引言

隨著汽車(chē)上的電子裝置越來(lái)越多，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，控制器局域網(wǎng)（CAN，Controller Area Network）開(kāi)始大量應(yīng)用與汽車(chē)之上。如何利用汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)中的信息，以便于司機(jī)與乘客了解車(chē)輛信息，是一項(xiàng)需要展開(kāi)的研究。本研究從CAN總線(xiàn)獲取汽車(chē)儀表板所需的數(shù)據(jù)，并在液晶顯示屏上動(dòng)態(tài)顯示，這一系列任務(wù)在硬件支持的情況下全部由高級(jí)語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。

1、CAN總線(xiàn)技術(shù)

目前存在多種汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，CAN總線(xiàn)技術(shù)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)范疇，CAN是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network）的簡(jiǎn)稱(chēng)，最早由德國(guó)BOSCH公司推出，用于汽車(chē)內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信，其縱向規(guī)范現(xiàn)已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制訂為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，由于得到了Philip、Siemence、Motorola、Intel、Fusitu等公司的支持，它已成為國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。它有效支持分布式控制及實(shí)時(shí)控制，并采用了帶優(yōu)先級(jí)的CSMA／CD協(xié)議對(duì)總線(xiàn)進(jìn)行仲裁。因此，CAN總線(xiàn)允許多站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送，這樣，既保證了信息處理的實(shí)時(shí)性，又使得CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外，CAN采用短幀結(jié)構(gòu)，且每幀信息都有校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、低傳輸出錯(cuò)率。其傳輸介質(zhì)可以使用雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纖。

2、汽車(chē)儀表的發(fā)展及趨勢(shì)

按汽車(chē)儀表在工作原理上取得的重大技術(shù)創(chuàng)新來(lái)分，可以劃分為4個(gè)階段，或稱(chēng)為經(jīng)過(guò)4代。第1代汽車(chē)儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表，人們習(xí)慣稱(chēng)這類(lèi)儀表為機(jī)械機(jī)心表；第2代汽車(chē)儀表的工作原理基于電測(cè)原理，即通過(guò)各類(lèi)傳感器將被測(cè)的非電量變換成電信號(hào)加以測(cè)量，通常稱(chēng)這類(lèi)儀表為電氣式儀表；第3代為模擬電路電子式；第4代為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式全數(shù)字汽車(chē)儀表。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及液晶現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)儀表的發(fā)展趨勢(shì)將更加體現(xiàn)這些高新技術(shù)的結(jié)合。如儀表的功能由軟件和硬件共同來(lái)完成儀表的功能由軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)，而且主要是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于量大且對(duì)成本極為敏感的汽車(chē)儀表有特殊意義，因?yàn)檐浖拈_(kāi)發(fā)費(fèi)用分?jǐn)偟矫總€(gè)儀表上是非常少的。與僅由電子線(xiàn)路硬件組成的汽車(chē)儀表相比，帶有ＥＣＵ的汽車(chē)儀表，其功能的實(shí)現(xiàn)手段更加靈活多樣。產(chǎn)品的“柔性”更好，即在推出新款產(chǎn)品時(shí)，能最大限度地利用以前產(chǎn)品的硬、軟件設(shè)計(jì)成果僅做少量修改便可，這在產(chǎn)品更新?lián)Q代很快的今天和未來(lái)特別重要。

3、基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)思想

本文利用車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，從CAN總線(xiàn)上采集汽車(chē)儀表面板所需要的數(shù)據(jù)，如車(chē)速、水溫、燃油、里程等，經(jīng)處理器處理后進(jìn)行各種實(shí)時(shí)控制和顯示。不是像傳統(tǒng)的儀表面板那樣，本設(shè)計(jì)用液晶顯示屏動(dòng)態(tài)顯示所采集并用軟件處理的數(shù)據(jù)。這樣可以隨時(shí)根據(jù)需要，由軟件實(shí)現(xiàn)儀表面板的擴(kuò)充。整體網(wǎng)絡(luò)具有自診斷功能，降低系統(tǒng)的故障率，同時(shí)使用CAN總線(xiàn)方式使得整體系統(tǒng)工作更加及時(shí)、準(zhǔn)確，提高了安全性、可靠性，更具有智能化和人性化。

