【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）基于CAN總線的轎車車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)的設(shè)計摘 要隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的日益發(fā)展，汽車電子裝置不斷增加，汽車綜合控制系統(tǒng)中需實時交換的各種控制信息隨之越來越多，傳統(tǒng)線束技術(shù)已遠遠不能滿足這種需求，汽車總線控制技術(shù)應(yīng)運而生。本設(shè)計主要實現(xiàn)車燈控制系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的智能化。本設(shè)計以單片機P87C591為核心構(gòu)建硬件平臺，通過CAN總線模塊接收和發(fā)送報文、光敏傳感器采集光信號和濕度傳感器采集濕度信號，傳感器采集的信號輸入給AD轉(zhuǎn)換器，再傳輸給單片機，由單片機對信號進行分析處理，輸出控制信號控制汽車車燈的亮滅，雷達系統(tǒng)通過超聲波的發(fā)送和接收模塊，把信號傳給A/D轉(zhuǎn)換器，在由單片機對信號進行分析處理，控制報警電路報警。在軟件設(shè)計上，有CAN總線收發(fā)系統(tǒng)，燈光系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)和測距系統(tǒng)等。本系統(tǒng)實現(xiàn)了汽車車燈控制的智能化和雷達系統(tǒng)的測距功能，再有障礙物靠近車輛時，報警電路能夠及時報警，保證了汽車在行駛過程中的汽車的安全行駛，大大提高了車輛在行駛中的安全性和可靠性。關(guān)鍵詞:CAN總線，P87C591，車燈控制，雷達系統(tǒng)AbstractWith the development of modern automobile, automobile electronic device increases ceaselessly, all sorts of information control will be more and more realtime exchange need prehensive automobile control system, the traditional wiring technology has far can not meet this demand, vehicle bus control technology emerge as the times require. This design is mainly the realization of intelligent lighting control systems and radar systems.The P87C591 singlechip design as the core of the hardware platform, receiving and sending newspaper, a photosensitive sensor signal collection and humidity sensor and humidity signal through the CAN bus module, signal sensor inputs to the AD converter, and then transmitted to the microcontroller, the signal was processed by SCM, the output control signals to control the vehicle lamp light out, radar system by ultrasonic sending and receiving module, sending a signal to the A/D converter, by the microcontroller on the signal analysis and processing, control alarm circuit alarm. In software design, CAN bus transceiver system, lighting system, radar system and ranging system.This system has realized the ranging function of intelligent and radar system of automobile light control, another obstacle to the vehicle, the alarm circuit can alarm in time, ensure the safety of vehicles in the automobile driving process, greatly improving the safety and reliability of the vehicle.Keywords：CAN Bus；P87C591l；Lights Control l；Radar System目 錄第1章 緒 論 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線技術(shù)特點 1 課題研究的背景 2 汽車車身電子技術(shù) 2 現(xiàn)場總線的意義 2 車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)利用CAN總線的意義 2 畢業(yè)設(shè)計總體內(nèi)容 3第2章 方案設(shè)計 4 方案比較 4 總體方案 13第3章 硬件設(shè)計 15 單片機的最小系統(tǒng) 15 燈光控制節(jié)點MCU 16 燈光驅(qū)動電路 17 超聲發(fā)射電路 17 超聲波接收模塊設(shè)計 18 顯示電路 21 報警電路 21 串行通訊接口設(shè)計 22 單片機的拓展電路 23 光敏傳感模塊 24 濕度傳感器模塊 25 穩(wěn)壓電路 26第4章 軟件設(shè)計 27 系統(tǒng)總體軟件功能 27 J1939通訊協(xié)議 27 燈光系統(tǒng)的流程圖 28 節(jié)點接收模塊 30 節(jié)點發(fā)送模塊 31 照明燈軟件設(shè)計 33 霧燈軟件設(shè)計 34 測距系統(tǒng) 35第5章 結(jié)論 37致謝 38參考文獻 39附錄I 40附錄II 43附錄III 50V第1章 緒 論 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線技術(shù)特點 本課題所研究的基于 CAN 總線的汽車車身控制系統(tǒng)，主要是為了簡化現(xiàn)代汽車車身中日益復(fù)雜的電子控制設(shè)備之間的連線。