN模式（BesicCAN）兼容。同時，新增加的增強CAN模式（PeliCAN）還可支持CAN2.0B協(xié)議。2.4 CAN總線收發(fā)器本文世紀采用CAN總線收發(fā)器82C250。PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，該器件對總線提供差動發(fā)送能力并對CAN控制器提供差動接收能力。如在ISO11898標準中描述的，它們可以用高達1Mbit/s的位速率在兩條有差動電壓的總線電纜上傳輸數(shù)據(jù)。這是全世界使用最廣泛

16、的CAN收發(fā)器之一。圖三為車燈控制系統(tǒng)硬件電路圖，它的工作原理為：CAN總線控制器與單片機連通，由單片機的程序給予初始化，并選通控制器，當單片機P1.0P1.4其中一個管腳開關按下時，立刻把數(shù)據(jù)傳送到CAN控制器SJA1000，利用CAN總線收發(fā)器82C250將信號發(fā)出，通過CANH,CANL兩個管腳傳輸數(shù)據(jù)，當控制對象（車燈）系統(tǒng)中的收發(fā)器收到信號時，其系統(tǒng)中的CAN總線控制器發(fā)出中斷，使車燈系統(tǒng)的MCU執(zhí)行相關程序，控制車燈驅(qū)動電路，使其相應的車燈完成控制目的。（注意圖中的發(fā)光二極管為車燈的驅(qū)動電路，驅(qū)動車燈的亮和滅）（圖三）微處理器AT89C51負責SJA1000的初始化，通過控制SJA

17、1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送等通訊任務。SJA1000的AD0AD7連接到單片機的P0.0P0.7口，SJA1000的CS連接到89c51的P2.0,P2.0為0時片外存儲器地址可選中SJA1000,CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應的讀/寫操作。SJA1000的RD,WR,ALE分別與89c51的引腳相連，INT接INT0。82c250與CAN總線的接口采用了一定的完全和抗干擾措施。一般情況下，若CAN總線系統(tǒng)干擾很強烈，為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RX0并不是直接與82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82c250相連，且

18、光耦部分電路VCC和VDD完全隔離，這樣就可以實現(xiàn)總線上各節(jié)點間的電氣隔離。2.5 系統(tǒng)的軟件設計系統(tǒng)軟件設計的關鍵是通訊程序的設計。本設計的通訊軟件程序主要由3部分組成：初始化程序、中央處理器程序、車燈控制程序。編寫主要運用KEIL的C語言對AT89C51進行軟件程序設計。2.6 CAN控制初始化程序初始化程序主要是通過對CAN控制器控制段中的寄存器寫入控制字，從而確定CAN控制器的工作方式等。有3種方式進入初始化程序：一是上電復位；二是硬件復位；三是軟件復位，即運行期間通過給CAN控制器發(fā)一個復位請求，置復位請求為1。在復位期間，必須初始化的寄存器有：MR模式寄存器、CDR時分寄存器、AC

19、R接收代碼寄存器、AMR屏蔽寄存器、BTR總線定時定時器及OCR輸出控制寄存器等。需要注意的是，這些寄存器僅能在復位期間寫訪問。因此，在對這些寄存器初始化前，必須確保系統(tǒng)進入了復位狀態(tài)。流程圖如下：2.7 中央處理器程序設計中央處理器程序包括初始MCU，以及初始化CAN控制器。通過查詢，判斷是否有開關信號發(fā)出。若有，將此信號發(fā)送到CAN控制器，CAN控制器經(jīng)處理后發(fā)送到CAN收發(fā)器。程序流程圖如下：判斷是否有按鍵按下初始化MCU，初始化CAN控制器否數(shù)據(jù)是否發(fā)完啟動發(fā)送數(shù)據(jù)程序是否是圖1.中央MCU控制程序中央處理器程序如下#include#define uchar unsigned char

20、#define uint unsigned intuchar sj8;#define TIM0 -50000sbit cs=P20;#define MyAddr 1#define CAN_DATA P0#define CAN_CR 0 /控制#define CAN_CMR 1 /命令#define CAN_SR 2 /狀態(tài)#define CAN_IR 3 /中斷#define CAN_ACR 4 /驗收#define CAN_AMR 5 /屏蔽#define CAN_BTR0 6 /時序0#define CAN_BTR1 7 /時序1#define CAN_OCR 8 /輸出#define C

