大眾汽車車載CAN總線系統(tǒng)設(shè)計【獨家畢業(yè)課程設(shè)計含任務(wù)書+開題報告+外文翻譯+中期報告+答辯PPT】

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AN in a 2nd is to on AN a as in on 211 TR 229 1to as an RR TR on of AN 9of AN 1As in is by a it to be to it To a is of TR in is to a a If 6 頁 共 12 頁 is is a If TR is is a of SB is DE be if is a B1 it is B0 it is in It be a no of of LC of of in of of a 15RC a is by to if is to if of or a on in a of of by AN is to at or be in in AN in a if it to of of AN x .0 At be In to AN a of it of to to on of 7 頁 共 12 頁 a to to on of is No AN or be to of on be to is AN to of as to of to or on D to an to to of is on of in or to in or to of is a AN a be to be of AN in to AN 第 8 頁 共 12 頁 線協(xié)議 1 簡介 控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（ 最初創(chuàng)建者是 80年代中期的德國汽車系統(tǒng)供應(yīng)商羅伯特博世，作為汽車應(yīng)用啟用強大的串行通信的方法。其目標是讓汽車更可靠，安全，省油同時減少線束的重量和復雜性。公司自成立以來，已取得了 議廣泛普及和其在工業(yè)自動化汽車 /卡車方面的應(yīng)用。該總線在其他市場網(wǎng)絡(luò)解決方案一樣能夠帶來強有力的利潤，例如醫(yī)療設(shè)備，測試設(shè)備和移動機器也開始利用 線的優(yōu)勢。本文的目的是解釋一些 基本知識，和選擇 信作為嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的好 處。第 9 頁 共 12 頁 2 線概述 大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序遵循分層方法實施。這一系統(tǒng)的方法使不同產(chǎn)品之間的制造商共同創(chuàng)建一個標準的國際標準化組織（ 為模板遵循這種分層方法。這就是所謂的國際標準組織開放系統(tǒng)互連（ 絡(luò)分層參考模型。 議本身實現(xiàn)了較低的最基本參考模型層的通信模型中的一部分，是故意忽略 范，使系統(tǒng)設(shè)計調(diào)整和優(yōu)化的通信協(xié)議最大程度的靈活性（雙絞線多種媒體，單絲，光隔離，射頻，紅外線等）。有了這個靈活性，但是，隨之而來的互操作的可能性成為關(guān)注。為了緩解這些問題一些國際標準組織與國際汽車 工程師學會（ 原來的基礎(chǔ)上定義了一些在 議基礎(chǔ)上的定義，這包括在指定兩個底層媒體獨立接口的定義。 象是卡車和總線的應(yīng)用。所有這些協(xié)議的物理接口指定為一個 5V 的差分電氣總線。 其余剩下 議棧層由系統(tǒng)軟件開發(fā)商來實現(xiàn)，更高一層的協(xié)議（ 般用來實現(xiàn)上面五層的 考模型。 于： 1）規(guī)范程序，包括比特率啟動使用時， 2）參與節(jié)點之間分配地址消息或類型， 3）確 定的消息結(jié)構(gòu)， 4）提供系統(tǒng)級的錯誤處理例程。這絕不是一個執(zhí)行的職能 整列表，但它確實描述了他們的基本的一些功能。第 10 頁 共 12 頁 3 線協(xié)議基礎(chǔ) 波偵聽多路訪問沖突檢測（ 訊協(xié)議是 議， 表載波偵聽多路訪問。這意味著，每一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點在嘗試往總線上發(fā)送一個消息期間，必須監(jiān)測總線并保證總線處于不活動狀態(tài)（載波監(jiān)聽）； 另外，當總線處于空閑狀態(tài)， 總線上的每一個節(jié)點傳輸消息的機會是平等的（多址接入）。 表沖突檢測。如果兩個網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點在同一時間開始 發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)點將檢測到?jīng)_突并采取適當?shù)男袆?。?議中，利用無損逐位仲裁的方法。這也就是說，即使完成沖突檢測，仲裁后消息仍然保持完整，所有這一切仲裁均無損壞或延誤的最高優(yōu)先級的消息。 無損逐位仲裁的實現(xiàn)需要兩個條件。第一，邏輯狀態(tài)必須定義為顯性或隱性。第二，發(fā)送節(jié)點必須監(jiān)視總線狀態(tài)，以此觀察正在試圖發(fā)送到總線上的實際邏輯狀態(tài)。 線定義為一個邏輯顯性位 0和邏輯隱性位 1。一個顯性位的狀態(tài)總能仲裁隱性位的狀態(tài)，因此，較低的消息標識符值（消息中的仲裁過程中使用的字段），消息的優(yōu)先級越高。例如，假設(shè)兩個節(jié)點 試圖在同一時間發(fā)送消息。 每個節(jié)點會監(jiān)察總線，以 保證它正試圖發(fā)送的位確確實實出現(xiàn)在總線上。 較低的優(yōu)先級的消息將在某個點嘗試發(fā)送一個隱性位，并監(jiān)視 總線 狀態(tài) 使自己成為主節(jié)點。此時，這個節(jié)點失去仲裁， 并立即停止發(fā)送。 更高的優(yōu)先級 消息將持續(xù)發(fā)送直到完成，失去仲裁的節(jié)點將等待總線的下一個空閑周期，并嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)。 于消息的通信 議是一個基于消息的協(xié)議，而不是一個基于地址的協(xié)議， 這意味著消息 不能從一個節(jié)點地址傳送到另一個節(jié)點 地址上。嵌入式 息本身就是優(yōu)先和正在傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容。所有 系統(tǒng)中的節(jié)點將接 收每個傳遞在總線上的消息（如果消息正確 接收 并確認 ）。