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CAN總線的應(yīng)用分析Hefei University集散控制與現(xiàn)場(chǎng)總線題目名稱: CAN現(xiàn)場(chǎng)總線應(yīng)用分析 姓 名: 學(xué) 號(hào): 0905075015 班 級(jí): 09自動(dòng)化(2)班 指導(dǎo)教師: 丁 健 完成日期: 2012.12.5 目 錄一、CAN 總線的簡(jiǎn)介21.1 CAN總線發(fā)展21.2 CAN總線的特點(diǎn)3二、CAN總線的結(jié)構(gòu)和原理42.1CAN總線結(jié)構(gòu)42.1.1 CAN系統(tǒng)組成42.1.2 CAN總線的物理接口42.2 CAN總線的工作原理4三、CAN總線技術(shù)在風(fēng)行景逸車身電子控制上的應(yīng)用分析53.1必要性分析53.1.1 電氣控制的現(xiàn)狀53.1.2實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)的便利性63.2可行性分析73.2.1 CAN控制器接口芯片現(xiàn)狀分析73.2.2 CAN總線技術(shù)在汽車車身控制上應(yīng)用現(xiàn)狀分析73.3風(fēng)行景逸車身電子控制CAN網(wǎng)絡(luò)方案73.3.1 CANBUS系統(tǒng)設(shè)計(jì)大綱73.3.2風(fēng)行景逸CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)83.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能83.5前景展望9四、CAN總線應(yīng)用分析總結(jié)9參考文獻(xiàn)9CAN總線的應(yīng)用分析摘 要:CAN現(xiàn)場(chǎng)總線作為一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的技術(shù),以其穩(wěn)定性好、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率高、維護(hù)成本低及其獨(dú)特的設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視,并被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN總線可以滿足很多產(chǎn)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的要求。本文先介紹了CAN總線的發(fā)展、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、工作原理,CAN總線技術(shù)在風(fēng)行景逸車身電子控制上的應(yīng)用為例來闡述CAN總線在工業(yè)、汽車行業(yè)的廣泛用途。關(guān)鍵字:CAN總線 現(xiàn)場(chǎng)總線 報(bào)文 風(fēng)行景逸 一、CAN 總線的簡(jiǎn)介1.1 CAN總線發(fā)展 1986年德國電氣商Bosch(博世)公司為解決汽車眾多控制設(shè)備與儀器儀表之間的數(shù)據(jù)交換提出了一種串行通信協(xié)議即CAN(Control Area Network)總線。CAN總線采用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質(zhì),通訊速率為1 Mb/s,當(dāng)信號(hào)傳輸距離達(dá)到10km時(shí),CAN仍可提供高達(dá)50kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。CAN總線具有低成本、高速度、高抗電磁干擾性、優(yōu)越的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力等優(yōu)點(diǎn)。由于CAN總線卓越的性能,在20世紀(jì)90年代的歐洲得到了廣泛的重視,并成為研究的熱點(diǎn)。 CAN協(xié)議的最初版本為1.0版,1990年升級(jí)到1.2版,1991年又推出2.0版。CAN 2.0規(guī)范分為CAN 2.0A和CAN 2.0B。CAN 2.0A支持標(biāo)準(zhǔn)的11位標(biāo)識(shí)符。CAN 2.0B同時(shí)支持標(biāo)準(zhǔn)的11位標(biāo)識(shí)符和擴(kuò)展的29位標(biāo)識(shí)符,CAN 2.0規(guī)范的目的是為了在任何兩個(gè)基于CAN-bus的儀器之間建立兼容性。CAN協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層,與OSI模型中七層結(jié)構(gòu)的三層相對(duì)應(yīng)。1993年,CAN已成為國際標(biāo)準(zhǔn)IS011898(高速應(yīng)用,通信速率小于等干1Mbps)和IS011519(低速應(yīng)用,通信速率小于等于125 Kbps),現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。1.2 CAN總線的特點(diǎn)(1)CAN控制器工作于多主站方式,網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)(取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符)采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競(jìng)爭(zhēng)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。