21、AN_TXB 10 /發(fā)送緩沖#define CAN_RXB 20 /接收緩沖#define CAN_CDR 31 /分頻uchar pdata CAN32 _at_(0);void CAN_INI() /*初始化部分*/ CANCAN_CR=0 x01; /進入復位模式，允許訪問各個寄存器 CANCAN_ACR=MyAddr;/驗收，表示接收的數(shù)據(jù)中第一位為1。 CANCAN_AMR=0 x00; /屏蔽;00表示不屏蔽，8位全有效。 CANCAN_BTR0=0 x07; /總線時序0 CANCAN_BTR1=0 xff;/總線時序1 CANCAN_OCR=0 x1A; /0 xaa,0 x

22、d2,0 xfa 輸出控制 CANCAN_CR=0 x02; /接收中斷使能，否則不能接收 void delay(uint x) /延時部分 uint y; for(y=x;y0;y-);void CAN_SEND() /*發(fā)送數(shù)據(jù)部分*/ uchar i,p; p=CANCAN_SR;/狀態(tài)寄存器的內(nèi)容給p if (p&0 x04)/檢查第三位即發(fā)送緩沖器的狀態(tài)，為1 CPU可以向發(fā)送緩沖器寫報文 p=CAN_TXB; /*p指向發(fā)送緩存首址*/ for(i=0;i8; TR0=1;/啟動0號計數(shù)器,-50000equsFFFF3CB0;TH0=B0,TL0=3C EX0=1; ET0=1;

23、 EA=1; PX0=1; while(1) if(P0&0 xff)!=0 xff) delay(10000); if(P0&0 xff)!=0 xff) sj0=P00; sj1=P01; sj2=P02; sj3=P03; sj4=P04; sj5=1;sj6=1;sj7=1;CAN_SEND();void Timer1() interrupt 1 using 1 TH0=TIM0&0XFF; TL0=TIM08; TR0=1; 2.8車燈控制程序當CANH,和CNAL，有數(shù)據(jù)傳來時，經(jīng)過CAN總線數(shù)據(jù)接受器接受到的數(shù)據(jù)，發(fā)送給SJA1000控制器，控制器接受完畢后發(fā)出中斷請求，MCU接

24、受中斷請求，發(fā)生中斷隨之處理中斷程序。程序框圖如下：判斷是否有數(shù)據(jù)需要接收初始化MCU和CAN總線控制器數(shù)據(jù)是否收完啟動數(shù)據(jù)接受程序否 否申請中斷，執(zhí)行MCU中斷程序圖2.車燈控制系統(tǒng)MCU程序車燈控制程序如下#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define TIM0 -50000uchar sj8;uchar CANBUS=0;sbit cs=P20;sbit qd1=P01;sbit qd0=P00;sbit qd2=P02;sbit qd3=P03;sbit qd4=P04;sbit qd5=P05;s

25、bit qd6=P06;sbit qd7=P07;#define MyAddr 1#define CAN_DATA P0#define CAN_CR 0 /控制#define CAN_CMR 1 /命令#define CAN_SR 2 /狀態(tài)#define CAN_IR 3 /中斷#define CAN_ACR 4 /驗收#define CAN_AMR 5 /屏蔽#define CAN_BTR0 6 /時序0#define CAN_BTR1 7 /時序1#define CAN_OCR 8 /輸出#define CAN_TXB 10 /發(fā)送緩沖#define CAN_RXB 20 /接收緩沖#d

26、efine CAN_CDR 31 /分頻uchar pdata CAN32 _at_(0);void CAN_INI() /*初始化部分*/ CANCAN_CR=0 x01; /進入復位模式，允許訪問各個寄存器 CANCAN_ACR=MyAddr;/驗收，表示接收的數(shù)據(jù)中第一位為1。 CANCAN_AMR=0 x00; /屏蔽;00表示不屏蔽，8位全有效。 CANCAN_BTR0=0 x07; /總線時序0 CANCAN_BTR1=0 xff;/總線時序1 CANCAN_OCR=0 x1A; /0 xaa,0 xd2,0 xfa 輸出控制 CANCAN_CR=0 x02; /接收中斷使能，否則