它是由系統(tǒng)的每個節(jié)點決定是否將接收到的數(shù)據(jù)立即丟棄還是保存處理。一個單一的消息可以設(shè)計成 指定接受一個特定的節(jié)點，或許多建立在 網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)上的節(jié)點。例如，汽車安全氣囊傳感器只能通過 接到安全系統(tǒng)的路由器節(jié)點，此路由器節(jié)點接收其他系統(tǒng)安全信息并轉(zhuǎn)發(fā)到安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的其他節(jié)點上。安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的所有其他節(jié)點可以在同一時間從路由器上收到最新的安全氣囊傳感器的信息，確認是否被正確接收后，決定是否利用這些信息，或遺棄它。 另外一個內(nèi)置在 議中的有用的特性是，可 以要求一個節(jié)點向另一個節(jié)點發(fā)送第 11 頁 共 12 頁 消息，這就是所謂的遠程發(fā)送請求（ 這個與前面的例子不同，因為，此時節(jié)點在等待一個特定的節(jié)點的消息，這個特定節(jié)點發(fā)出的消息是被動的。 這種基于消息的協(xié)議的一個額外的好處是，可以添加額外的節(jié)點，系統(tǒng)沒有必要對所有其他節(jié)點進行重新編程，也可以識別這個節(jié)點。這個新的節(jié)點將開始接收來自網(wǎng)絡(luò)的消息，根據(jù)消息 定是否要處理或丟棄收到的信息。 息幀描述 議定義了四種不同類型的信息（或幀）。 第一個也是最常見的類型 是數(shù)據(jù)幀，這是用來當一個節(jié)點發(fā)送 信息系統(tǒng)中的 任何或所有其他節(jié)點； 二是遠程幀，這基本上是一個用來設(shè)置表示，它是一個遠程發(fā)送請求 的數(shù)據(jù)幀。其他兩個錯誤處理的幀，一個為錯誤幀和一個為過載幀。 檢測出 議定義的錯誤都將產(chǎn)生錯誤幀 ， 產(chǎn)生超載錯誤的節(jié)點，需要更多的時間來處理 已經(jīng)接收的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)幀中包括的有關(guān)數(shù)據(jù)信息的額外字段由 義 規(guī)范，數(shù)據(jù)幀中嵌入仲裁 場，控制場，數(shù)據(jù)區(qū)， ，一個 2位的應(yīng)答場和一個幀結(jié)束。 仲裁字段用于 總線 消息的優(yōu)先 ，由于 議定義為邏輯 0為 顯性狀態(tài)，在仲裁場的數(shù)字越低，在總線上的消息優(yōu)先級更高。該仲裁場由仲裁場由 12位（ 11位標識符和 32位（ 29個標識符位， 1位擴展數(shù)據(jù)幀定義位，未使用的 ， ） ，這取決于是否用到標準幀或擴展幀。當前版本的 范 ，定義了 29位的標識符，并稱其為擴展幀。之前的 范版本中定義的 11位標識符就是所謂的標準幀標識符。 正如上一節(jié)中所述，遠程發(fā)送請求（ 于一個節(jié)點時，要求信息發(fā)送給它從另一個節(jié)點。為了完成一個遠程請求，遠程幀發(fā)送與標識符相同的數(shù)據(jù)幀。 仲裁字段是用來區(qū)分遠程幀和數(shù)據(jù)幀，如果 隱性的，則該消息是一個遠程幀，如果 消息是一個數(shù)據(jù)幀。 控制場由 6位組成， （象征擴展幀）大多數(shù)情況下為標準數(shù)據(jù)幀，該位決定如果消息是標準幀還是擴展幀。在擴展幀中， 低四位有效位是數(shù)據(jù)長度碼（ ，數(shù)據(jù)長度碼位決定在消息中包含多少字節(jié)數(shù)據(jù)。應(yīng)當指出，遠程幀沒有數(shù)據(jù)領(lǐng)域，無論 為多少。數(shù)據(jù)區(qū)就是在 控制場中描述的數(shù)據(jù)長度碼的字節(jié)數(shù)量的數(shù)據(jù)。 包含一個 15位的 段和一個 界符，用于接收節(jié)點時確定 是否發(fā)生傳輸錯誤。 應(yīng)答場是用來表示如果消息被正確接收。 任何節(jié)點已正確 收 到的消息，不論節(jié)點處第 12 頁 共 12 頁 理或丟棄的數(shù)據(jù)，都會在幀間間隔發(fā)送一個顯性位到總線上。 最后兩個消息類型，錯誤幀和 過載幀。當一個節(jié)點檢測到一個 由 議定義的錯誤時，會產(chǎn)生一個 錯誤幀。過載幀告訴網(wǎng)絡(luò) 該節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)過載，該節(jié)點并沒有準備好在這個時候接收更多的數(shù)據(jù)，或 在幀間間隔檢測到非法顯性位 。 速，可靠的通信 因為 議 最初設(shè)計用于汽車的使用 ，如果它要得到市場的認可 ,關(guān)鍵是有效地處理錯誤。隨著發(fā)布 的 范， 相對 最高通信速率增加 8倍以上達到 1照這一速度， 大多 數(shù)關(guān)鍵時間參數(shù)也可以連續(xù)無延時地傳輸。 除了這個， 議的有一個全面的錯誤檢測列表，以確保消息的完整性。 點有能力根據(jù)故障狀況 和所遇到的問題的嚴重性過渡到不同的模式。 他們還有能力在檢測永久中檢測到短期擾動，從而相應(yīng)地修改它們的功能。 點通能夠從像一個正常運作的節(jié)點（即能夠發(fā)送和接收消息），也能根據(jù)檢測到的錯誤的嚴重性過渡到完全關(guān)閉的狀態(tài)（總線關(guān)閉），此功能被稱為故障隔離。無故障節(jié)點將占用所有的帶寬，因為網(wǎng)絡(luò)將限制故障節(jié)點，并在網(wǎng)絡(luò)癱瘓之前關(guān)閉故障節(jié)點和。這是非常強大，因為故障界定保證系統(tǒng)關(guān) 鍵信息的帶寬。第 13 頁 共 1 頁 4 結(jié)論 議對系統(tǒng)進行了優(yōu)化，依靠任意網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，發(fā)送和接收信息量相對較少（與之相比，以太網(wǎng)或 口，其宗旨在移動更大的數(shù)據(jù)塊）。 D 的通信方式允許每個節(jié)點有平等的獲得訪問總線的機會，并可以順利處理沖突。 由于協(xié)議是基于消息的，而不是基于地址的，無論是在需要數(shù)據(jù)與否，總線上的所有信息將被接收并確認。這使得總線節(jié)點到節(jié)點間或組播消息格式的操作，無需發(fā)送不同類型的信息?？