由于本設(shè)計(jì)只是實(shí)驗(yàn)性研究以及各汽車(chē)總線(xiàn)數(shù)據(jù)編碼的多樣性，本設(shè)計(jì)自行開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)單的ECU，用于采集車(chē)速、燃油、水溫、里程等數(shù)據(jù)。然后由CAN總線(xiàn)通過(guò)CAN－PC接口卡接入PC機(jī)，再由軟件編程來(lái)完成從CAN總線(xiàn)采集到的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示。這里用Visual Basic編程。系統(tǒng)共享娛樂(lè)系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)。作為實(shí)驗(yàn)性研究，可由筆記本電腦代替PC機(jī)。然后進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如抗干擾、準(zhǔn)確度、工作穩(wěn)定性、振動(dòng)的影響、溫度的影響等。

3.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及所用器件

該測(cè)試系統(tǒng)由液晶顯示器、PC-CAN接口卡、單片機(jī)、CAN控制器（SJA1000）、CAN總線(xiàn)發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器（PCA82C250）、和各數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。

專(zhuān)用液晶顯示屏用來(lái)顯示轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、水溫、燃油消耗等；PC機(jī)用來(lái)處理CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)并通過(guò)軟件顯示于顯示屏上；PC－CAN接口卡完成PC機(jī)與CAN之間的通信；自行設(shè)計(jì)的ECU完成從各傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)CAN收發(fā)器連于CAN總線(xiàn)上。其中的PC－CAN接口卡通過(guò)RS232接口或UAB與PC機(jī)相連，PC－CAN接口卡再通過(guò)總線(xiàn)與自行設(shè)計(jì)的ECU相連。在實(shí)際中PC－CAN接口卡與車(chē)輛CAN總線(xiàn)相連，可采集大量數(shù)據(jù)信息，從而隨時(shí)可通過(guò)軟件編程把這些信息在顯示屏上動(dòng)態(tài)顯示出來(lái)。

3.3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

PC－CAN接口卡選用CAN232智能CAN接口卡，它適合CAN-bus的小流量數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，最高可達(dá)500幀/秒的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供廣泛和強(qiáng)大的軟件支持。支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)。該接口卡為用戶(hù)提供了編程需要的三個(gè)文件：CAN232dll.DLL，CAN232dll.LIB，ExportHead.H。

CAN協(xié)議控制器選用SJA1000，它是Philips公司生產(chǎn)的適合汽車(chē)環(huán)境的獨(dú)立CAN控制器，支持CAN2.0B協(xié)議。CAN發(fā)送/接收驅(qū)動(dòng)器選用Philip公司的PCA82C250，它是CAN控制器和物理傳輸線(xiàn)路之間的接口，它可以用高達(dá)1Mbits/s的位速率在兩條有差動(dòng)電壓的總線(xiàn)電纜上傳輸數(shù)據(jù)。

3.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

CAN2.0的分層結(jié)構(gòu)是按ISO/OSI模型對(duì)CAN結(jié)構(gòu)的描述。數(shù)據(jù)鏈路層又分為邏輯鏈路層（LLC，Logical Link Control）和媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC，Medium Access Control）兩個(gè)層。LLC層完成下列功能：為數(shù)據(jù)發(fā)送以及以及遠(yuǎn)層數(shù)據(jù)請(qǐng)求傳送服務(wù)；判斷是否接受接收到的數(shù)據(jù)；提供恢復(fù)管理和超載處理。

MAC層主要定義了傳輸協(xié)議，包括信息幀格式、仲裁方式、應(yīng)答信號(hào)、錯(cuò)誤檢測(cè)、錯(cuò)誤信令和故障限制等。

物理層實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的物理信號(hào)的傳送，主要定義網(wǎng)絡(luò)的電氣特性。CAN網(wǎng)絡(luò)中可以采用多種不同的物理層協(xié)議。

本研究用VC編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)汽車(chē)儀表數(shù)據(jù)的顯示。PC—CAN接口卡自帶三個(gè)文件CAN232dll.DLL，CAN232dll.LIB，ExportHead.H，其中ExportHead.H描述了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)CAN232dll.DLL所定義的外部函數(shù)。如下所示：

將接口卡所帶的三個(gè)文件拷貝在VC目錄下，在VC菜單的PROJECT-》SETTING中的LINK項(xiàng)下，填入CAN232dll.LIB。然后在程序的頭文件中加入“＃include ExportHead.H”。

4、結(jié)論

本研究只有一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)，所以顯示器所顯示的數(shù)據(jù)只有轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、水溫、燃油消耗，但是在實(shí)際的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)編程我們可以動(dòng)態(tài)獲得CAN總線(xiàn)上的所有信息，并能夠以友好的人機(jī)界面顯示，使車(chē)輛信息對(duì)駕駛員或乘客透明化。所以基于CAN總線(xiàn)的汽車(chē)儀表軟件實(shí)現(xiàn)是汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)的一個(gè)新的嘗試。

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