27、不能接收 void main() P0=0 xff; EA=0; cs=0; EX0=0; PX0=0; ET0=0; CAN_INI();IT0=1;/外中斷請求信號方式控制位:1 脈沖方式（后沿負跳有效）,0 電平方式（低電平有效） TH0=TIM0&0XFF; TL0=TIM08; TR0=1;/啟動0號計數(shù)器,-50000equsFFFF3CB0;TH0=B0,TL0=3C EX0=1; ET0=1; EA=1; PX0=1; while(1);void CAN_INT() interrupt 0 using 1/*接收中斷*/ uchar i,p; p=CANCAN_IR; if(p

28、&0 x01) /中斷寄存器的低一位為一：RXFIFO不空且中斷寄存器的RIE（接收中斷使能）位置1 p=CAN_RXB;/接收數(shù)據(jù)的首地址給p for(i=0;i8; TR0=1; CAN總線在奧迪A6汽車電動車窗上的應用3.1系統(tǒng)的總體設計現(xiàn)在各中高檔轎車都安裝有電動車窗，按鈕控制車窗玻璃的升降。如果車窗無智能，司機在沒有注意到乘客的手或物體伸出窗口的情況下按下按鈕，乘客容易被車窗夾傷。為了安全，很多乘車都采用電動防夾車窗。在充分研究有關CAN總線在汽車電子系統(tǒng)中的應用和電動車窗防夾方案的基礎上，提出一種基于CAN總線的轎車車窗智能控制系統(tǒng)的設計方案，實現(xiàn)車窗在正常工作模式下防夾控制功能和

29、緊急情況下(異常工作模式)快速升降車窗控制功能。CAN總線系統(tǒng)節(jié)點分為不帶微控制器的非智能節(jié)點和帶微控制器的智能節(jié)點。該系統(tǒng)采用智能節(jié)點設計，轎車車窗按CAN總線結構和電器元件在汽車中的物理位置劃分為左前、右前、左后和右后4個節(jié)點單元。其中左前節(jié)點為主控制單元，除負責本地(左前)車窗的升降，還可以遠程控制其他車窗。各節(jié)點采用獨立的帶CAN功能的微控制器設計，其CAN網(wǎng)絡結構如圖所示。3.2硬件接口電路設計該系統(tǒng)采用片內(nèi)含有CAN控制器的P8xC591作為節(jié)點單元主控制器。P8xC591采用強大的80C51指令集；內(nèi)部集成有SJAl000 CAN控制器的PeliCAN功能；全靜態(tài)內(nèi)核提供了擴展的

30、節(jié)電方式：振蕩器停止和恢復而不丟失數(shù)據(jù)；改進的1：l內(nèi)部時鐘分頻器在12 MHz外部時鐘頻率時實現(xiàn)500ns指令周期。 控制器P8xC2591讀取按鍵信息，驅(qū)動車窗電機按預先編制的軟件指令運行，同時監(jiān)測傳感器的輸出電壓和負載電流，作為車窗在上升(下降)過程中與障礙物夾持時的邏輯判斷，然后驅(qū)動電機。為了防止車窗玻璃上升到頂部或下降到底部時，電動機受到?jīng)_擊堵轉而降低電動車窗機械的使用壽命，該系統(tǒng)設計具有軟停止功能，并且手動或自動上升、下降時都有此功能。當玻璃上升(下降)快到頂(底)部時，在上升軟停止點切斷電動機的電源使其停止工作，通過電動機的慣性使玻璃上升(下降)到頂(底)部。各節(jié)點單元相關命令和

31、狀態(tài)通過CAN控制器以報文格式由CAN總線完成與其他節(jié)點單元信息間的傳輸和共享。系統(tǒng)節(jié)點單元硬件設計框圖如圖所示。 車窗控制系統(tǒng)CAN總線硬件原理圖系統(tǒng)左前節(jié)點單元除具有全局控制外，其余節(jié)點單元只負責控制本地車窗，硬件設計僅多一個按鍵K4，主要在于軟件設計。該系統(tǒng)設計的控制電路不僅支持節(jié)點單元間的CAN總線通信，還要檢測壓電傳感器和負載電流等模擬量，判斷各種邏輯，通過驅(qū)動器實現(xiàn)控制功能。3.3系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟設計目主包括CAN控制器始化、節(jié)點發(fā)送接收報文主控程序3個模塊。can控制器初始化CAN控制器電或硬復位必須始化，包括操作模式、驗收濾波器、總線位定時、斷配置TXDC輸出引腳。節(jié)點發(fā)送接