焖伲煽康男畔鬏敼收辖缍ㄒ彩且淮髢?yōu)點，因為故障節(jié)點會自動脫離總線連接， 線不允許任何節(jié)點的故障 導致總線癱瘓。這有效地保證帶寬始終可進行關(guān)鍵信息的傳輸。 議的所有這些優(yōu)勢以及其在汽車行業(yè)的良好趨勢，其他市場將開始看到這些優(yōu)點及利益，并落實到他們的系統(tǒng)中。 I 大眾汽車車載 線系統(tǒng)設(shè)計 摘要： 隨著汽車電子技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，汽車上越來越多的應(yīng)用電子設(shè)備，電子控制設(shè)備的聯(lián)系更加復雜，而汽車的傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)一般都是采用點對點的單一通信，聯(lián)系較少，因此，龐大的布線系統(tǒng)之間的聯(lián)系已經(jīng)無法滿足逐漸復雜的汽車控制系統(tǒng)的要求。 本文以大眾汽車車載 線車身控制系統(tǒng)為研究對象 , 介紹了國際汽車電子技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，與目前主流的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，本文分析了目前流行的現(xiàn)場總線的性能及特點，研究了 線的汽車車身控制系統(tǒng)。介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和開發(fā)過程。說明了每個節(jié)點的作用，說明了每個模塊硬件電路結(jié)構(gòu)。介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計和開發(fā)過程。該論文講述了 信模塊的通信流程。通過本設(shè)計，大眾汽車車載線車身控制系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代車身控制的需要。 關(guān)鍵詞 ： 車載網(wǎng)絡(luò)；大眾汽車車載 線；車身控制系統(tǒng) AN of in is is to so to of AN in in to AN as to do of a of in s a of of a of of AN of to of of of is of of of AN vw AN 錄 摘要 .................................................................... I .............................................................. 錄 ................................................................ 緒論 .................................................................. 1 究背景 .............................................................. 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ....................................................... 1 課題研究的目的和意義 ............................................... 2 文的主要內(nèi)容 ....................................................... 2 2 線的工作原理 .................................................... 4 線的特點 ........................................................ 4 分層結(jié)構(gòu) ........................................................ 4 文傳輸協(xié)議 ...................................................... 5 點的組成 ........................................................ 5 3 系統(tǒng)方案設(shè)計 .......................................................... 6 身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 ............................................ 6 身控制系統(tǒng)各節(jié)點功能描述 ............................................ 7 4 車身控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ................................................ 9 統(tǒng)核心元器件選型 ................................................... 9 控制器芯片 — 片機 ..................................... 9 線驅(qū)動器 — ........................................... 10 統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu) ................................................. 11 統(tǒng)各模塊硬件電路的設(shè)計 ............................................. 12 片機時鐘及復位電路設(shè)計 ........................................... 12 源模塊電路設(shè)計 ................................................... 13 點通信電路設(shè)計 ............................................... 