高可靠性CAN总线分析与布局设计

高可靠性CAN总线分析与布局设计南京理工大学2015年校级科研训练开题报告高可靠性CAN总线分析与布局设计指导老师：徐群小组成员：王宏远9(主持人) 李俊杰9 李泽宇9 1、应用背景 1、CAN简介 CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之...

南京理工大学2015年校级科研训练开题报告高可靠性CAN总线分析与布局设计指导老师：徐群小组成员：王宏远9(主持人) 李俊杰9 李泽宇9 1、应用背景 1、CAN简介 CAN 是Controller Area Network 的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。 2、CAN 总线特点 (1)CAN 是到目前为止唯一有国际标准现场总线。 (2)CAN 为多主方式工作，网络上任一个节点均可在任意时刻主动向网络上其它节点发送信息，而不分主从。 (3)在报文标志符上，CAN 上的节点分成不同的优先级，可满足不同的实时要求，优先级高的数据最多可在134us 内得到传输。 (4)CAN 采用非破坏性总线仲裁技术。 (5)CAN 节点只需通过报文的标识符滤波即可实现点对点，一点对多点及全局广播等几种方式传送数据，无需专门的“调度”。 (6)CAN 的直接通信距离最远可达10K 米；通信速率最高可达1Mbps。 (7)CAN 上的节点数主要取决与总线驱动电路，目前可达110 多个。 (8)报文采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低，使数据的出错率降低。 (9)CAN 的每帧信息都有CRC 校验及其他检错措施，具有极好的检错效果。 (10)CAN 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤。 (11)CAN 节点在严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。 (12)CAN 总线具有较高的性能价格比。 3、面向汽车CAN总线的各组标准规格 Class 通信速度用途协议 Class A ～10Kbps （车身系统）灯光类、电动窗、门锁、电动椅、遥控门等 ● 各汽车厂商自有协议 ● LIN Class B 10Kbps～125Kbps (状态信息系统) 电子仪表、驾驶信息、自动空间、故障诊断 ● J1850 ● VAN Class C 125Kbps～1Mbps （实时控制系统）发动机控制、变速器控制、刹车控制、悬挂控制、ABS等 ● Safe-by-Wire Class D 5Mbps～（多媒体） ● D28 Optical ● MOST ● IEEE 1394 4、关于抗干扰部分的说明由于汽车内部电控部件对CAN总线产生的干扰，使其处于从低频到高频变化的外部电磁环境中，因此对CAN总线的抗干扰能力提出了较高的要求。二、准备完成的任务通过一年的学习实践，提高本小组同学的理论实践知识水平，为我校电车队提供高可靠性CAN总线。三、可行性首先学习CAN总线相关以及基础知识，如C语言、微机原理、单片机等，为后期完成CAN总线分析及布局设计任务打好基础。完成一定知识积累后，逐步开始利用LABVIEW软件学习并了解CAN总线工作原理。基本了解上述知识及原理后，可以利用经费购置相关器材进行实验分析。如若按上述过程完成学习研究工作，本小组相信任务完成可行性会比较高的。四、拟采用的手段和方法步骤本课题主要解决两部分问题：CAN总线的分析及布局设计、抗干扰措施。 1、基于LABVIEW 的协议实现硬件采用MC9S12DP51216 单片机。MC9S12DP51216 单片机总线采用双绞线和台式上位机。 1.1 定义数据结构在LABVIEW 中，Virtual CAN Interface(VCI) 函数库是专门为ZLGCAN 设备在PC 上使用而提供的应用程序接口，可以从LABVIEW 中直接使用这些库函数。首先创建VCI 函数库德数据结构，定义数据类型为簇，并同时调用库函数。本系统的程序实现了数据的发送与接受，并通过CAN 总线将收发的数据在前面板上的列表中显示出来。该程序中含有3个主要的While 循环：主循环、发送数据循环和接受数据循环。这三个循环是并行运行的，互相独立。主循环处理处理与用户交互的界面，它使用了事件驱动机制来处理用户在前面板的操作，并通过用户事件与发送数据循环和接受数据循环通信。它包含以下功能：打开/关闭设备、超时、启动CAN、复位CAN、读取设备信息、读取CAN 状态、读取错误信息和清空缓冲区。 1.2 数据发送和接收函数的实现接受和发送数据通过控制面板的按钮，调用VCI 函数，并同时把数据实时显示出来。程序框图如上图所示。 1.3 驱动模块设计驱动模块包括超时模块、停止模块、OpenDevice 模块的设计、StartCAN 模块的设计、ResetCAN 模块的设计、Clear Buffer模块的设计、GetBoradInfo 模块的设计、GetErrorInfo 模块的设计、GetStatus 模块的设计和TREvent 模块的设计等。各个模块都是通过在控制面板中设计控制键，并调用子函数，实现需要的功能。其中TREvent 模块的程序框图如图4 所示。该模块主要用于显示发送和接收的数据。 TREvent 模块的程序框图 2、CAN总线通信EMC问题的解决措施电磁兼容问题是影响电动机控制单元CAN模块通信的最关键的问题，为保证可靠的CAN总线通信，必须采取附加的抗干扰措施。根据EMC的相关理论，任何电磁兼容问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个因素缺少一个，就不能做到电磁兼容。经过对实际工况的分析研究后，我们采取了以下抗干扰措施： (1)CAN总线的传输介质采用双绞线。 (2)CAN总线外套屏蔽磁环，磁环应该尽量靠近干扰源。用于抑制电源线、信号线上的EMI干扰，同时还具有吸收静电脉冲能力。 (3)在CAN 驱动器PCA82C250 与CAN 总线接口的引脚处设计了LC的Π型低通滤波电路，利用电感线圈与其寄生电容的并联谐振特性，适当调整电路参数，使其插入损耗和频率特性曲线非常陡峭，而峰值很高。因此，特别适用于抑制高速数字信号线中的噪声，而且不会造成信号波形的畸变。 (4)在CAN通信信号进人DSP之前进行一次滤波，即在LF2407A 的CANRX 和CANTX 引脚与地之间加一个2000pF的电容，起到对高频干扰旁路的作用。 (5) CAN网络的匹配阻抗对于抗干扰措施的有效性有很大影响，终端电阻选择不合适，将增加系统对干扰的敏感度，降低通信性能。在该整车系统中，CAN网络的节点个数不多，采用的传输介质为双绞线，所以在电动机控制单元CAN模块的接口处接120 Ω匹配电阻即可。

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