32、收報文報文發(fā)送由CAN控制器遵循CAN協(xié)議規(guī)范自動完成。首先CPU必須待發(fā)送數(shù)據(jù)按特定格式組合成幀報文，進入CAN控制發(fā)送緩沖器，并置位命令寄存器發(fā)送求標志，發(fā)送處理通過斷求或查詢狀態(tài)標志進行控制。其發(fā)送程序分發(fā)送遠程幀數(shù)據(jù)幀兩種，遠程幀無數(shù)據(jù)場。 報文接收程序責節(jié)點報文接收以及總線關閉、誤報警、接收溢出等其處理。報文收發(fā)主有斷接收方式查詢接收方式。軟設計采報文接收查詢斷控制方式報文發(fā)送斷控制方式。報文發(fā)送接收程序流程如下圖所示。 主控程序各車窗節(jié)點單元，左節(jié)點單元功能最復雜，具有最控制優(yōu)先權。這里以左節(jié)點單元例，詳細介紹其主控程序設計。首先始化系統(tǒng)，包括P8xC591控制器CAN模塊始化、斷

33、、I0端口、定時模塊、看門狗模塊、AD轉換器模塊設置全局變量，還電機堵轉時最電流車窗頂(底)時傳感器電壓閾值入EPROM。P8xC591實測電流EPROM標定值比較，實現(xiàn)防夾功能，比較電壓閾值測得傳感器電路電壓值判斷車窗達極限位置。始化完成，讀組合按鍵信息，根據(jù)按鍵動作實施具體操作，同時發(fā)送CAN報文，完成各節(jié)點單元間CAN通信智能化控制。圖5左節(jié)點單元主控程序流程。設計流程圖3.4電動車窗系統(tǒng)主要技術參數(shù)和功能防夾功能 初始化后，手動和自動上升時都具有防夾功能，防夾次數(shù)不受限制；從車窗上極限下沿40mm往下，車窗上極限上沿40 mm往上的區(qū)間為防夾區(qū)間省電模式 在輸入信號消失120 ms后。

34、且電動機溫度接近室溫25時，系統(tǒng)自動進入省電模式靜態(tài)電流小于300A。當電動機控制單元一旦得到輸入指令就被喚醒。軟停止功能 上升軟停止點為上極限位置約2 mm處，下降軟停止點為下極限位置上約12 mm處。電動機保護功能對電動機采取保護措施，提高電動機和電動車窗系統(tǒng)的使用壽命。自診斷保護功能 為保證系統(tǒng)的可靠性，同時提高系統(tǒng)的平均無故障時間，采用自診斷保護措施：如果電源電壓超過16 V05 V，關閉自動上升功能。系統(tǒng)抗干擾設計技術軟件抗干擾以其設計靈活、節(jié)省硬件資源、成本低等優(yōu)勢得到廣泛應用。CAN總線在奧迪A6汽車雨刮上的應用4.1系統(tǒng)的總體設計本設計為奧迪A6汽車雨刮控制系統(tǒng)，由左右節(jié)點構成

35、。左節(jié)點主控制單元，兩節(jié)點基本相同，區(qū)別僅在于左節(jié)點多出開關命令模塊。以左節(jié)點為介紹內(nèi)容，它包括雨量檢測模塊、電源模塊、開關控制模塊、CAN通信模塊、處理器模塊?？蓪崿F(xiàn)停止、低速、高速、點動、間歇、自動五種刮水模式。左節(jié)點工作時，開關控制命令輸入到控制器模塊，雨量檢測模塊將雨量信息輸入控制模塊供自動模式使用，控制器由開關信號和雨量信號作出判斷，輸出命令到輸出驅(qū)動模塊和CAN通信模塊。右節(jié)點經(jīng)CAN通信模塊獲得動作命令，輸出驅(qū)動命令到輸出驅(qū)動模塊。電源模塊為左右節(jié)點供電。左節(jié)點 右節(jié)點ECU開關控制模塊CAN通信電源輸出驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動模塊CAN通信ECU電源雨量檢測模塊系統(tǒng)整體電路圖4.2系統(tǒng)

