【正文】 本科生畢業(yè)設計（論文）基于CAN總線的轎車車燈控制系統(tǒng)及雷達系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文目 錄第1章 緒 論 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線技術特點 1 課題研究的背景 2 汽車車身電子技術 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)設計總體內(nèi)容 3第2章 方案設計 4 方案比較 4 總體方案 13第3章 硬件設計 15 單片機的最小系統(tǒng) 15 燈光控制節(jié)點MCU 16 燈光驅動電路 17 超聲發(fā)射電路 17 超聲波接收模塊設計 18 顯示電路 21 報警電路 21 串行通訊接口設計 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 照明燈軟件設計 33 霧燈軟件設計 34 測距系統(tǒng) 35第5章 結論 37致謝 38參考文獻 39附錄I 40附錄II 43附錄III 50II第1章 緒 論 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及CAN總線技術特點 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雜的電子控制設備之間的連線。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線非常復雜和冗長。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)約導線的效果就越明顯。并且隨著導線連接的簡化，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)絡和保安系統(tǒng)等領域得到了廣泛應用。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)代轎車的設計中，CAN 己經(jīng)成為必須采用的技術，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，就像汽車電子技術在 20 世紀 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 技術的引入也將是汽車電子技術發(fā)展的一個里程碑。我國在 CAN 總線研究應用方面起步較晚，工程應用幾乎是空白。特別是在汽車上的應用，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 總線的應用研究。在我國，CAN 總線技術的研究開發(fā)還剛剛起步，完全國產(chǎn)化的、應用 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用還僅限于開關量控制(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)絡的設計、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水平，主要靠汽車電子技術來完成。 目前，國內(nèi)的汽車電子技術多數(shù)還處于初級階段，有自主技術的汽車電子產(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。而控制類汽車電子技術還沒有形成產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)整車廠現(xiàn)在采用的汽車電子控制技術，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，能否在電子技術上占領制高點，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權、技術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依賴，是我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當務之急。這樣才能使我國的汽車技術趕上世界發(fā)達國家的汽車技術水平，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中關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 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，它的出現(xiàn)引起了傳統(tǒng)的 PLC 和 DCS 控制系統(tǒng)基本結構的革命性變化?，F(xiàn)場總線技術極大地簡化了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)繁瑣且技術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，使原來基于設備來選擇控制和通信的方式，轉變?yōu)榛诰W(wǎng)絡來選擇設備。隨著 Internet 和 Intranet 的迅猛發(fā)展，現(xiàn)場總線控制技術越來越顯示出其傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無可替代的優(yōu)越性?，F(xiàn)場總線控制技術已成為工業(yè)控制領域中的一個熱點。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，故在汽車領域，可以說 CAN 總線占據(jù)著霸權的地位。20 世紀 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用，使得電子控制裝置之間的通訊越來越復雜，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、控制器設計變得非常復雜，而且也會使得連接導線變得非常冗長(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)絡連接方式主要采用 2 條 CAN，一條用于驅動系統(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系。但人們已在設計“網(wǎng)關”，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)設計總體內(nèi)容本次本業(yè)設計主要由以下幾個章節(jié)構成：第一章 緒論：緒論主要包括CAN總線國內(nèi)外發(fā)展的概況、次設計研究的背景、車車身的電子技術及車燈控制系統(tǒng)及雷達控制系統(tǒng)利用CAN總線的意義。