基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

陳林

【摘要】 介紹CAN總線，提出基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過CAN總線節(jié)點(diǎn)來完成汽車儀表上顯示信息的數(shù)據(jù)采集。本文主要對數(shù)據(jù)采集模塊的軟硬件設(shè)計(jì)作詳細(xì)說明。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 汽車儀表 數(shù)據(jù)采集

近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車儀表板上顯示的信息不斷增加，為滿足需要，計(jì)算機(jī)、微電子和各種現(xiàn)場總線通信技術(shù)都廣泛應(yīng)用于其中。本文將講述基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。運(yùn)用CAN節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集車況信息并通過CAN總線將各節(jié)點(diǎn)連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

一、CAN總線概述

CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。

CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車儀表上顯示的數(shù)據(jù)信息，都是要通過其相應(yīng)的傳感器來得到的。這些傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡?，可以分為脈沖信號（開關(guān)量信號）和模擬信號。

2.1 脈沖信號采集模塊

發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速由霍爾傳感器來測量，輸出信號采用光電耦合器整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，脈沖量（開關(guān)量）均應(yīng)在4.5V～5V之間，經(jīng)行電平轉(zhuǎn)換為5V后送至STC12C5A60AD控制器。然后計(jì)數(shù)成每秒脈沖數(shù)，每秒脈沖數(shù)變換成公里/小時(shí)值。

2.2 模擬信號采集測量模塊

模擬信號采集測量模塊是通過測量冷卻液水溫、燃油液位、機(jī)油壓力和蓄電池電壓等模擬量的電壓信號大小來監(jiān)測各個(gè)參數(shù)的變化情況。

冷卻液水溫的傳感器是一種熱敏電阻式傳感器。通過放大電路將熱敏電阻隨溫度阻值變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后通過A/D轉(zhuǎn)換采集。

燃油液位傳感器是用于檢測燃油箱的油量，該傳感器將浮標(biāo)高度位置量轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，供控制系統(tǒng)識別以檢測油箱油位高度值。機(jī)油壓力傳感器采用應(yīng)變片傳感器，裝在主油管道孔內(nèi)的感應(yīng)塞把壓力轉(zhuǎn)換為電量輸出。蓄電池電壓本身就是一個(gè)波動范圍在+10V～+15V的模擬量。因STC12C5A60AD中的A/D輸入端輸入電壓最大為5V，故需將蓄電池電壓進(jìn)行處理后再送入A/D的輸入引腳。

被測信號若以變化的電阻來體現(xiàn)，一般較弱，需將變化的電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大處理后送到A/D中。信號調(diào)整到5V范圍內(nèi)再進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換。

2.3 CAN總線節(jié)點(diǎn)

CAN節(jié)點(diǎn)由微控制器STC12C5A60AD、獨(dú)立CAN控制器SJA1000和隔離CAN收發(fā)器CTM1050組成。電源采用+5V電源輸入，上電復(fù)位芯片（CAT810L）可保證上電時(shí)正確的啟動系統(tǒng)。電路圖如圖1所示。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 脈沖信號采集

對采集車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖的測量，直接用STC12C5A60AD的外部中斷引腳INT0/INT1對車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行測量。因?yàn)閮蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間就是車輪轉(zhuǎn)一周所花的時(shí)間，所以將兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間計(jì)算出來就可以得到速度了。同時(shí)程序還要比較相鄰兩次的速度變化值，若太大，還通過郵箱向USB記錄任務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使汽車能在速度驟然變化的情況下記錄車況。車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖測量流程圖如圖2所示。

3.2 模擬信號采集

STC12C5A60AD的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC是10位轉(zhuǎn)換精度，有8個(gè)模擬輸入通道。這里選用8個(gè)通道自動排序。對模擬量在一次自動排序周期中分別采樣8次，在軟件中即可以在一次A/D轉(zhuǎn)換中得到同一個(gè)參數(shù)的8個(gè)值，求出其均值，這樣就可以進(jìn)一步消除干擾信號。當(dāng)8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)完成一個(gè)循環(huán)采樣后，它即會給儀表顯示模塊發(fā)送一個(gè)消息，把相應(yīng)的所采集的數(shù)據(jù)傳送給儀表顯示任務(wù)中相應(yīng)的程序段。此時(shí)8路A/D循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)掛起，由另外一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)采集其他模擬信號量。8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)流程圖如圖3所示。

四、結(jié)束語

基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能將汽車工況信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的采集來滿足駕駛員需要。儀表運(yùn)用CAN總線有利于與其它的電子集中控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，有利于汽車集中控制系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，使得汽車儀表的安全性、可靠性、舒適性、功能擴(kuò)展得到更好的提高和改善。endprint

【摘要】 介紹CAN總線，提出基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過CAN總線節(jié)點(diǎn)來完成汽車儀表上顯示信息的數(shù)據(jù)采集。本文主要對數(shù)據(jù)采集模塊的軟硬件設(shè)計(jì)作詳細(xì)說明。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 汽車儀表 數(shù)據(jù)采集