36、硬件電路設計4.2.1雨量檢測模塊 圖4-1雨量檢測電路圖圖4-2紅外傳感器檢測原理圖雨量檢測采用紅外雨水傳感器，紅外光受外界環(huán)境影響小，且易于檢測。把半導體發(fā)光元件和感光元件配成一對，從發(fā)光元件發(fā)出的光信號，如果在光路途中遇到雨滴落下，由于光的散射，光強減弱，可利用檢測光強的衰減信號來控制雨刮器的動作。由此雨量檢測部分由紅外光發(fā)射電路和紅外光接收電路組成，如圖4-1所示。圖中左半部分為紅外發(fā)射電路，紅外發(fā)射管采用硅光電二極管，它具有暗電流小、噪聲低、受溫度影響小、價格便宜等優(yōu)點。紅外發(fā)射管三個并聯(lián)，三極管驅(qū)動，利用單片機定時器定時中斷在P5.0口產(chǎn)生38 kHz的頻率脈沖控制發(fā)射管的通斷，采

37、用這種方式可以減少發(fā)射電路的功耗。電路中D1用來指示紅外發(fā)射管是否在正常工作中。右半部分為紅外接收電路，采用Vishay公司的紅外專用集成接收芯片 TK1838，該芯片將光接收二極管、放大電路、帶通濾波器、檢波電路封裝在一起，以實現(xiàn)接收脈沖編碼信號調(diào)制的紅外光信號，塑料封裝可濾除可見光，使得電路簡單，體積也比較小。TK1838芯片共有3個引腳：l腳為輸出，2 腳為接地，3 腳電源接 +5 V，內(nèi)部集成了放大、濾波、解調(diào)及其控制電路，1腳直接輸出高低電平。TK1838只有接收到38 kHz的脈沖信號才會工作。當接收不到38 kHz的脈沖信號時，1腳輸出高電平；當接收到38 kHz的脈沖信號時，1

38、腳輸出低電平。當有雨滴落在擋風玻璃的“敏感區(qū)域”時，1腳輸出一串脈沖波，脈沖波的數(shù)量則與雨量的大小成正比。4.2.2開關控制模塊汽車上使用的電源系統(tǒng)是12V系統(tǒng)，控制輸入信號也為12V，而89C51是5V系統(tǒng)供電。開關的控制信號不能直接輸入到MCU管腳，必須進行電平轉換，使輸入的12V雨刮器開關控制信號轉換后輸出5V電壓，再進入到MCU的I/O管腳。開關處的具體電平轉換連接電路，如下圖4-3所示。整個模塊總共有“停止、低速、高速、點動、間歇、自動”五個按鈕。圖4-3控制開關模塊電路圖4.2.3 ECU和CAN通信模塊雨刮器中的ECU和CAN通信模塊與車燈控制系統(tǒng)、車窗控制系統(tǒng)中ECU和CAN通

39、信模塊一樣。4.2.4.電源模塊電源模塊為控制器的其它模塊電路提供符合要求的電源。目前汽車上使用的電源系統(tǒng)是12V系統(tǒng)，蓄電池的電壓范圍是915V，一般單片機的輸入電壓和各個管腳的最大輸入電壓是5V，需要對汽車上的電源系統(tǒng)進行電平轉換，給需要5V電源的MCU和其它器件使用，如圖4-4所示。圖4-4 電源模塊電路原理圖4.2.4輸出驅(qū)動模塊輸出驅(qū)動模塊主要實現(xiàn)ECU輸出命令信號轉化為能夠驅(qū)動繼電器工作的大電流信號。以電機的正反轉控制信號驅(qū)動電路為原理分析，其他的繼電器動作電路同樣?；鶚O接主控器控制引腳，輸出高電平時，三極管導通對電流進行放大，繼電器吸合進行開關動作。繼電器并聯(lián)反向二極管的作用是泄