14 車窗的電機驅(qū)動電路設(shè)計 ............................................ 15 鎖電機驅(qū)動電路設(shè)計 ............................................... 15 視鏡電機驅(qū)動電路設(shè)計 ............................................ 16 刮電機驅(qū)動電路設(shè)計 .............................................. 17 燈控制電路設(shè)計 .................................................. 18 5 車身控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ............................................... 20 訊模塊的軟件設(shè)計 ............................................... 20 塊的初始化 .................................................. 20 據(jù)報文的發(fā)送 ................................................. 20 據(jù)報文的接收 ................................................. 21 6 結(jié)論與展望 ........................................................... 22 文總結(jié) ............................................................. 23 作展望 ............................................................. 23 參考文獻 ............................................................... 24 致謝 ................................................................... 25 1 1 緒論 究背景 當代汽車電子技術(shù)不斷發(fā)展，電子裝置的應(yīng)用也越來越多。相比高端車，電子系統(tǒng)的成本已經(jīng)遠遠超過了總成本的 20%[1]。由于越來越多的電子設(shè)備，導致連接這些裝置的電子線路膨脹加速，線束比較復雜，布線就很困難，在汽車的設(shè)計中，安裝和維護的負擔，甚至到了不可接受的程度；另外，線占用的空間和質(zhì)量也將成為值得思考的難題。質(zhì)量的提高象征著效率的變低；線路的直徑加大，在運動部分過線就非常困難。 所以說，在越來越多的電子設(shè)備的情況下，減少線束將成為一個需要解決的問題。要解決這個難題，就必需選擇串行信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 線技術(shù)的研究與發(fā)展，無疑是一個重大的突破對于汽車電子控制系統(tǒng)的應(yīng)用來說，將有很大的上升空間。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 追溯到在上個世紀 70 年代末的時候， 很多 汽車公司都在非常努力的去開發(fā)和研究關(guān)于汽車的總線技術(shù)，以及該技術(shù)的應(yīng)用?，F(xiàn)在汽車的主流技術(shù)標準，已經(jīng)被 線技術(shù)所占據(jù)。究而該技術(shù)成為主流的真正原因，是因為它的技術(shù)背景以及工業(yè)現(xiàn)場總線和計算機局域網(wǎng)技術(shù)的高度成熟 [2][3]。 汽車廠商為實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 [4]，都依靠 線技術(shù)。 在汽車電子系統(tǒng)中， 線技術(shù)被廣泛應(yīng)用，這更加代表了汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流趨勢，而且逐漸成為了歐洲汽車制造行業(yè)的主要行業(yè)標桿。現(xiàn)代電子裝置控制在汽車上的使用率非常高，比如發(fā)動機的定時注油控制、剎車控制、加速與防抱死剎車系統(tǒng)（ [5]。 雖然 線標準已提出多年，但是， 線技術(shù)在我國的發(fā)展相對緩慢，在中國，目前的應(yīng)用和發(fā)展才剛剛起步，國內(nèi)的汽車電子廠商在跟進并展現(xiàn)出了新的力量?；?開發(fā)，中國的汽車企業(yè) ，還有很多問題，想開發(fā)汽車網(wǎng)絡(luò) 會遇到很多考驗，當前沒有這個技術(shù)讓汽車制造商設(shè)計一個 絡(luò)。 近年來，國內(nèi)汽車企業(yè)從國外引進了一些新的電控技術(shù)。目前來看，應(yīng)用國外技術(shù)生產(chǎn)的奧迪 型的引入，已經(jīng)成功的被用來取代 2000，而原車線束帕薩特 A、波羅 錫耶納模式也有很大程度的嘗試使用總線技術(shù)，而這些技術(shù)更是基于 線技術(shù)在電源總線系統(tǒng)的大幅度的應(yīng)用，盡管如此，它真正的核心技術(shù)仍未掌握在國內(nèi)廠商的手中。就目前來看我國的中低檔汽車中（包括卡車和貨車），由于技 2 術(shù)和成本因 素限制了成本，所以我國仍采用最傳統(tǒng)的傳輸系統(tǒng) 【 6】 。我國 線技術(shù)才剛剛發(fā)展，大部分的汽車還沒有用到該技術(shù)。 目前，隨著國內(nèi)政府高度重視汽車電子，車載網(wǎng)絡(luò)也為汽車電子的一個很好的起點，車載網(wǎng)絡(luò)是解決空心化和汽車電子技術(shù)空心化問題的關(guān)鍵，可以說未來的汽車網(wǎng)絡(luò)平臺就是現(xiàn)在的汽車平臺。所以國內(nèi)對這方面的工作也十分積極。 課題研究的目的和意義 隨著汽車電子技術(shù)的不斷壯大，汽車上的各種電子裝置在汽車上的應(yīng)用也 越來越廣泛。汽車廠商也對電子設(shè)備和半導體集成電路在汽車上的使用越來越頻繁，包括車內(nèi)娛樂電子設(shè)備 、駕駛員的基本信息和通信設(shè)備、汽車安全和舒適設(shè)備以及傳東西和體感控制電子設(shè)備等。