而利用RS-485只能構(gòu)成主從式結(jié)構(gòu)系統(tǒng),通信方式也只能以主站輪詢的方式進(jìn)行,系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性較差。(2)CAN協(xié)議廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,其優(yōu)點(diǎn)是可使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制,加入或減少設(shè)備都不影響系統(tǒng)的工作。同時(shí)可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù),這些特點(diǎn)使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信實(shí)時(shí)性強(qiáng),并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。(3)CAN總線通過CAN控制器接口芯片的兩個(gè)輸出端CANH和CANL與物理總線相連,而CANH端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài),CANL端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這樣就保證不會(huì)出現(xiàn)類似在RS-485網(wǎng)絡(luò)中系統(tǒng)有錯(cuò)誤時(shí)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù)而導(dǎo)致總線呈現(xiàn)短路從而損壞某些節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)關(guān)閉輸出功能,以使總線上其他節(jié)點(diǎn)的操作不受影響,從而保證不會(huì)出現(xiàn)象在網(wǎng)絡(luò)中,因個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題,使得總線處于“死鎖”狀態(tài)。(4)CAN具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實(shí)現(xiàn),從而大大降低了用戶系統(tǒng)開發(fā)的難度,縮短了開發(fā)周期,這些是僅僅有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。(5)與其它現(xiàn)場(chǎng)總線比較而言,CAN總線通信最高速率可達(dá)1MBPS,傳輸速率為5KBPS時(shí),采用雙絞線,傳輸距離可達(dá)10KM,并且數(shù)據(jù)傳輸可靠性高;CAN總線是具有通信速率高、容易實(shí)現(xiàn)、且性價(jià)比高等諸多特點(diǎn)的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線。這些也是目前CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,具有強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要原因。二、CAN總線的結(jié)構(gòu)和原理2.1CAN總線結(jié)構(gòu)2.1.1 CAN系統(tǒng)組成CAN總線用戶接口簡(jiǎn)單,編程方便。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線式結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,并且采用無源抽頭連接,系統(tǒng)可靠性高。通過CAN總線連接各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),形成多主機(jī)控制器局域網(wǎng)(CAN)。信息的傳輸采用CAN通信協(xié)議,通過CAN控制器來完成。各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般為帶有微控制器的智能節(jié)點(diǎn)完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和基于CAN協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸,節(jié)點(diǎn)可以使用帶有在片CAN控制器的微控制器,或選用一般的微控制器加上獨(dú)立的CAN控制器來完成節(jié)點(diǎn)功能。傳輸介質(zhì)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖。如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力,還可以在控制器和傳輸介質(zhì)之間加接光電隔離,電源采用DC-DC變換器等措施。這樣可方便構(gòu)成實(shí)時(shí)分布式測(cè)控系統(tǒng)。2.1.2 CAN總線的物理接口采用CAN收發(fā)器PCA82C250作為CAN控制器和物理總線之間的接口,提供向總線的差動(dòng)發(fā)送能力和對(duì)CAN控制器的差動(dòng)接收能力。 一般在驅(qū)動(dòng)芯片和CAN控制器之間加入光電耦合器,增加抗干擾能力。CAN總線的速度將由光電耦合器的速度決定。比如:用4N27光耦,因?yàn)樗捻憫?yīng)速度比較慢,CAN網(wǎng)絡(luò)的位速度只能達(dá)到幾十Kbit/s。如果采用6N137高速光電耦合器,CAN網(wǎng)絡(luò)速度可以達(dá)到和電阻網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)時(shí)的速度一樣。另外,物理層的設(shè)計(jì)要注意電纜的終端阻抗匹配,這直接影響了CAN總線能否正常工作和網(wǎng)絡(luò)性能,一般在CAN總線兩端并聯(lián)120的電阻。 