车载控制系统实现采用CAN协议

美国Vijayalakshmi
印度泰米尔纳德邦蒂鲁瓦纳马莱阿鲁奈工程学院电子与仪器工程系助理教授

摘要

为了提高汽车的运行效率，汽车的电气部件越来越多。一般情况下，车辆都有模拟的驾驶-车辆接口，用于显示车辆的各种状态，如速度、燃油量、发动机温度等。本文介绍了一种半自动车辆数字驾驶系统的开发和实现，以改进驾驶-车辆接口。它采用基于ARM的数据采集系统，使用ADC将所有控制数据从模拟格式转换为数字格式，并通过LCD进行可视化。本课题通信模块采用CAN嵌入式组网，数据传输效率高。同时采集车速、发动机温度等车况反馈，由主控制器控制。此外，该单元配备GSM，在紧急情况下与业主通信。

关键字

ECU(发动机控制单元)，CAN(控制器局域网)，嵌入式C, GSM(全球移动(通信)系统)

介绍

随着计算机和信息技术的飞速发展，许多技术都进入了汽车领域。它们的能力以及与司机的互动方式正在发生巨大变化。尽管一些车辆有规定，可以决定是向人类驾驶员发出警告，还是自动控制车辆，但它们通常必须在只有不完整信息的情况下实时做出这些决定。因此，人类驾驶员仍然对车辆有一定的控制权是很重要的。先进的车载信息系统为车辆提供不同类型和级别的智能，以辅助驾驶员。引入车辆设计，通过智能信息网络提供复杂和智能的驾驶员-车辆界面，使驾驶员和车辆之间形成了几乎共生的关系。本文讨论了一种名为数字驾驶行为的车辆控制框架的开发，该框架由驾驶员和车辆之间的感知、决策和控制的联合机制组成。

图1为现有系统和拟建系统的车辆控制。车辆一般都有模拟驾驶-车辆接口，用于指示车辆状态的各种参数，如温度、压力和速度等。为了改进人车交互界面，设计了交互式数字系统。基于微控制器的数据采集系统使用ADC将所有控制数据从模拟格式转换为数字格式。由于车载信息系统分布在实际车辆的整个车身，因此通过数字驾驶系统的主控制器支持实现对车辆的一站式控制的通信模块。

2硬件结构

硬件结构主要集成了CAN总线控制器、ARM作为主控模块、提供数字接口的LCD显示屏、用于移动通信的GSM等附件。

A. CAN总线

1.公共汽车能在汽车里吗

CAN是局域网(Local Area Network)控制器的CAN总线，可以将串行数据逐个传输。图2显示了汽车的典型架构。CAN总线子系统中的所有参与者都可以通过CAN总线接口上的控制单元进行数据的发送和接收。CAN总线是一种多通道传输系统。当一个单位出现故障时，它不会影响到其他单位。汽车系统中CAN总线的数据传输速率是不同的。例如，发动机控制系统和ABS的速率是125Kbps到1M bps的高速实时控制方式。而移动调整速率较低，传输速率为10 ~ 125K bps。另一些像多媒体系统使用介于前两者之间的中速速率。这种方法区分了各种通道，提高了传输效率。

2.汽车驱动控制系统CAN总线

一个典型的驱动系统与控制单元有电子燃油喷射系统，自动变速箱系统，防抱死制动系统(ABS)，安全气囊系统等。这些部件是现代汽车系统的核心部件。它们对时间敏感，与整个系统的可靠性和安全性密切相关。由于每个控制单元对实时性的要求是基于数据更新速率和控制周期的不同，为了满足各个子系统的实时性要求，需要实现发动机转速、轮速、油门踏板位置等公共数据的共享实现。内容包括完成转速测量、燃油测量、A/D转换、计算条件、控制执行机构等一系列过程。这意味着在1ms内的发送和接收数据必须在汽油电气控制内完成，才能达到实时性要求。因此，数据交换网络必须是一种基于优先级的竞争模式，并且具有非常高速的通信方式。

3.附件控制系统CAN总线

CAN总线是一种主要的连接多个对象的控制网络。它们有中央控制器、四门控制器、内存模块等部件。CAN总线[2]控制了几个项。它们是储物柜、窗户、行李柜、镜子和室内顶灯。在远程控制的情况下，它涉及到远程控制信号的接收和处理，防盗和报警系统。