數(shù)據(jù)顯示，到 2010 年為止，電氣和電子產(chǎn)品在汽車上的使用原件占汽車總成本的比例已經(jīng)從當前的 25%迅速提高到了 40% 。而由于汽車上廣泛使用電子裝置，才使得彼此之間的聯(lián)系變得日益復雜，盡管如此，傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)仍采用點對點的單一通方式，使得彼此之間聯(lián)系少之又少，這樣會使得布線系統(tǒng)變得更加的龐大。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計顯示，如若高檔汽車導線長度則會達到兩千米，而電氣節(jié)點則會多達一千五百個，除此之外，該數(shù)字大約每十年就會增加一倍，這也會使得汽車有限的 可用空間與粗大的線束之間的矛盾更加嚴重線束通常都安裝在縱梁下或其他看不到的部位，假如線束有了問題，不僅尋找問題的出處會很復雜，維修也比較難。另外，汽車上新的用電設(shè)備的應(yīng)用對線束的改變很大，平常只能從外面加線，使線路更加雜亂因此，從材料成本和工作效率的角度來看，之前的布線方法仍然不能滿足當前汽車的發(fā)展現(xiàn)狀。 為了解決現(xiàn)代汽車巨大的電子控制控制單元之間的通訊問題，和減少信號線數(shù)量的增加的問題， 司推出了 線。 線技術(shù)在車身控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，毫無疑問的為達成汽車控制系的網(wǎng)絡(luò)化和控制部件的智 能化提供了更好的途徑和方法。綜上所述，本研究的意義在于簡化日益復雜的現(xiàn)代汽車車身電子控制設(shè)備之間的連接，對傳統(tǒng)汽車的主電纜線束系統(tǒng)的取消，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性和降低系統(tǒng)綜合成本，提高車輛系統(tǒng)和智能化程度，為汽車高性能提供了技術(shù)平臺并且形成了新產(chǎn)品和新技術(shù)儲備。 文的主要內(nèi)容 1) 在收集了很多國內(nèi)外有關(guān)資料的前提上，總結(jié)和分析了 線技術(shù)在國內(nèi)外的研究應(yīng)用狀況和 線的有關(guān)理論和技術(shù)重點。 3 2) 如果將大眾系列典型的車載 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為代表，研究分析車載 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及功能特點，并 分析總結(jié)對車載 線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方案。 3) 為了完善原車身舒適系統(tǒng)的問題以及改進 線控制功能存在的諸多問題，通過利用單片機和 制器 發(fā)器 元器件，從而設(shè)計并且開發(fā)車載 線測控節(jié)點，必須還要做到與原車身舒適系統(tǒng)的 線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相匹配。 4 2 線的工作原理 線的特點 線應(yīng)用了很多新的技術(shù)和別致的設(shè)計，和普通的通信總線做對比，有很好的可靠性、實時性和靈活性，概述其主要特點如下： 1） 線在任意時間點上都可發(fā)送信息。 2） 線上的節(jié)點信息通過報文標識符被劃分為優(yōu)先級以滿足不一樣的實時性要求。 3） 當多個節(jié)點發(fā)送消息到總線時，低級的會退出發(fā)送，高級的不受干擾繼續(xù)傳輸。節(jié)省了大量時間。 4） 通過報文濾波實現(xiàn)多種方式的發(fā)送和接收的方法。 5） 線大部分是短幀結(jié)構(gòu)，傳送時間短，干擾的概率相對較低，有很好的檢查錯誤的能力。 6） 在 線上，每幀信息都有 驗等檢錯措施，保證數(shù)據(jù)出錯率非常低。 7） 通信距離非常遠 ;通信速率非常大。 8） 線的通信介質(zhì)有這幾種，分別是是光纖、同軸電纜或雙絞線，選擇較多。 9） 線有自動關(guān)閉輸出的功能。 分層結(jié)構(gòu) 三個結(jié)構(gòu)：對象層、傳輸層和物理層。對象層為相關(guān)硬件提供接口。傳輸層的主要作用是指定在總線上開始發(fā)送新消息和開始接受新消息的時間點。物理層通過電器屬性，在不同節(jié)點之間進行位信息的實際傳送。在相同的一個網(wǎng)絡(luò)中，全部節(jié)點的物理層必須保持一致。 5 圖 線的分成結(jié)構(gòu) 文傳輸協(xié)議 2 種不一樣的格式，主要是在于標識符不一樣。 擴展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖 展數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 點的組成 點主要由 動器，單片機（或其它智能裝置）， 制器 [7]三部分組成。在使用 線時，第一步就要選擇使用什么樣的 制器。 制器有兩種形式，一為兼容性好，適應(yīng)性強的獨立 制器；二為成本低，速度快，可靠性高的集成 制器。 6 3 系統(tǒng)方案設(shè)計 當前，燈光控制、雨刮控制、汽車門鎖控制、電動車窗控制等都是汽車車身控制系統(tǒng)所包括的。由于車身控制系統(tǒng)主要是各類開關(guān)器件控制，要求較低的信息傳輸實時性，可是數(shù)目卻需要很多。 本文的主要研究對象是大眾汽車的車身控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的控制對象也很多。各子系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)的不同可以對系統(tǒng)的智能化程度與設(shè)計成本產(chǎn)生影響，所以就得減少設(shè)計成本和提高可靠性，因此，有必要通過每個控制對象的位置和功能對車身控制系統(tǒng)的每個模塊進行合理區(qū)分。這章內(nèi)容先是通過系統(tǒng)的控制要求提出系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，然后再分不同的段落敘述每個的功能和優(yōu)點。 身控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 如圖 3示是該論文使用的車身控制系統(tǒng)的大概結(jié)構(gòu)，根據(jù)汽車的各個部分的功能可分為 7 個部分。前車燈的控制部分是對汽車前端電器的控制；后車燈控制部分是對汽車后端電器的控制；各個車門電器的控制由各個車門控制。