40、流，三極管截止時形成回路，繼電器中線圈電流經(jīng)二極管流走。圖4-5 輸出驅(qū)動控制繼電器電路圖4.2.5雨刮電動機本設計采用永磁電動機，通過改變電樞電流方向控制器正反轉，通過改變正負電刷間串聯(lián)繞組匝數(shù)控制轉速。主控器輸出命令控制繼電器動作，有不同的繼電器組合動作可以選擇電樞電流方向和電刷間匝數(shù)。自動停位滑片隨電動機轉動，當刮水片不在風窗下緣位置時保持通電，當刮水片正好停在風窗下緣位置時，電動機與電源斷開。1電樞 2永久磁鐵磁極3蝸桿 4蝸輪 5自動停位滑片圖4-6 雨刮電動機原理圖4.3系統(tǒng)軟件設計開始單片機初始化停止鍵按下低速鍵按下輸出停止命令YN高速鍵按下輸出低速命令Y輸出高速命令Y輸出點動命

41、令Y點動鍵按下NN輸出間歇命令Y間歇鍵按下N輸出點動命令Y點動鍵按下NY自動鍵按下N雨量檢測輸出自動命令CAN總線發(fā)送信號N軟件流程設計如圖所示，單片機初始化程序包括初始化I/O端口的輸入輸出狀態(tài)，設置定時計數(shù)器的參數(shù)和中斷優(yōu)先級等。逐個按鍵檢測輸入信號，經(jīng)控制器處理后輸出控制命令到本地控制驅(qū)動裝置，然后初始化CAN通信模塊，發(fā)送命令信號到其他節(jié)點。循環(huán)檢測按鍵狀態(tài)進行控制。其中的點動信號為短暫通電信號，電動機短暫工作后停止；間歇信號為延時一段時間后電動機工作之后再延時，電動機再工作；自動控制信號使電機根據(jù)雨量檢測信號的大小來選擇電動機轉動速度。具體代碼：#include#include sj

42、a_reg_def.hunsigned charxdataCAN_SJA_BaseAdr_at_ 0 xfa00; /定義SJA1000的片選基址:根據(jù)實際電路確定unsigned char xdata *SJA_CS_Point ; /指針指向空unsigned char Send_CAN_Filter8=0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 xff,0 xff,0 xff,0 xff;/存放SJA1000濾波器參數(shù) unsigned char Send_CAN_Data8;/待發(fā)送的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)由發(fā)送前確定unsigned char Rec_CAN_Data8; /用于接收

43、數(shù)據(jù)unsigned char Send_CAN_Info_ID5=0 x88,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00; /幀頭標識碼unsigned char BTR0,BTR1; unsigned long int num= 0;/用于雨量檢測時的脈沖計數(shù)unsigned char flag_zidong=0;/用于標記雨量大小sbit KEY_Diandong = P10;/點動，按下鍵得低電平sbit KEY_Zidong = P11;/自動sbit KEY_Jianxie = P12;/間歇sbit KEY_High = P13;/高速sbit KEY_Low = P14;/

44、低速sbit KEY_Stop = P15;/停止sbit StartRain = P16;/啟動雨量檢測sbit RainSignal = P17;/接收雨量信號sbit MC_front = P20;/正：0，0;反;1,1;停:1,0sbit MC_back = P21;sbit MC_choose = P22;/輸出高速：1；輸出高速：0/*延時函數(shù)*/void Delayms( unsigned int xms)unsigned int i,j;for(i=xms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);/*CAN總線初始化*/void Can_Sja_Init()SJA_CS

45、_Point=&CAN_SJA_BaseAdr;/確定基址指針BTR0=0 x00; BTR1=0 x14; /設置為1M波特率通信 /SJAEntryResetMode();*(SJA_CS_Point+REG_CAN_MOD) |= 0X01;/進入復位模式 /WriteSJAReg(REG_CAN_CDR,0 xc8);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_CDR) = 0X08;/配置時鐘分頻寄存器，選擇PeliCAN模式 /WriteSJAReg(REG_CAN_MOD,0 x01);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_MOD) = 0X01;/配置模式寄存器，選擇

46、雙濾波、正常模式 /WriteSJARegBlock(16,Send_CAN_Filter,8);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_ACR0) = Send_CAN_Filter0;/配置驗收代碼/屏蔽寄存器*(SJA_CS_Point+REG_CAN_ACR1) = Send_CAN_Filter1;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_ACR2) = Send_CAN_Filter2;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_ACR3) = Send_CAN_Filter3;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_AMR0) = Send_CAN_Filter