B.主控模块

1.部门架构

ARM7TDMI-S是一款通用的32位微处理器，具有高性能和极低的功耗。ARM架构基于精简指令集计算机(RISC)原理。它是第一个为低成本市场设计的RISC微处理器。典型的产品之一是ARM 7家族，它是最精简的RISC。因此，ARM7TDMI-S™的成本相对较低，其核心是低预算导向，强调对系统的控制。ARM7TDMI-S处理器还采用了一种称为Thumb的独特架构策略，这使得它非常适合内存限制的大容量应用程序。它可以应用于多种领域，如嵌入式控制、多媒体、DSP和移动应用。LPC2119/LPC2129基于16/32位ARM7TDMI-S“CPU，具有实时仿真和嵌入式跟踪支持，以及128/256 kB的嵌入式高速bash内存。

128位宽内存接口和独特的加速器架构使32位代码以最大时钟速率执行。它包含一个16/32位ARM7TDMI-S微控制器在一个小的LQFP64包。凭借其紧凑的64引脚封装，低功耗，各种32位计时器，4通道10位ADC, 2个高级CAN通道，PWM通道，实时时钟和Watchdog和46条GPIO线，多达9个外部中断引脚，这些微控制器特别适用于汽车和工业控制应用，以及医疗系统和容错维护总线。不包含MMU(内存管理单元)。但由于其价格低廉、可靠性等因素，被广泛应用于各种工业控制器中。

C.其他配件

红外传感器，电机速度传感器，报警器，温度传感器，压力传感器，液位传感器，液晶显示屏，GSM modem。

CAN车辆控制系统框图如图3所示。它由一个主节点和两个从节点组成。ARM作为主控制器(发动机控制模块)，通过各种传感器控制车辆状态。两个PIC ic作为从节点，接收车辆状态输入。这些传感器之间的通信采用CAN控制器。从控制器接收来自车辆的压力、温度、油位、红外障碍物、GSM等信号，以高速率发送给主控制器。主控制车辆的状态，并通过液晶显示器和报警提供数字信息，将反馈发送到操作员面板。这里的操作界面是数字式的。通过这个操作人员可以很容易地看到信号，并能够控制车辆。红外障碍物传感器有助于识别车辆周围的障碍物。 Vibration sensor detects external force (Hit by other vehicle or medium etc.,) and sends the signal to GSM. GSM will send the message to the owner of the vehicle.

3软件结构

采用嵌入式C语言编写了车辆控制系统，并在mplabxide上进行了调试。

四、工作模型电路及结果

主节点电路图如图5所示。它由Arm LPC2129、速度检测单元、LCD、蜂鸣器组成。

从电路如图6所示。该单元由2个被称为slave 1和slave 2的slave单元组成。两个从机均为PIC 18F4580控制器。从机和其他传感器的电源均为5v DC。从1单元连接3个传感器。温度传感器，压力传感器，油位传感器。该传感器产生模拟信号并发送到从1控制器。从1控制器将模拟信号转换成数字信号，然后通过CAN MCP2551控制器发送到ARM控制器。从2单元与以下单元连接。红外障碍物传感器，振动传感器，风扇(车速)，GSM modem。

图7所示为使用CAN的车辆控制系统工作模型。

结果:

驾驶员面板上的LCD显示了不同传感器产生的各种警报。在各种情况下报警，如轮胎高压，燃油水平低，车辆周围的障碍物，超速等，振动传感器接收检测外部冲击，如事故，发送信号到GSM。GSM将信息发送给车主。

诉的结论

本课题介绍一种结合CAN总线系统的嵌入式系统。汽车数字化控制是现代技术的重要标准。随着嵌入式技术的飞速发展，高性能嵌入式处理器深入到汽车工业中，其低成本、高可靠性等特点满足了现代汽车工业的需求。所提出的高速CAN总线系统解决了汽车系统的应用问题，也具有一定的实用价值和意义。以ARM为主控制器，充分利用ARM的高性能、CAN总线通信控制网络和仪表控制的高速缩减，实现节点间数据的充分共享，增强节点间的协同工作。该系统在实际应用中具有不同节点间高效数据传输的特点。

参考文献

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