在系統(tǒng)劃分的幾個模塊中，汽車車門和汽車車燈它們的控制部分的基本功能相同，每個部分硬件電路的解決和開發(fā)軟件的工作比較容易，通過在每個部分中應(yīng)用相應(yīng)的芯片可以提高系統(tǒng)的智能化。 7 身控制系統(tǒng)各節(jié)點功能描述 下面將詳細闡釋不同節(jié)點模塊的控制功能中央控制節(jié)點功能。 中央控制節(jié)點單元有處理信息和協(xié)調(diào)工作的功能。是整個車身控制系統(tǒng)的控制核心。系統(tǒng)在工作的過程中其他的幾個節(jié)點將測試出的數(shù)據(jù)，發(fā)送給中央控制節(jié)點，中央控制節(jié)點然后通過所包括的信息作出解決后，再發(fā)送給其它節(jié)點，然后其它節(jié)點執(zhí)行特定的功能。另外，整個車身的控制系統(tǒng)和外部告訴動力發(fā)送總線的連接可以由中央控制節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)。 1） 左前門節(jié)點功能 左前門節(jié)點控制單元是最復雜的，它囊括了所有的控制按鍵。左前門節(jié)點單元接收到的信號量是最多的，開關(guān)量除了按鍵，還有輸入開關(guān)量和門鎖鑰匙開關(guān)燈和門鎖檢測開關(guān)，另外門鎖電機反饋檢測電流、車窗電機反饋檢測電流、后視鏡電機反饋檢測電流都是輸入模擬量。在特定的使用中，左前門相對應(yīng)的電機被相對應(yīng)的按鍵直接控制，其余都是間接控制。左前門節(jié)點要將控制命令信息發(fā)送到相關(guān)的節(jié)點控制單元時，可以使用 線?？刂茊卧盏叫畔ㄟ^解決結(jié)果執(zhí)行相關(guān)的操作。 2） 右前門節(jié)點功能 8 右前門節(jié)點控制右前門上的電機。右前門窗升降開 關(guān)、右前門鎖開關(guān)、門鎖檢測開關(guān)、后視鏡除霜加熱開關(guān)燈、后視鏡轉(zhuǎn)動 /折疊開關(guān)是它的開關(guān)輸入量。左前門節(jié)點的遠程 線指令向右前門節(jié)點發(fā)送，右前門節(jié)點在接收到此指令后，控制功能會通過特定的指令信息來實現(xiàn)，右前門的按鍵也可以對其輸入，并通過控制命令，使與鍵值有關(guān)的被控部位作出反應(yīng)。 3） 左后門節(jié)點功能 左后門節(jié)點控制門鎖電機和車窗電機。門鎖電機通過左前門節(jié)點的發(fā)出的遠程 窗電機則是一起采用間接和直接的兩種控制方式，它受左后門上的按鈕和左前門節(jié)點傳送來的遠程 線指令的控 制。 4） 右后門節(jié)點功能 功能與左后門相似，其控制右后門電機和相應(yīng)的按鍵開關(guān)。 5） 前車燈節(jié)點功能 汽車前部的電器由前車燈控制模塊負責。 6） 后車燈節(jié)點功能 汽車尾部的電器由后車燈控制模塊負責。 9 4 車身控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 網(wǎng)絡(luò)上信息的收發(fā)站是節(jié)點。系統(tǒng)設(shè)計的核心是 點的設(shè)計。為了減少外部設(shè)備，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，將芯片生產(chǎn)飛思卡爾半導體公司的 制 器 為 線驅(qū)動器。 統(tǒng)核心元器件選型 控制器芯片 — 片機 微控制器是控制單元的核心。單片機的選擇也是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵部分。 考慮到 線的性能價格比、特征和功能的完整性和可靠性等因素，選擇片作為系統(tǒng)的主控制器。 飛思卡爾半導體公司推出的低功耗、高性能 8 位單片機 片，它內(nèi)部包括了 議控制器 塊，方便 線系統(tǒng)的使用。它的優(yōu)點有消耗低、性能好、成本少。已被汽車行業(yè)大量使用。它的主要特征為 [8]： 1） 采用 8 位的增強型 核 ; 2） 目標代碼完全向上兼容 列 ; 3） 諧振器、晶體、內(nèi)部時鐘或外部時鐘都是可選的時鐘源； 4） 內(nèi)置 塊； 5） 加強的串行通信接口和串行外設(shè)在接口； 6） 內(nèi)置 16 L 片內(nèi) 512B 片內(nèi) 7） 塊在 部集成， 一種通訊控制器，如圖4示是 塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 10 圖 塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 通過 制器，實時操作內(nèi)部緩沖器結(jié)構(gòu)進，達到了簡化硬件結(jié)構(gòu)、降低成本，并且簡化軟件設(shè)計，提高軟件開發(fā)速度的目的。 塊的主要特點有 [9]： 1） 模塊化結(jié)構(gòu)； 2） 支持遠程幀； 3） 執(zhí)行 版本協(xié)議； 4） 雙緩沖器接收模式； 5） 使用采用軟件進行控制； 6） 采用內(nèi)部優(yōu)先級的三緩沖器發(fā)送結(jié)構(gòu)；靈活的屏蔽 模式； 7） 支持可編程的自循環(huán)模式； 8） 低功耗休眠模式。 線驅(qū)動器 — 1) 主要性能 線收發(fā)器采用摩托羅拉公司的 口芯片 【 10】【 11】 。 用于汽車車身控制中。用于 線差動電平和節(jié)點邏輯電平兩者間的電平交流，給總 11 線給予了差動發(fā)送能力和對 制器提供差動接收能力。 有抗干擾能力強、工作溫度范圍寬和一定的容錯功能。非常適合汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域復雜的環(huán)境中。其主要特點有： 5μ A； 0~125 總線對地、電源的功能； 傳輸； ~125℃是工作的溫度區(qū)間。 （ 2） 工作原理 正常傳輸模式、單接收模式、睡眠模式和等待模式是 四種工作模式 [10]：。通過控制其引腳 狀態(tài)可使其工作于這四種模式中，在特定情況下，四種模塊可以相互轉(zhuǎn)換。 在正常模式下，單片機可以接收數(shù)據(jù)；在單接收模式， 傳輸信號的部位堵塞，此時，總線不再被芯片驅(qū)動，但接收和錯誤檢查模塊正常工作；睡眠模式，兩個模塊都不工作；在等待模式下，與睡眠模式的芯片狀態(tài)類似，除了 腳要保持高電平。 在具體的應(yīng)用中，將 接連接外部調(diào)壓器，實現(xiàn)對 作狀態(tài)和誤差的控制。