47、4;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_AMR1) = Send_CAN_Filter5;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_AMR2) = Send_CAN_Filter6;*(SJA_CS_Point+REG_CAN_AMR3) = Send_CAN_Filter7; /WriteSJAReg(REG_CAN_BTR0,BTR0);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_BTR0) = BTR0;/配置總線定時器0等于0 x00 /WriteSJAReg(REG_CAN_BTR1,BTR1);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_BTR1) = BTR1;

48、/配置總線定時器1等于0 x14 /WriteSJAReg(REG_CAN_OCR,0 x1a);*(SJA_CS_Point+REG_CAN_OCR) = 0X1a;/配置輸出管腳 /SJAQuitResetMode();*(SJA_CS_Point+REG_CAN_MOD) &= 0Xfe;/*MCU外部中斷初始化*/void Init_Cpu()PX0 = 1; /外部中斷0高優(yōu)先級IT0 = 1;/下降沿觸發(fā)EX0 = 1;/允許外部中斷EA = 1;/允許總中斷/*CAN發(fā)送函數(shù)*/void Can_Sja_Send()unsigned char sr,i ;EA = 0 ;/發(fā)送期

49、間不接受新的請求dosr = *(SJA_CS_Point+REG_CAN_SR); /讀狀態(tài)寄存器while(sr&0 x0c)!= 0 x0c); /等待接收完、上一次發(fā)送完 、緩沖器開鎖for(i=0;i5;i+)*(SJA_CS_Point+16+i)=Send_CAN_Datai; /寫標識碼，第16個地址為幀頭標識碼開始地址for(i=0;i8;i+)*(SJA_CS_Point+21+i)=Send_CAN_Datai; /寫數(shù)據(jù)，第21個地址為發(fā)送緩沖開始地址*(SJA_CS_Point+REG_CAN_CMR) = 0 x01;/使能發(fā)送請求EA = 1;/發(fā)送完可以接收新的

50、請求/*中斷CAN接收函數(shù)*/void Receive_Int1() interrupt 2 /接收中斷采用外部中斷1unsigned char ir,i;EA = 0; /接收期間關中斷doir = *(SJA_CS_Point+REG_CAN_IR); /讀中斷寄存器while(ir&0 x01)!=0 x01);for(i=0;i5;i+)Rec_CAN_Datai = *(SJA_CS_Point+16+i);/接收標識碼for(i=0;i8;i+)Rec_CAN_Datai = *(SJA_CS_Point+21+i); /接收數(shù)據(jù)*(SJA_CS_Point+REG_CAN_CMR

51、) = 0 x04;/釋放接收緩沖區(qū)*(SJA_CS_Point+REG_CAN_IR) = *(SJA_CS_Point+REG_CAN_ALC); /釋放仲裁隨時捕捉寄存器，讀出即可清除*(SJA_CS_Point+REG_CAN_IR) = *(SJA_CS_Point+REG_CAN_ECC); /釋放錯誤代碼捕捉寄存器，讀出即可清除 *(SJA_CS_Point+REG_CAN_IER)= 0X01; /接收中斷使能EA = 1;/恢復中斷/*雨刮停止工作函數(shù)*/void Stop()MC_front = 1;MC_front = 0;/*雨刮間歇工作函數(shù)*/void Jianxie

52、()while(!KEY_Jianxie)MC_choose = 0; /低速運轉MC_front = 0;/正轉200msMC_back = 0;Delayms(200);MC_front = 0;/反轉MC_back = 0;Delayms(100); /100ms后機械歸位MC_front = 1; /停止1000msMC_back = 0; Delayms(1000);/*雨刮高速工作函數(shù)*/void High()while(!KEY_High) MC_choose = 1; /高速運轉MC_front = 0;/正轉100msMC_back = 0;Delayms(100);MC_f

53、ront = 0;/反轉100msMC_back = 0;Delayms(100);/*雨刮低速工作函數(shù)*/void Low()while(!KEY_High) MC_choose = 0; /低速運轉MC_front = 0;/正轉200msMC_back = 0;Delayms(200);MC_front = 0;/反轉200msMC_back = 0;Delayms(200);/*雨刮點動工作函數(shù)*/void Diandong()MC_choose = 0; /低速運轉MC_front = 0;/正轉200msMC_back = 0;Delayms(200);MC_front = 0;/反轉100ms后機械歸位MC_back = 0;