近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車儀表板上顯示的信息不斷增加，為滿足需要，計(jì)算機(jī)、微電子和各種現(xiàn)場總線通信技術(shù)都廣泛應(yīng)用于其中。本文將講述基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。運(yùn)用CAN節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集車況信息并通過CAN總線將各節(jié)點(diǎn)連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

一、CAN總線概述

CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。

CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車儀表上顯示的數(shù)據(jù)信息，都是要通過其相應(yīng)的傳感器來得到的。這些傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡?，可以分為脈沖信號（開關(guān)量信號）和模擬信號。

2.1 脈沖信號采集模塊

發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速由霍爾傳感器來測量，輸出信號采用光電耦合器整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，脈沖量（開關(guān)量）均應(yīng)在4.5V～5V之間，經(jīng)行電平轉(zhuǎn)換為5V后送至STC12C5A60AD控制器。然后計(jì)數(shù)成每秒脈沖數(shù)，每秒脈沖數(shù)變換成公里/小時(shí)值。

2.2 模擬信號采集測量模塊

模擬信號采集測量模塊是通過測量冷卻液水溫、燃油液位、機(jī)油壓力和蓄電池電壓等模擬量的電壓信號大小來監(jiān)測各個(gè)參數(shù)的變化情況。

冷卻液水溫的傳感器是一種熱敏電阻式傳感器。通過放大電路將熱敏電阻隨溫度阻值變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后通過A/D轉(zhuǎn)換采集。

燃油液位傳感器是用于檢測燃油箱的油量，該傳感器將浮標(biāo)高度位置量轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，供控制系統(tǒng)識別以檢測油箱油位高度值。機(jī)油壓力傳感器采用應(yīng)變片傳感器，裝在主油管道孔內(nèi)的感應(yīng)塞把壓力轉(zhuǎn)換為電量輸出。蓄電池電壓本身就是一個(gè)波動范圍在+10V～+15V的模擬量。因STC12C5A60AD中的A/D輸入端輸入電壓最大為5V，故需將蓄電池電壓進(jìn)行處理后再送入A/D的輸入引腳。

被測信號若以變化的電阻來體現(xiàn)，一般較弱，需將變化的電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大處理后送到A/D中。信號調(diào)整到5V范圍內(nèi)再進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換。

2.3 CAN總線節(jié)點(diǎn)

CAN節(jié)點(diǎn)由微控制器STC12C5A60AD、獨(dú)立CAN控制器SJA1000和隔離CAN收發(fā)器CTM1050組成。電源采用+5V電源輸入，上電復(fù)位芯片（CAT810L）可保證上電時(shí)正確的啟動系統(tǒng)。電路圖如圖1所示。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 脈沖信號采集

對采集車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖的測量，直接用STC12C5A60AD的外部中斷引腳INT0/INT1對車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行測量。因?yàn)閮蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間就是車輪轉(zhuǎn)一周所花的時(shí)間，所以將兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間計(jì)算出來就可以得到速度了。同時(shí)程序還要比較相鄰兩次的速度變化值，若太大，還通過郵箱向USB記錄任務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使汽車能在速度驟然變化的情況下記錄車況。車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖測量流程圖如圖2所示。

3.2 模擬信號采集

STC12C5A60AD的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC是10位轉(zhuǎn)換精度，有8個(gè)模擬輸入通道。這里選用8個(gè)通道自動排序。對模擬量在一次自動排序周期中分別采樣8次，在軟件中即可以在一次A/D轉(zhuǎn)換中得到同一個(gè)參數(shù)的8個(gè)值，求出其均值，這樣就可以進(jìn)一步消除干擾信號。當(dāng)8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)完成一個(gè)循環(huán)采樣后，它即會給儀表顯示模塊發(fā)送一個(gè)消息，把相應(yīng)的所采集的數(shù)據(jù)傳送給儀表顯示任務(wù)中相應(yīng)的程序段。此時(shí)8路A/D循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)掛起，由另外一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)采集其他模擬信號量。8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)流程圖如圖3所示。

四、結(jié)束語

基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能將汽車工況信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的采集來滿足駕駛員需要。儀表運(yùn)用CAN總線有利于與其它的電子集中控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，有利于汽車集中控制系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，使得汽車儀表的安全性、可靠性、舒適性、功能擴(kuò)展得到更好的提高和改善。endprint

【摘要】 介紹CAN總線，提出基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過CAN總線節(jié)點(diǎn)來完成汽車儀表上顯示信息的數(shù)據(jù)采集。本文主要對數(shù)據(jù)采集模塊的軟硬件設(shè)計(jì)作詳細(xì)說明。

