CAN-bus汽車駕駛狀態(tài)測量節(jié)點設計方案

控制器局域網CAN（Controller Area Network）是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN最初被設計作為汽車環(huán)境中的控制總線，在車載各電子控制裝置（ECU）之間交換信息，形成汽車電子控制網絡。如在發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置［1］。CAN 總線具有實時性強、傳輸距離遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點，以其高性能、高可靠性和獨立的設計而被廣泛應用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護等領域。
　　本文提出了一種以Philips LPC2119為控制器的汽車駕駛狀態(tài)測量節(jié)點的設計， iCAN-bus協(xié)議的應用使汽車駕駛狀態(tài)（方向盤、油門、剎車和ECU控制等信息）的采集、處理和信息管理更具實時性和高效性。經實驗測試，該控制系統(tǒng)數據傳輸快速、準確。
　　1 CAN總線系統(tǒng)組成模式
　　1.1 基于iCAN協(xié)議的CAN網絡
　　在本文的系統(tǒng)中，采用自主研發(fā)的iCAN協(xié)議作為本系統(tǒng)的應用協(xié)議［2］。iCAN協(xié)議是基于CAN的內部通信協(xié)議，該協(xié)議小巧、通信效率高，對硬件資源要求低，非常適合于小型系統(tǒng)的使用。系統(tǒng)中的設備統(tǒng)稱為iCAN節(jié)點。iCAN協(xié)議定義的通信方式是“面向節(jié)點，基于連接”的通信方式。“面向節(jié)點”是指源節(jié)點地址及目的節(jié)點地址均已給定，即對于任何一個報文參與通信的雙方是確定的。如圖1所示。
　　
　　“基于連接”是指在網絡中任何一個參與通信的從站設備都必須和主站設備之間建立一個獨立的通信連接。這樣也為對任何一個設備的通信進行監(jiān)控提供了可能。如圖2所示。
　　
　　1.2 設備的通信模式
　　iCAN協(xié)議定義了兩種通信方式：主從輪詢方式和事件觸發(fā)方式。主從輪詢方式又可分成點對點方式和廣播方式;事件觸發(fā)方式又可分成定時循環(huán)方式和狀態(tài)觸發(fā)方式。如表1所示。
　　
　　1.3 實際的iCAN系統(tǒng)設計
　　在本文設計中，采用分布式處理的思想，每個從節(jié)點都能完成一些數據處理工作。例如，在加速度的數據采集中，相應從站完成數據的采集、調理、有效數據的判斷等。這樣，減輕了主節(jié)點的工作量，減少了通信次數從而能進一步提高通信質量。
　　在通信模式上，采用主從輪詢和事件觸發(fā)相結合的方式。在有從節(jié)點采集到有效數據的時候才主動向主節(jié)點報告，在通常情況下是沒有任何動作的。之所以還需要主從輪詢模式是基于以下原因。從節(jié)點如果長時間沒有向主節(jié)點發(fā)送數據，有兩種可能：第一，的確沒有數據;第二，該節(jié)點已經損壞。在節(jié)點損壞的情況下，不會有任何數據發(fā)出，所以主節(jié)點必須定時查詢從節(jié)點的狀態(tài)，這個查詢周期可以設置得比較長，視具體要求而定（典型值在幾百毫秒到幾秒）。對于損壞的從節(jié)點，主站會及時向用戶報警。
　　系統(tǒng)由上位計算機節(jié)點（包括嵌入式PC機和CAN接口卡）作為系統(tǒng)的主節(jié)點，汽車駕駛狀態(tài)智能測控節(jié)點等作為從節(jié)點組成。網絡拓撲結構為總線型，通信介質為屏蔽雙絞線。主節(jié)點除了負責與從節(jié)點的基本通信外，還負責運行汽車駕駛狀態(tài)（疲勞駕駛）智能控制程序，動態(tài)顯示各節(jié)點的工作狀態(tài)和重要的現(xiàn)場參數以及報警信息等，并對各節(jié)點的控制參數、運行參數進行整定和修改。系統(tǒng)結構如圖3所示。從節(jié)點對方向盤、油門、剎車和ECU控制等信息進行采集并傳至主節(jié)點。對于不同的設備，其總線轉換接口原理相同，只是具體的轉換模塊不同。