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，要?信模塊中的 腳和信息收發(fā)引腳 連。在 理通信線路上需接入終端電阻，它的阻值范圍是 500Ω ~16阻值與結(jié)點數(shù)的比值應(yīng)該比 100Ω要大。 統(tǒng)硬件電路總體結(jié)構(gòu) 如圖 4示是系統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖。該系統(tǒng)由七個節(jié)點。每個節(jié)點都是由片機、 發(fā)器以及各控制電路組成的，其中 片機是整個系統(tǒng)的主控制芯片，用于進行信息的運算處理， 發(fā)器是發(fā)送器和接收器的結(jié)合，使 線差動電平和節(jié)點邏輯電平之間的電平轉(zhuǎn)換更加好。 12 圖 統(tǒng)硬件電路總體設(shè)計圖 統(tǒng)各模塊硬件電路的設(shè)計 片機時鐘及復位電路設(shè)計 13 圖 片機時鐘及復位電路圖 本系統(tǒng)設(shè)計的單片機時鐘及復位電路圖如圖 4示。單片機系統(tǒng)正常工作需要給其提供穩(wěn)定的時鐘信號，而 片內(nèi)置有振蕩電路，可以產(chǎn)生系統(tǒng)工作所需的振蕩頻率，但是為了得到比較精確的時鐘信號，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，單片機時鐘電路采用接入外部晶振的方式，本系統(tǒng)的時鐘電路由一個 8M 的晶振和兩個 10陶瓷電容組成。 上電復位電路和手動復位電路組成了硬件復位電路。在電路開始供電時保證系統(tǒng)能有效地進行上電符文；手動復位功能可以在系統(tǒng)工作中需要復位時使用。為了方便調(diào)試，在調(diào)試過程中還將單片機的復位引腳與 調(diào)試接口 (復位引腳相連，使得系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試功能同步進行。 源模塊電路設(shè)計 在系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計中，電源電路對整個系統(tǒng)設(shè)計有重要影響。系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵就是電源電路。目前，汽車上的電源是由蓄電池提供的 12V 電源系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中， 片機的輸入電壓為 5V，因此有必要對汽車上的電源系統(tǒng)做電平轉(zhuǎn)換。 14 本設(shè)計中，系統(tǒng)的電源變換穩(wěn)壓芯片采用了 片，其內(nèi)部包含很多功能部件，所需的外部元器件數(shù)目少，使用起來方便。芯片可提供 50電流輸出，且具有外部關(guān)斷模 式，待機電流典型僅為 85合于汽車電子中的應(yīng)用 [12][13]所示 是本設(shè)計的電源模塊電 路圖。 圖 源模塊電路圖 點通信電路設(shè)計 點通信模塊電路圖如圖 4示。節(jié)點的 信部分電路主要由 3 部分組成：帶 塊的微控制器 線收發(fā)器 高速光電耦合器 6片機 塊的引腳通過高速光電耦合器 6和 接，在這種方式中，總線上各 點的電氣隔離，可以更好的實現(xiàn)隔離。使 線節(jié)點的抗干擾的能力增強。有限流和防止信號發(fā)生反射的作用。將兩個小電容在并聯(lián)在它們和大地之間，可以起到濾除干擾和防電磁輻射的作用。 15 圖 4點的通信模塊電路圖 窗的電機驅(qū)動電路設(shè)計 車窗電機可正反轉(zhuǎn)動，有雙金屬片作為電機內(nèi)部的過流保護裝置。車門玻璃升降的關(guān)鍵是車窗電機驅(qū)動芯片，要有驅(qū)動大電流的電機并有檢測功能。實現(xiàn)了電動車窗的防夾功能。 本設(shè)計使用了摩托羅拉公司生產(chǎn)的 為電機驅(qū)動芯片，采用 片的車窗電機驅(qū)動電路圖如圖 4示。 圖 窗電機驅(qū)動電路圖 鎖電機驅(qū)動電路設(shè)計 汽車門鎖是汽車的主要部件。單片機的輸出接口不能直接驅(qū)動電機，而是需要利用特定的電機驅(qū)動芯片為門鎖單元提供需要的驅(qū)動能力。 本設(shè)計中的門鎖電機采用摩托羅拉公司的 片來驅(qū)動。 以將電流信號反饋給微控制器。從而達到檢測故障的目的。正好適合用于門鎖電機等小功率電機的驅(qū)動控制。門鎖電機驅(qū)動電路圖如圖 4示。 16 圖 鎖電機驅(qū)動電路圖 視鏡電機驅(qū)動電路設(shè)計 電動后視鏡有三個直流電動機和一個加熱電阻絲組成?？蓪崿F(xiàn)后視鏡的所有功能和動作。車內(nèi)的按鈕可以調(diào)整后視鏡的角度；可以折疊收縮使汽車更好的通過；加熱除霜按鈕可以提高雨天的安全性。 后視鏡的控制包括上下左右四個方向的位置調(diào)整及折疊控制，為了保護后視鏡電機，還需要對電機的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，有效地識別電機堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，在出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)時及時地停止電機。在本設(shè)計中，驅(qū)動芯片用 圖 4示是后視鏡驅(qū)動電路圖。 T 公司專門為汽車電子應(yīng)用而開發(fā)的 H 橋電機驅(qū)動芯片 [14]。 通過 微控制器 行通信。在 片的引腳中， 出電流為 6A，可驅(qū)動工作電流較大后視鏡折疊電機； 出電流為 用于后視鏡電機進行 X、 個方向的旋轉(zhuǎn)控制；高端輸出 出電流為 6A，可以為后視鏡除霜。 17 圖 視鏡驅(qū)動電路圖 刮電機驅(qū)動電路設(shè)計 直流電機、傳動機構(gòu)、刮桿、刮片、繼電器及控制器組成雨刮系統(tǒng)。雨刮器由直流電機驅(qū)動，進行往復運動，達到刮雨的目的。雨刮器的控制動作包括三種狀態(tài)：低速，高速，間隙。當雨刮器不運作的時候，刮片能自行回到原來的位置。 繼電器的驅(qū)動芯片選用 圖 4示是雨刮電機驅(qū)動電路圖。 18 圖 刮電機驅(qū)動電路圖 燈控制電路設(shè)計 傳統(tǒng)汽車照明系統(tǒng)通常采用繼 電器直接驅(qū)動方式。而采樣這種驅(qū)動方式存在的缺點是： （ 1）繼電器體積大，安裝不方便； （ 2）當繼電器在工作時，會產(chǎn)生一種振顫現(xiàn)象，容易引起觸電的燒蝕； （ 3）繼電器會對其它電氣設(shè)備造成電磁輻射干擾； （ 4）該設(shè)備沒有故障檢測功能，如果出現(xiàn)故障，就會造成系統(tǒng)檢修的困難。 