【關(guān)鍵詞】 CAN總線 汽車儀表 數(shù)據(jù)采集

近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車儀表板上顯示的信息不斷增加，為滿足需要，計(jì)算機(jī)、微電子和各種現(xiàn)場總線通信技術(shù)都廣泛應(yīng)用于其中。本文將講述基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。運(yùn)用CAN節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集車況信息并通過CAN總線將各節(jié)點(diǎn)連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

一、CAN總線概述

CAN最初出現(xiàn)在80年代末的汽車工業(yè)中，由德國Bosch公司最先提出。CAN全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。最初，CAN被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的微控制器通訊，在車載電子控制裝置ECU之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。

CAN是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。當(dāng)信號傳輸距離達(dá)到10Km時(shí)，CAN 仍可提供高達(dá)50Kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車儀表上顯示的數(shù)據(jù)信息，都是要通過其相應(yīng)的傳感器來得到的。這些傳感器的信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柡螅梢苑譃槊}沖信號（開關(guān)量信號）和模擬信號。

2.1 脈沖信號采集模塊

發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速由霍爾傳感器來測量，輸出信號采用光電耦合器整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，脈沖量（開關(guān)量）均應(yīng)在4.5V～5V之間，經(jīng)行電平轉(zhuǎn)換為5V后送至STC12C5A60AD控制器。然后計(jì)數(shù)成每秒脈沖數(shù)，每秒脈沖數(shù)變換成公里/小時(shí)值。

2.2 模擬信號采集測量模塊

模擬信號采集測量模塊是通過測量冷卻液水溫、燃油液位、機(jī)油壓力和蓄電池電壓等模擬量的電壓信號大小來監(jiān)測各個(gè)參數(shù)的變化情況。

冷卻液水溫的傳感器是一種熱敏電阻式傳感器。通過放大電路將熱敏電阻隨溫度阻值變化量轉(zhuǎn)化為電壓信號，最后通過A/D轉(zhuǎn)換采集。

燃油液位傳感器是用于檢測燃油箱的油量，該傳感器將浮標(biāo)高度位置量轉(zhuǎn)化為電壓信號輸出，供控制系統(tǒng)識別以檢測油箱油位高度值。機(jī)油壓力傳感器采用應(yīng)變片傳感器，裝在主油管道孔內(nèi)的感應(yīng)塞把壓力轉(zhuǎn)換為電量輸出。蓄電池電壓本身就是一個(gè)波動范圍在+10V～+15V的模擬量。因STC12C5A60AD中的A/D輸入端輸入電壓最大為5V，故需將蓄電池電壓進(jìn)行處理后再送入A/D的輸入引腳。

被測信號若以變化的電阻來體現(xiàn)，一般較弱，需將變化的電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號并放大處理后送到A/D中。信號調(diào)整到5V范圍內(nèi)再進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換。

2.3 CAN總線節(jié)點(diǎn)

CAN節(jié)點(diǎn)由微控制器STC12C5A60AD、獨(dú)立CAN控制器SJA1000和隔離CAN收發(fā)器CTM1050組成。電源采用+5V電源輸入，上電復(fù)位芯片（CAT810L）可保證上電時(shí)正確的啟動系統(tǒng)。電路圖如圖1所示。

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 脈沖信號采集

對采集車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖的測量，直接用STC12C5A60AD的外部中斷引腳INT0/INT1對車速和發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速脈沖進(jìn)行測量。因?yàn)閮蓚€(gè)脈沖之間的時(shí)間就是車輪轉(zhuǎn)一周所花的時(shí)間，所以將兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間計(jì)算出來就可以得到速度了。同時(shí)程序還要比較相鄰兩次的速度變化值，若太大，還通過郵箱向USB記錄任務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使汽車能在速度驟然變化的情況下記錄車況。車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖測量流程圖如圖2所示。

3.2 模擬信號采集

STC12C5A60AD的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC是10位轉(zhuǎn)換精度，有8個(gè)模擬輸入通道。這里選用8個(gè)通道自動排序。對模擬量在一次自動排序周期中分別采樣8次，在軟件中即可以在一次A/D轉(zhuǎn)換中得到同一個(gè)參數(shù)的8個(gè)值，求出其均值，這樣就可以進(jìn)一步消除干擾信號。當(dāng)8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)完成一個(gè)循環(huán)采樣后，它即會給儀表顯示模塊發(fā)送一個(gè)消息，把相應(yīng)的所采集的數(shù)據(jù)傳送給儀表顯示任務(wù)中相應(yīng)的程序段。此時(shí)8路A/D循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)掛起，由另外一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)采集其他模擬信號量。8路AD循環(huán)采樣轉(zhuǎn)換任務(wù)流程圖如圖3所示。

四、結(jié)束語

基于CAN總線的汽車儀表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能將汽車工況信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的采集來滿足駕駛員需要。儀表運(yùn)用CAN總線有利于與其它的電子集中控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，有利于汽車集中控制系統(tǒng)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，使得汽車儀表的安全性、可靠性、舒適性、功能擴(kuò)展得到更好的提高和改善。endprint