在現(xiàn)代汽車的車身中，電子控制的部件越來越多(例如集控鎖、電動車窗、后視鏡、廂內(nèi)照明燈、各種信號燈、座椅控制和汽車聲像系統(tǒng))，如果用傳統(tǒng)的信號線連接方式會使得連接導(dǎo)線非常復(fù)雜和冗長。采用 CAN 總線以后，不管有多少電子部件需要控制，從控制命令發(fā)出部件所在位置，到接收部件所在位置的連線只需 2 根，故需要控制的部件越多，從命令發(fā)出地點到接收地點的距離越長(如大型車)，節(jié)約導(dǎo)線的效果就越明顯。并且隨著導(dǎo)線連接的簡化，給汽車制造時的線束布置帶來極大方便，另外在功能擴展(如再加入新的電子控制部件)時，無需重新布線，大大方便了升級換代工作。一個常用來說明 CAN 總線優(yōu)點的例子是:某型汽車原來的連線總長為 500 米，使用 CAN 以后縮短為 50 米，節(jié)約導(dǎo)線 10 倍(總重量也會減輕)。不僅如此，CAN 總線能夠方便地實現(xiàn)整車數(shù)據(jù)共享，使汽車的性能全面優(yōu)化和高水平智能化。 CAN 總線具有卓越的特性、極高的可靠性和獨特的設(shè)計，因此，已經(jīng)在汽車工業(yè)、航空工業(yè)、控制安全防護、嵌入式網(wǎng)絡(luò)和保安系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。今天，在歐洲幾乎每一輛新客車上均裝配有 CAN 局域網(wǎng)。在國外現(xiàn)代轎車的設(shè)計中，CAN 己經(jīng)成為必須采用的技術(shù)，奔馳、寶馬、大眾、沃爾沃、雷諾、勞斯萊斯等汽車都將 CAN 作為控制器聯(lián)網(wǎng)的手段。一些汽車專家認為，就像汽車電子技術(shù)在 20 世紀(jì) 70 年代引入集成電路、80 年代引入微處理器一樣，近 10 年現(xiàn)場總線 CAN 技術(shù)的引入也將是汽車電子技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。我國在 CAN 總線研究應(yīng)用方面起步較晚，工程應(yīng)用幾乎是空白。特別是在汽車上的應(yīng)用，可以說是從近年，才在幾個大的汽車研究和生產(chǎn)單位正式啟動的，目前都處于研究的初級階段，還沒有拿出產(chǎn)品化的成果。由于這些研究剛剛還處于起步階段，故目前的研究重點都集中在動力系統(tǒng)(發(fā)動機、自動變速器、電機、電池、儀表等)的 CAN 通訊上，還沒有精力針對汽車車身的電子控制部件進行 CAN 總線的應(yīng)用研究。在我國，CAN 總線技術(shù)的研究開發(fā)還剛剛起步，完全國產(chǎn)化的、應(yīng)用 CAN 總線控制動力系統(tǒng)的汽車還沒有；CAN 總線在車身控制方面的應(yīng)用還僅限于開關(guān)量控制(如車燈、車門等)。本課題所研究的 CAN 總線車身控制系統(tǒng)，可以簡潔汽車網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、促進產(chǎn)品的實用化和低成本化。 課題研究的背景 近幾年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，汽車技術(shù)的更新周期也在縮短，汽車對電子產(chǎn)品的依賴性越來越突出，可以說要提高汽車的技術(shù)水平，主要靠汽車電子技術(shù)來完成。 目前，國內(nèi)的汽車電子技術(shù)多數(shù)還處于初級階段，有自主技術(shù)的汽車電子產(chǎn)品也不過是汽車音響、影音娛樂系統(tǒng)及空調(diào)等汽車媒體技術(shù)。而控制類汽車電子技術(shù)還沒有形成產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)整車廠現(xiàn)在采用的汽車電子控制技術(shù)，多為直接引進國外產(chǎn)品或是一些中外合資企業(yè)生產(chǎn)、組裝的產(chǎn)品。 汽車工業(yè)已經(jīng)是我國國民經(jīng)濟的一個支柱型產(chǎn)業(yè)，2006 年中國汽車產(chǎn)量已經(jīng)達到700 萬輛，而我國的汽車零部件產(chǎn)業(yè)還很薄弱，特別是汽車電子技術(shù)更加落后，已經(jīng)阻礙了汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。所以，能否在電子技術(shù)上占領(lǐng)制高點，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)含量高的汽車電子產(chǎn)品，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，減輕對國外汽車零部件的技術(shù)依賴，是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。這樣才能使我國的汽車技術(shù)趕上世界發(fā)達國家的汽車技術(shù)水平，為我國汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供必要條件。 汽車車身電子技術(shù)控制類汽車電子產(chǎn)品一般分為動力系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)兩類，在本研究課題中將詳細介紹車身控制技術(shù)中關(guān)于儀表和車燈控制的詳細內(nèi)容。車身控制系統(tǒng)主要是為了汽車增加輔助功能，提高駕駛的方便性、乘坐的舒適性及安全性。車身控制系統(tǒng)涵蓋范圍廣，包括燈光控制系統(tǒng)，門窗控制系統(tǒng)，座椅控制系統(tǒng)，氣候（空調(diào)）控制系統(tǒng)，防盜系統(tǒng)，導(dǎo)航定位系統(tǒng)，安全氣囊，儀表板顯示集控等。 