可靠性好，集成度高是智能功率器件具有的優(yōu)點，智能功率器件本身還帶有過流、過壓、過溫和輸出斷路等故障診斷功能，可以解決傳統(tǒng)的繼電器驅(qū)動方式所產(chǎn)生的問題，因此，在汽車車燈的控制中，使用各種智能功率器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器驅(qū)動方法已經(jīng)是必然的趨勢。 在車燈控制中，遠光燈、近光燈的功率最大（ 65W），其所需的驅(qū)動電流大約為 6A。采用智能功率開關(guān)器件 的主要特性有 [15][16]：有限流保護功能；過載保護；可重啟的熱關(guān)斷保護；過電壓保護；很低的等待電流；感性負載的快速退磁； 19 防靜電（ 護 ；優(yōu)化的靜電電磁兼容（ 遠光燈、近光燈驅(qū)動電路圖如圖 4 圖 光燈、近光燈驅(qū)動電路圖 轉(zhuǎn)向燈、制動燈、霧燈、倒車燈、尾燈、停車燈、牌照燈的功率較小，所需的驅(qū)動電流不大，可以考慮采用集成的功率芯片進行控制。 耗低、安全可靠有各種保護關(guān)斷等功能。小功率車燈驅(qū)動電路圖如圖 4示。 圖 功率車燈驅(qū)動電路圖 20 5 車身控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 為了實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，在硬件設(shè)計完成之后，要對軟件設(shè)計程序進行完善。作為系統(tǒng)靈魂的軟件，對系統(tǒng)的功能和性能的影響是至關(guān)重要的。 訊模塊的軟件設(shè)計 通信協(xié)議，可以通過 塊完成。因此，設(shè)計 信接口軟件其實是 塊編程，對模塊的控制寄存器和 文存儲緩沖區(qū)進行續(xù)寫，主要是為了實現(xiàn) 議報文接收和發(fā)送和 初始化。 塊的初始化 塊必須初始化一些寄存器。如圖 5示是 塊的初始化程序流程圖。 圖 塊初始化程序流程圖 據(jù)報文的發(fā)送 如果系統(tǒng)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，先把數(shù)據(jù)以 文協(xié)議的格式保存，再將存入空閑的 文發(fā)送給緩沖區(qū)，并清除相對應(yīng)的緩沖區(qū)空標志。 塊通過 1 的清除標志操作知道待發(fā)數(shù)據(jù)準備就緒，然后將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送給 線。如圖 5示是 議報文發(fā)送的程序流程圖。 圖 議報告發(fā)送程序流程圖 據(jù)報文的接收 當 線上的數(shù)據(jù)報文傳輸時，接收數(shù)據(jù)的節(jié)點是除發(fā)送節(jié)點以外的其它所有節(jié)點； 后臺接收緩沖區(qū) 暫時放入接收節(jié)點收到的報文，一并進行濾波的比較。也就是說，將報文的標識符和本地節(jié)點標識符作對比；假如報文經(jīng)過了本地的濾波，前臺接收緩沖區(qū) 到拷貝到的信息，然后將接收緩沖區(qū)滿標志 (置外。其中的信息通過微處理器進行分析處理。如圖 5示是 議報文接收程序流程圖。 22 圖 議報文接收程序流程圖 6 結(jié)論與展望 23 文總結(jié) 隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車載電子設(shè)備越來越多，電子控制裝置之間的通訊也越快越復雜，而傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足汽車復雜的控制系統(tǒng)要求。針對上述問題，該設(shè)計將 據(jù)汽車車身控制系統(tǒng)研究的需要，對大眾汽車 線的汽車車身控制系統(tǒng)進行了深入研究。本文的主要研究工作如下： （ 1）研究了國內(nèi)外 線的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，研究了 線原理并應(yīng)用在本設(shè)計中。 （ 2）通過汽車上各種電器的功能和布置特點，對系統(tǒng)最終的控制方案有了明確的想法，對系統(tǒng)各模塊進行了規(guī)劃并對其要實 現(xiàn)的功能進行了說明。 （ 3）本設(shè)計采用模塊化的方式，對該系統(tǒng)的軟硬件進行了具體的設(shè)計。 作展望 隨著技術(shù)的不斷進步，未來的汽車車聲控制系統(tǒng)的智能化程度越來越高，其功能也將更加完善。但鑒于時間和我自身能力的限制，論文對大眾汽車 線系統(tǒng)的研究還存在很多不足之處，還需要有大量工作需要進一步的深入研究，所以對以后的研究有以下看法。 （ 1）在實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，還需要對系統(tǒng)的設(shè)計成本進行更深入的分析與研究，以提高系統(tǒng)設(shè)計的經(jīng)濟性與實用性，從而提高應(yīng)用系統(tǒng)的性價比。 （ 2）通過進一步優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計方案，促使其功能變得更加完善。 24 參 考 文 獻 [1]秦貴和 北京：機械工業(yè)出版社， 2003 [2]熊福昌 線通信技術(shù)的研究 漢科技大學， 2009 [3]張春化 北京：人民郵電出版社， 2003 [4]汪立亮 北京：電子工業(yè)出版社， 2000 [5]馮淵 北京：機械工業(yè)出版社， 1999 [6]甘永梅，李慶豐，劉曉娟，王兆安 北京：機械工業(yè)出版社，2004 [7]AN 000 [8]006 [9]000 [10]張亞寧，汪至中 信物理接口芯片 原理與應(yīng)用 2004 [11]001 [12]張正男，陳林 北京：機械工業(yè)出版社， 2008 [13]999 [14]002 [15]000 [16]李洪波 線的汽車車燈控制網(wǎng)絡(luò)研究： [碩士學位論文 ]爾濱理工大學， 2005 25 致 謝 該畢業(yè)設(shè)計是在羅佳老師的認真教導下完成的，從論文的開題到研究工作的展開，從難點的答疑到論文的撰寫和多次修改，都傾注著導師的大量心血。羅老師淵博的知識、一絲不茍的治學態(tài)度，求實的敬業(yè)精神，嚴以律已、寬以待人的崇高品質(zhì)令我終身受益。在此向辛勤培育我的導師和幫助過我的老師、同學和朋友們表示感謝！