基于CAN总线的卡车总线控制系统.docx
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基于CAN总线的卡车总线控制系统
基于CAN总线的卡车总线控制系统
1系统原理及硬件结构
1.1系统原理
本卡车总线系统采用CAN总线实现对车身部分电磁阀、车灯、门窗电机等功率设备的控制，解决了传统方式带来的连接繁琐、维修困难等问题，提高了系统的稳定性，可靠性。
数字化仪表模块通过与通用控制模块进行CAN通讯、与车窗控制模块进行LIN通讯，采集车辆开关的状态，通过LED灯、液晶屏、转盘指针显示整车状态、故障信息、报警信息等各种信息，实现人机交互，对卡车进行实时控制。
本系统为嵌入式系统，不需安装任何软件，系统安装好上电后，即可开始运行。
1.2系统硬件组成
本系统包括五个模块,分别是:
数字化仪表模块、前部控制模块、中部控制模块1、中部控制模块2、车窗控制模块。
连接设备为CAN总线，执行CAN技术规范J1939，波特率为250Kbps。
模块之间的CAN总线连接关系示意图，如图1所示：
图1系统CAN总线连接示意图
2系统功能分析
2.1功能概述
在整个CAN总线控制系统中，核心部件有三种，即：
数字化仪表、通用控制模块、车窗模块。
数字化仪表承担着整车参数的显示、存储任务，并可与发动机ECU通过CAN总线直接进行通信，同时承担着对负载的过程控制任务，依据仪表台上的开关状态及连接在通用控制模块的开关和传感器状态，通过自动控制芯片及软件处理产生功率输出接口的通断状态，并通过CAN总线告知通用控制模块；通用控制模块负责将所属区域的开关和传感器状态通过CAN总线告知中央控制模块，并接收中央控制模块传来的控制指令，驱动功率输出接口实现通断控制。
整个CAN总线控制系统在汽车中的安装应用如图2所示。
图2系统在汽车安装示意图
图中仪表台控制器为EA0121BA型，位于驾驶室内司机正前方，前部控制模块为EA0221BA型，位于驾驶室内司机与副驾驶之间的操作台下，中部控制模块一、中部控制模块二位于车架上，车窗控制模块为EA0514BA型，位于驾驶室内司机与副驾驶之间的操作台下。
2.2数字化仪表模块
数字化仪表模块具有一路CAN总线接口，遵循J1939通讯协议；采用兼容MMT认证的步进电机；具有丰富的图标库，可以提供可编程图标显示功能；具有9个高亮度LED符号指示灯；具有强大的故障诊断功能，能够对总线状态、电气负载短路/断路状态进行实时监控，出现故障后以中文信息显示；能够获取、显示、存储发动机相关参数；液晶屏可实时显示整车当前状态信息；具有多路开关量输入接口、模拟量输入接口以及脉冲量输入接口，可适用于传统线束车辆控制系统。
图3数字化仪表模块实物图
输入接口：
●48路非隔离开关量输入，其中8路正控型、16路可编程正负控型、24路负控型；
●6路电阻型模拟量输入，测量范围为0～200Ω；
●3路模块地址线输入；
●1路ACC档开关输入；
●1路一线式温度传感器输入；
●4路控地型系统唤醒信号输入。
输出接口：
●6路高端开关输出，单路输出最大电流为1A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；
●1路常有电功率输出，单路输出最大电流为3A，带故障诊断及过流保护功能；
●2路ACC档电源输出，单路输出最大电流为3A，带过流保护功能；
●3路B7信号输出，1路里程传感器仿真信号输出；
●3路休眠信号输出。
2.2.1数字化仪表模块界面布局
数字化仪表模块即为驾驶员仪表盘，采集车辆开关的状态，与通用控制模块进行CAN通讯，与车窗控制模块进行LIN通讯，通过LED灯、液晶屏、转盘指针显示整车状态、故障信息、报警信息等各种信息，实现人机交互功能。
其平面示意图如图4所示。
图4数字化仪表板模块平面示意图
数字化仪表可以显示车辆行驶速度、发动机转速、油量、水温，气压等功能，具体各模块功能定义如表1所示。
表1数字化仪表各模块功能表
序号
实体定义
序号
实体定义
1
油量表
9
远光指示
2
车速表
10
转速表
3
轮间差速锁指示
11
气压表1
4
轴间差速锁指示
12
水温表
5
左转指示
13
按键
6
车速灯
14
彩色液晶屏
7
右转指示
15
气压表2
8
拖车制动指示
2.2.2彩色液晶屏显示及按键操作功能
数字化仪表模块正中央为彩色液晶屏，按照显示内容将液晶屏分为三部分：
图标显示区、多功能显示区1、多功能显示区2，在液晶屏上的布局如图5所示。
图5液晶显示屏功能分区
其中图标显示区专用于显示与车辆状态相关的各种图标，例如充电指示图标、开门图标等。
多功能显示区1在车辆正常工作的情况下显示整车厂的LOGO；点亮图标显示区中某个图标时，在多功能显示区1同时显示放大一倍的图标，持续5秒钟后，恢复为公司LOGO。
在多功能显示区2显示短距离里程和总里程。