現(xiàn)場總線的意義現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)是 2 0 世紀(jì) 80 年代中期在國際上發(fā)展起來的一種嶄新的工業(yè)控制技術(shù)，它的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)的 PLC 和 DCS 控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的革命性變化?，F(xiàn)場總線技術(shù)極大地簡化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術(shù)含量較低的布線工作量，使其系統(tǒng)檢測和控制單元的分布更趨合理，使原來基于設(shè)備來選擇控制和通信的方式，轉(zhuǎn)變?yōu)榛诰W(wǎng)絡(luò)來選擇設(shè)備。隨著 Internet 和 Intranet 的迅猛發(fā)展，現(xiàn)場總線控制技術(shù)越來越顯示出其傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無可替代的優(yōu)越性。現(xiàn)場總線控制技術(shù)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中的一個熱點。傳統(tǒng)機電產(chǎn)品是否具有總線接口已成為能否在市場上生存的一個必要條件。 車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)利用CAN總線的意義目前，現(xiàn)場總線有許多種類，幾種有影響的總線為:基金會現(xiàn)場總線，LON WORKS，PROFIBUS，CAN， HART 等，由于 CAN 總線(全稱為“Controller Area Network)最初是針對汽車提出的，故在汽車領(lǐng)域，可以說 CAN 總線占據(jù)著霸權(quán)的地位。20 世紀(jì) 90 年代以來，汽車上由電子單元控制的部件越來越多，例如電子燃油噴射裝置、防抱死制動裝置(ABS)、安全氣囊、電控門 窗、主動懸架、自動變速器、汽車穩(wěn)定性控制(ESP),混和動力汽車中的電機控制，電池管理系統(tǒng)、座椅控制之類的舒適系統(tǒng)、汽車聲像之類的娛樂系統(tǒng)等等。隨著這些集成電路和單片機在汽車上的廣泛應(yīng)用，使得電子控制裝置之間的通訊越來越復(fù)雜，如果用傳統(tǒng)的信號線連接方式來連接各個控制器，不但會使控制器的引腳過多、控制器設(shè)計變得非常復(fù)雜，而且也會使得連接導(dǎo)線變得非常冗長(如某型汽車原來的連線為 500 米，使用 CAN 以后縮短為 50 米。采用傳統(tǒng)連線方式的東風(fēng)汽車公司的混和動力轎車，僅連接電纜就達 40 公斤)，使可靠性大大降低。博世(Bosch)公司推出 CAN 總線的最初動機，就是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通訊問題，減少不斷增加的信號線。CAN 總線是一種單一的網(wǎng)絡(luò)總線，其最大的優(yōu)點是:所有的控制器件都可以掛接在 CAN 總線(只有兩根電線)上?，F(xiàn)在汽車上的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要采用 2 條 CAN，一條用于驅(qū)動系統(tǒng)的高速 CAN，速率達到 500kb/s，一條用于車身系統(tǒng)的低速 CAN，速率是 100kb/s 驅(qū)動系統(tǒng)主要連接對象是發(fā)動機控制器 ECU、ASR 及 ABS 控制器、安全氣囊控制器、組合儀表等，它們的基本特征相同，都是控制與汽車行駛直接相關(guān)的系統(tǒng)。車身系統(tǒng) CAN 主要連接對象是4 門以上的集控鎖、電動車窗、后視鏡和廂內(nèi)照明燈等。目前，驅(qū)動系統(tǒng) CAN 和車身系統(tǒng)這 2 條獨立的總線之間尚沒有關(guān)系。但人們已在設(shè)計“網(wǎng)關(guān)”，以實現(xiàn)在各個 CAN之間的資源共享，并將各個數(shù)據(jù)總線的信息反饋到儀表板上。駕車者只要看看儀表板，就可以知道各個電控裝置是否正常工作了。 畢業(yè)設(shè)計總體內(nèi)容本次本業(yè)設(shè)計主要由以下幾個章節(jié)構(gòu)成：第一章 緒論：緒論主要包括CAN總線國內(nèi)外發(fā)展的概況、次設(shè)計研究的背景、車車身的電子技術(shù)及車燈控制系統(tǒng)及雷達控制系統(tǒng)利用CAN總線的意義。第二章 方案設(shè)計：包括了方案的選擇及總體框圖的設(shè)計，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。第三章 硬件設(shè)計：硬件設(shè)計主要包括穩(wěn)壓電路、燈光控制節(jié)點MCU、超聲發(fā)射電路、超聲波接收電路、燈光驅(qū)動電路、單片機的外圍系統(tǒng)、顯示電路、報警電路、單片機的拓展電路和A/D采樣電路。第四章 軟件設(shè)計: 包含了本設(shè)計的主體流程圖和汽車燈光控制系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的各個模塊的子程序流程圖及其相對應(yīng)的子程序，具體闡述了軟件系統(tǒng)的設(shè)計。第五章 設(shè)計總結(jié)：總結(jié)了本次畢業(yè)設(shè)計學(xué)到知識點和本次設(shè)計遇到的難題和解決這些難題的方法，受益良多。第2章 方案設(shè)計 方案比較 本設(shè)計在顯示電路、總線的選擇、單片機的選擇和測距傳感器的選擇進行方案比較。顯示方案一：采用數(shù)碼管作為顯示。根據(jù)題目要求至少需要四位數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管在與單片機的串行連接時需要用到移位寄存器74LS164，比較繁瑣麻煩，增加了硬件電路的復(fù)雜性，并且數(shù)碼管顯示受溫度的影響，而是數(shù)碼管沒有良好的均勻度。顯示方案二：采用LCD1602液晶顯示屏。因為LCD1602液晶顯示屏是個微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧，常用在袖珍式儀表