2.2 CAN總線的工作原理CAN總線使用串行數(shù)據(jù)傳輸方式,可以1Mb/s的速率在40m的雙絞線上運(yùn)行,也可以使用光纜連接,而且在這種總線上總線協(xié)議支持多主控制器。CAN與I2C總線的許多細(xì)節(jié)很類似,但也有一些明顯的區(qū)別。當(dāng)CAN總線上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),它以報(bào)文形式廣播給網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)。對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)來說,無論數(shù)據(jù)是否是發(fā)給自己的,都對(duì)其進(jìn)行接收。每組報(bào)文開頭的11位字符為標(biāo)識(shí)符,定義了報(bào)文的優(yōu)先級(jí),這種報(bào)文格式稱為面向內(nèi)容的編址方案。在同一系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)符是唯一的,不可能有兩個(gè)站發(fā)送具有相同標(biāo)識(shí)符的報(bào)文。當(dāng)幾個(gè)站同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線讀取時(shí),這種配置十分重要。 當(dāng)一個(gè)站要向其它站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),該站的CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和自己的標(biāo)識(shí)符傳送給本站的CAN芯片,并處于準(zhǔn)備狀態(tài);當(dāng)它收到總線分配時(shí),轉(zhuǎn)為發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。CAN芯片將數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議組織成一定的報(bào)文格式發(fā)出,這時(shí)網(wǎng)上的其它站處于接收狀態(tài)。每個(gè)處于接收狀態(tài)的站對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行檢測(cè),判斷這些報(bào)文是否是發(fā)給自己的,以確定是否接收它。由于CAN總線是一種面向內(nèi)容的編址方案,因此很容易建立高水準(zhǔn)的控制系統(tǒng)并靈活地進(jìn)行配置。我們可以很容易地在CAN總線中加進(jìn)一些新站而無需在硬件或軟件上進(jìn)行修改。當(dāng)所提供的新站是純數(shù)據(jù)接收設(shè)備時(shí),數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議不要求獨(dú)立的部分有物理目的地址。它允許分布過程同步化,即總線上控制器需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí),可由網(wǎng)上獲得,而無須每個(gè)控制器都有自己獨(dú)立的傳感器。三、CAN總線技術(shù)在風(fēng)行景逸車身電子控制上的應(yīng)用分析由于CAN總線具有低網(wǎng)絡(luò)成本、高網(wǎng)絡(luò)安全性、通信實(shí)時(shí)性和可靠性等特點(diǎn)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車工業(yè)、安全防護(hù)等領(lǐng)域。下面以CAN總線技術(shù)在風(fēng)行景逸車身電子控制上的應(yīng)用分析為例來說明CAN的廣泛用途。3.1必要性分析3.1.1 電氣控制的現(xiàn)狀隨著汽車市場(chǎng)的壯大和汽車技術(shù)的發(fā)展,車主對(duì)車輛的舒適性、安全性及動(dòng)力性的要求越來越高。為了滿足客戶的需求,車輛的電器功能越來越多,各項(xiàng)控制功能將逐步向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展,傳統(tǒng)的技術(shù)和控制方式已越來越難適應(yīng)。電器功能的多樣化和不斷增加,以及控制功能的自動(dòng)化、智能化,將給現(xiàn)在的車輛電器系統(tǒng)架構(gòu)帶來以下四個(gè)主要問題:(1)線束系統(tǒng)越來越復(fù)雜:目前風(fēng)行景逸整車線束回路數(shù)達(dá)600多個(gè),全車電線長(zhǎng)達(dá)800 m,端子用量達(dá)上千個(gè),插接件數(shù)量達(dá)到160余個(gè),整車線束復(fù)雜程度已偏高。不斷增加的功能將會(huì)使電子器件增加,智能化系統(tǒng)將帶來大量的傳感器,各類器件之間的連接將大大增加線束系統(tǒng)的復(fù)雜程度,一方面線束的成本將會(huì)大幅提升,另一方面復(fù)雜的線束系統(tǒng)使得線柬布置難度加大,可能的干涉和磨損隱患增加,同時(shí)線束系統(tǒng)故障的幾率也會(huì)隨之提升。(2)電器系統(tǒng)故障發(fā)生率不斷增加:功能增加帶來的電器件數(shù)量增加,會(huì)帶來新的故障點(diǎn);傳統(tǒng)的車身線路系統(tǒng),所有的信號(hào)線都通過線柬硬線連接,電路回路及環(huán)境干擾影響發(fā)生率會(huì)增加,同時(shí)同一個(gè)信號(hào)供給不同的電器件所產(chǎn)生的干擾和可能的隱患將增加。(3)故障診斷和檢測(cè)難度增加:電器零部件的增加、線束的復(fù)雜化、故障點(diǎn)的增多不可避免會(huì)帶來故障診斷和檢測(cè)難度的增加。(4)信號(hào)傳輸瓶頸出現(xiàn)。