第二章 方案設計：包括了方案的選擇及總體框圖的設計，確定了系統(tǒng)的總體設計方案。第三章 硬件設計：硬件設計主要包括穩(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 軟件設計: 包含了本設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的子程序，具體闡述了軟件系統(tǒng)的設計。第五章 設計總結：總結了本次畢業(yè)設計學到知識點和本次設計遇到的難題和解決這些難題的方法，受益良多。第2章 方案設計 方案比較 本設計在顯示電路、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，常用在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中，因此得到廣泛的應用。所以選擇方案二。CAN總線方案一：1. 由于目前 CAN 為愈來愈多的不同領域采用和推廣，導致要求不同應用領域通信報文的標準化。為此，1991 年 9 月 Philips Semiconductors 制訂并發(fā)布了 CAN 技術規(guī)范（Version ）。該技術規(guī)范包括 A 和 B 兩個部分。 給出了曾在 CAN 技術規(guī)范版本 中定義的 CAN 報文格式，而 給出了標準的和擴展的兩種報文格式。此后，1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運載工具——數(shù)字信息交換——高速通信控制器局部網(wǎng)（CAN）國際標準（ISO11898），為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化、推廣鋪平了道路。CAN 技術規(guī)范 和 以及 CAN 國際標準 ISO11898 是設計 CAN 應用系統(tǒng)的基本依據(jù)，也是應用設計工作的基本規(guī)范?？刂破骶植烤W(wǎng)是一種具有很高保密性、有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網(wǎng)絡。CAN 應用范圍遍及從高速網(wǎng)絡到低成本的多線路網(wǎng)絡。在自動化電子領域、發(fā)動機控制部件、傳感器、抗滑系統(tǒng)等的應用中，CAN 的位速率可高達 1Mbps。同時，它可以廉價地用于交通運載工具電器系統(tǒng)中，例如：燈光聚束、電氣窗口等等以代替所需要的硬件連接。CAN 技術規(guī)范的目的是使任意兩個 CAN 執(zhí)行過程達到兼容。然而，兼容性具有眾多的不同方面，例如：電氣特性和被傳送數(shù)據(jù)的表示方法。CAN 技術規(guī)范版本 包括兩部分內(nèi)容：版本 描述在 CAN 技術規(guī)范 中定義的 CAN 報文格式；版本 描述標準和擴展格式兩種報文格式。為了同 CAN 技術規(guī)范 兼容，要求 CAN 執(zhí)行既同版本 ,也同版本 兼容。隨著串行通信進入更多應用領域，因此，要求各種應用領域通信功能報文標識符標注的標準化，如果原有由 11 個標識符定義地址范圍加以擴展，CAN 對于這些應用服務將更加周到，因而，引入了第二種報文格式（擴展格式），它可以提供由 29 位定義的更大地址范圍，這將使系統(tǒng)設計者解釋除在定義良好結構名稱方面的苦惱。需要借助擴展格式提供標識符范圍的 CAN 用戶可以繼續(xù)使用方便的 11 位標識符（標準格式）。這種情況下，他們可以使用市場過去推廣使用的 CAN，也可以使用兩種格式的新型控制其來實現(xiàn)。為了區(qū)分標準格式和擴展格式，CAN 報文格式中第一個保留位像它在 CAN 技術規(guī)范版本 中定義的一樣被使用。由于 CAN 技術規(guī)范 的報文格式等效于標準格式，因而仍然可用，而由于定義了擴展格式，可使標準格式和擴展格式的報文在相同的網(wǎng)絡中同時存在。2. CAN總線的四種幀(1) 數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)幀自一個發(fā)送節(jié)點攜帶數(shù)據(jù)至一個或多個接收節(jié)點，數(shù)據(jù)幀由七種不同的位域組成：幀的起始域；仲裁域；控制域；數(shù)據(jù)域；CRC 域；應答域；幀的結束域。 幀的起始域：該域表示一個數(shù)據(jù)幀或遠程幀的開始，它由一個顯性組成，該顯性用于接收狀態(tài)下的 CAN 控制器的硬同步。仲裁域：由信息標識符及 RTR 位組成，當有多個 CAN 控制器同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，在仲裁域要進行面向位的沖突裁決。標識符：由 11 位組成，用于提供信息地址及優(yōu)先級。其發(fā)送順序為 至 ID. 0(LSB)。需要注意的是，其最高七位(ID. 10 至 ID. 4)均為隱性的現(xiàn)象不允許出現(xiàn)。ID 決定了報文的優(yōu)先權，ID 的數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。這一點可以從 CAN 總線的物理特性理解。當總線上有幾個節(jié)點同時需要發(fā)送數(shù)據(jù)，其 ID 標識符分別為01001011111；01001111111 和 01111111111，當發(fā)送 和 ID. 9 時，三個節(jié)點都沒有發(fā)現(xiàn)沖突，于是繼續(xù)發(fā)送 ，這時由于 C 節(jié)點發(fā)送的是隱性(邏輯 1)，而 A 和 B 節(jié)點都發(fā)送的是顯性(邏輯 0)，各節(jié)點上是集電極開路，“線與”的關系，所以 C 節(jié)點發(fā)現(xiàn)有沖突，而且自己標識符的優(yōu)先級低，于是 C 節(jié)點退出仲裁。同樣的道理，8 節(jié)點在發(fā)送 I D. 5 后退出仲裁。CAN 總線優(yōu)先級的仲裁與 Ethernet 有很大的不同。Ethernet 采用的是 CSMA/CD 協(xié)議，即檢測到碰撞后，各節(jié)點均先退出發(fā)送，經(jīng)過各自隨即產(chǎn)生的時間延遲后再重新發(fā)送。而 CAN 總線這種按優(yōu)先級判別的方法，可以使優(yōu)先級高的消息先發(fā)送。因此，標識符取值最小的節(jié)點能夠占據(jù)總線。需要注意的是，優(yōu)先級別取決于發(fā)送消息中的標識符，而不是節(jié)點。標識符并不限定某一特定節(jié)點接收該信息，因為 CAN 網(wǎng)絡支持點對點、一點對多點接收及廣播幾種通訊方式。程幀發(fā)送請求位(RTR)：CAN 總線上的接收節(jié)點可以請求總線上另