当车速大于3Km/h而车门未关好时，在最下行显示提示信息“请关闭车门”，关好车门后，该信息消失。
当电池电压低于22.5V时，在最下行显示提示信息“电池电压低22.4V”，电压升高后，该信息消失。
2.3通用控制模块
通用控制模块具有一路CAN总线接口，遵循J1939通讯协议；具有多路开关量输入接口、多路模拟量输入接口和脉冲输入接口；具有多路功率输出，从12路到24路不等，可随应用需求选择使用，并且每路输出均具有短路、过压、过热保护；模块具有安全运行模式，为整车安全提供了较好的基础；具有低功耗运行模式，从而减少电池的损耗；采用通用化软硬件设计方法，互换性强，便于产品维护。
图6通用控制模块实物图
输入接口：
●12路非隔离开关量输入，其中2路正控型、4路可编程正负控型、6路负控型；
●1路脉冲量输入，测量范围为0~1KHz；
●1路带励磁电流供应的充电指示检测输入；
●4路电阻型模拟量输入，测量范围为0~200Ω；
●4路模块地址线输入。
输出接口：
●11路高端开关输出，单路输出最大电流为8A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；
●2路常有电功率输出，单路输出最大电流为3A，带故障诊断及过流保护功能；
●1路带反向电流防护的功率输出，输出最大电流为3A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能。
通用控制模块主要实现的功能有：
车辆行驶速度以及行程测量与显示、发动机转速测量与显示、燃油量的测量与显示、发动机水温的测量与显示、前后桥气压的测量与显示、发动机机油压力报警、左右转向控制与显示。
2.3.1车辆行驶速度以及行程测量与显示
系统实时测量车辆的行驶速度，并在车速表上显示车辆当前的行驶速度，速度显示单位为km/h。
车速传感器的输入为脉冲波，当输入的脉冲波频率达到200Hz时，车速达到最到值180km/h。
当车速不为0时，系统实时测量车辆行驶的路程数，并显示在仪表板上的液晶显示屏多功能显示区2，单位为km，精确到0.1km。
同时系统以1km为单位间歇存储车辆行驶总里程数，显示在仪表板上的液晶显示屏多功能显示区2上。
2.3.2燃油量的测量与显示
燃油量通过油量传感器来测量，显示采用无量纲方式，F表示燃油满，E表示燃油量为0。
当传感器的阻值在0到200欧姆变化时，对应油量表上的F到E。
2.3.3前后桥气压的测量与显示
系统实时测量前桥气压和后桥气压，并在数字化仪表上显示。
气压1和气压2的分别通过气压1传感器和气压2传感器来测量，当气压传感器的阻值在0到200欧姆之间变化时，对应气压表上的0到12。
2.3.4机油压力报警与显示
系统通过开关来模拟发动机机油压力报警。
当开关接通时，液晶屏上图标显示区闪烁点亮机油压力报警图标，同时在多功能显示区1显示放大一倍的图标。
2.3.5左右转向控制与显示
左右转向通过两个开关来控制，当转向开关断开时，输出为5v；当转向开关接通时，输出为低电压5v，高电压24v的脉冲，并且数字化仪表上对应的转向指示灯闪烁。
2.4车窗控制模块
车窗控制模块具有一路CAN总线，兼容J1939通信协议；支持433/868/915MHz（可配置）通信频率；2路大功率H全桥电机驱动通道；4路大功率高端开关输出通道；12路开关量输入接口；具有短路、过压、过热保护功能；具有车窗驱动的防夹功能；具有功率接口故障诊断功能。
图7车窗控制模块实物图
输入接口：
●24路非隔离开关量输入，其中4路正控型、8路可编程正负控型、12路负控型；
●4路模块地址线输入。
输出接口：
●4路高端开关输出，单路输出最大电流为8A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能；
●2路常有电功率输出，单路输出最大电流为3A，带故障诊断及过流保护功能；
●8路全桥开关输出，单路输出最大电流为5A，带故障诊断及过流、过热、过压保护功能。
图8中一模块连线图
图9中二模块连线图
图10仪表模块连线图
图11前部模块连线图
图12车窗模块连线图
3系统软件测试
系统通过kvaserusbcanII连接电脑，采用x-analyserforkvasercan软件进行测试。
传感器
ID
PGN
气压传感器1
18FF0C23
0FF0C
气压传感器2
18FF0003
0FF00
左转开关
18FF0452
0FF04
右转开关
18FF0432
0FF04
油量传感器
18FF0C24
0FF0C
车速传感器
18FF0D24
0FF0D
机油压力报警开关
找不到
找不到
当左转向灯断开时，data为08；接通时为08与8A交替变化
当右转向灯接通时，data为00；接通时为00与02交替变化
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