電器功能自動(dòng)化和智能化的發(fā)展,帶來大量的信號(hào)交換需求,某些信號(hào)對(duì)傳輸時(shí)間及電磁屏蔽要求較高,傳統(tǒng)線路無法完全解決這些問題。同時(shí),18T車型的動(dòng)力系統(tǒng)是CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),而車身電器系統(tǒng)則是傳統(tǒng)架構(gòu),造成雙方之間信號(hào)交換需要通過新增的網(wǎng)關(guān)控制器來實(shí)現(xiàn)。3.1.2實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)的便利性汽車總線技術(shù)在汽車車身方面的應(yīng)用大大提高了汽車的人性化和智能化程度,風(fēng)行景逸作為一個(gè)新推出的平臺(tái),應(yīng)該順應(yīng)這種趨勢(shì),開發(fā)屬于自己的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),適應(yīng)我國汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)水平和市場(chǎng)需求。至少它可以為我們提供以下方便。(1)簡(jiǎn)化整車的電路系統(tǒng),方便電氣布線;(2)性能安全可靠;(3)智能化控制:(4)很強(qiáng)的可擴(kuò)展性;(5)簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝,減少生產(chǎn)成本;(6)較低的維護(hù)、維修費(fèi)用。3.2可行性分析3.2.1 CAN控制器接口芯片現(xiàn)狀分析CAN總線技術(shù)被提出后,1987年Inter和Philipa便先后推出了CAN控制芯片。之后,由于CAN具有眾多優(yōu)越的特性,以及應(yīng)用的廣泛性,包括Inter、Motorola、Siemens、Philips和Renesaa在內(nèi)的許多芯片生產(chǎn)廠家都推出了一系列的帶CAN控制器的微處理芯片、獨(dú)立的CAN控制器和CAN總線接口芯片。這些芯片供應(yīng)商均可以提供完整的微處理芯片和各類接口芯片及完整的軟、硬件,并提供相應(yīng)的技術(shù)支持。隨著CAN總線技術(shù)的成熟及應(yīng)用的推廣,CAN控制器芯片的種類已相當(dāng)豐富,同時(shí)價(jià)格也在迅速的下降,CAN控制器芯片在種類和價(jià)格方面已經(jīng)完全滿足在車輛上大量使用的條件。3.2.2 CAN總線技術(shù)在汽車車身控制上應(yīng)用現(xiàn)狀分析國際汽車廠商和零部件開發(fā)商大投入CAN總線技術(shù)的研究及應(yīng)用,CAN總線技術(shù)在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛。2003年,Maybach發(fā)布了帶有76個(gè)ECU的新車型(含CAN、LIN、MOST);2004年大眾集團(tuán)發(fā)布了帶有35個(gè)ECU模塊的Golf汽車;2004年后,國外新發(fā)布的車型幾乎全部使用CAN總線技術(shù);在國內(nèi),一汽大眾、一汽轎車、上汽汽車、上海大眾、上海通用、長(zhǎng)安福特、北汽奔馳等汽車公司都發(fā)布了帶有CAN控制器的車型。同時(shí)。國內(nèi)一些汽車零部件廠商也研發(fā)出了基于CAN總線技術(shù)的車身控制模塊。綜上所述,國內(nèi)CAN總線技術(shù)開發(fā)應(yīng)用環(huán)境已趨成熟;CAN芯片硬件數(shù)量豐富且價(jià)格適中,已適合在汽車上大量采用,CAN控制器開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。同時(shí),風(fēng)行景逸作為柳汽新型平臺(tái),在底盤方面已逐步導(dǎo)入了帶CAN功能的各類系統(tǒng)或總成,并已逐漸在實(shí)車中應(yīng)用。3.3風(fēng)行景逸車身電子控制CAN網(wǎng)絡(luò)方案3.3.1 CANBUS系統(tǒng)設(shè)計(jì)大綱CANBUS系統(tǒng)采用通訊協(xié)議:BOSCH CAN 20BCANBUS系統(tǒng)采用國際標(biāo)準(zhǔn):ISODISI 1898CANBUS系統(tǒng)約束條件:(1)CAN-BUS系統(tǒng)傳輸速率:125kbs(2)CAN-BuS系統(tǒng)通訊格式:CAN擴(kuò)展格式(3)CAN-BUS系統(tǒng)信息標(biāo)識(shí)符:29位(4)CANBUS系統(tǒng)多字節(jié)安排:低位在前、高位在后3.3.2風(fēng)行景逸CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 3.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有:(1)燈光和信號(hào)控制:同常規(guī)的燈光和信號(hào)控制。(2)車內(nèi)燈控制:自動(dòng)打開或延遲熄滅車內(nèi)燈。(3)鑰匙圈燈光提示:左前車門打開后點(diǎn)火開關(guān)鑰匙孔點(diǎn)亮一段時(shí)間。(4)燈光提示:點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后如果燈光開關(guān)打開,則蜂鳴器報(bào)警。(5)前雨刮和洗滌器控制器:同通用的雨刮器控制。(6)中央門鎖控制:使用遙控器或中控開關(guān)執(zhí)行開、閉鎖功能。(7)車輛防盜報(bào)警器:進(jìn)入防盜后如果車門或點(diǎn)火開關(guān)被打開,激活喇叭報(bào)警。(8)自動(dòng)關(guān)窗:遙控上鎖后如有車門窗未升到位則執(zhí)行自動(dòng)關(guān)窗功能

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