CAN總線傳感器手操器的設計

國機傳感科技有限公司 何 方 張 娜 袁 峰 王松亭 韓 策 張 凱 金東義

本文針對汽車上常用的CAN總線傳感器的調(diào)試工作，設計了一款手操器，實現(xiàn)對傳感器芯片參數(shù)的配置、門限參數(shù)的配置，并模擬汽車電子控制單元ECU與傳感器通訊，讀取傳感器的測量數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)。

本文設計的CAN總線傳感器手操器采用TJA1042 CAN總線專用收發(fā)器，采用STM32單片機作為中央處理單元進行設計，具有功能齊全、使用方便、可靠性高等特點。

近些年，汽車產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，新能源汽車、無人駕駛汽車等新技術不斷涌現(xiàn)，而傳感器作為信息獲取的關鍵部件，也獲得了迅猛的發(fā)展，一臺汽車上裝配的傳感器上百個，甚至幾百個，安裝位置也遍及汽車的各個部分，采用新材料、新技術，具有智能化、小型化、多功能的傳感器將成為未來的汽車傳感器的主流。

CAN（Controller Area Network）總線是由德國Bosch公司為汽車應用而開發(fā)的多主機局部網(wǎng)絡，主要應用于汽車電子控制單元、傳感器的設計之中，解決汽車上眾多電子設備之間的通訊問題，減少電子設備之間復雜的信號線，CAN總線目前已經(jīng)成為汽車電子設備中采用最多的總線。

CAN總線傳感器被廣泛應用在汽車的發(fā)動機、蓄電池、車身控制、空調(diào)系統(tǒng)等各個方面，對確保汽車的安全行駛、可靠運行起著越來越重要的作用，同時，也提升了汽車的方便性和舒適性。但CAN總線傳感器在設計及使用過程中，需要對傳感器內(nèi)部的關鍵芯片進行配置，對傳感器的實時測量數(shù)據(jù)進行讀取。因此，設計一款功能齊全、使用方便的傳感器手操器在應用上具有十分重要的意義。

1 主要功能

CAN總線傳感器手操器是一款對CAN總線傳感器進行配置、調(diào)試的儀器，既適合調(diào)試CAN總線傳感器，同時也滿足汽車車燈控制器、汽車車身控制系統(tǒng)、車門控制系統(tǒng)、車窗控制系統(tǒng)的調(diào)試等等；另一方面，CAN總線傳感器手操器也能夠能夠作為CAN總線通訊的主節(jié)點，模擬汽車ECU，通過CAN總線的通訊方式，發(fā)送測控命令，接收傳感器的測量數(shù)據(jù)，傳送控制信號對外部設備進行控制。

CAN總線傳感器手操器的功能主要包括以下幾個方面：

通過按鍵操作，可以方便地切換手操器的工作模式。手操器有三種工作模式：參數(shù)設置、通訊測試、數(shù)據(jù)查詢。

參數(shù)設置：在此模式下，調(diào)試人員通過操作手操器面板上的按鍵，輸入欲設置的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對傳感器內(nèi)部寄存器的設置、門限參數(shù)的設置，計算參數(shù)的設置、動作判定參數(shù)的設置等功能。

通訊測試：在此模式下，調(diào)試人員通過操作手操器面板，實現(xiàn)與傳感器的實時通訊功能，讀取傳感器的原始測量數(shù)據(jù)、各個測試通道的測量數(shù)據(jù)、計算獲得的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測量結果，對測量數(shù)據(jù)進行分析、處理。

數(shù)據(jù)查詢：在此模式下，調(diào)試人員通過操作手操器面板，調(diào)取儲存在傳感器手操器內(nèi)部記錄的測試相關的一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)及一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為調(diào)試人員提供參考數(shù)據(jù)。

手操器具有電池電量指示、模式切換等功能。

2 設計方案

2.1 硬件設計

本文設計的CAN總線傳感器手操器主要由單片機、CAN總線信號收發(fā)電路、電源電路、顯示輸出及時鐘復位電路等部分組成。其組成如圖1所示。

圖1 CAN總線傳感器手操器組成示意圖

CAN總線設計是手操器設計的關鍵，本設計選用TJA1042專用芯片進行CAN總線設計。TJA1042是一個遵從ISO11898標準的高速CAN總線收發(fā)器，廣泛應用于汽車及工業(yè)現(xiàn)場CAN總線儀器儀表的設計之中。采用TJA1042設計的CAN總線傳感器手操器電路原理圖如圖2所示。

圖2 CAN總線電路原理圖

2.2 軟件設計

CAN總線傳感器手操器的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 CAN總線傳感器手操器軟件流程圖

2.3 按鍵設計

CAN總線傳感器手操器的按鍵，包括啟動按鍵、復位按鍵、設置按鍵、查詢按鍵、測試按鍵、確認按鍵、切換按鍵、修改選擇按鍵、數(shù)字輸入按鍵。

各種按鍵的功能如下：

啟動鍵：CAN總線傳感器手操器在關機的狀態(tài)下，按下啟動鍵開啟手操器電源，液晶顯示器顯示手操器初始畫面，手操器進入工作狀態(tài)。

CAN總線傳感器手操器在開機的狀態(tài)下，兩次快速按下啟動鍵則關閉手操器電源，手操器進入關機狀態(tài)。

復位鍵：當CAN總線傳感器手操器處于不同子菜單功能時，按下復位鍵，則返回上一級菜單，當手操器處于最上層菜單時，按下復位鍵，則不執(zhí)行任何操作。

設置鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下設置鍵，則手操器進入?yún)?shù)設置的最上層的菜單。

查詢鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下查詢鍵，則手操器進入?yún)?shù)查詢的最上層的菜單。

測試鍵：CAN總線傳感器手操器處于任何功能的任何子菜單下時，按下測試鍵，則手操器進入測試命令發(fā)送的最上層的菜單。

確認鍵：當CAN總線傳感器手操器液晶顯示器上的光標處于某項功能時，按下確認鍵，手操器液晶顯示器的畫面切入到相應功能的子畫面，手操器執(zhí)行相應的功能。

切換鍵：在CAN總線傳感器手操器的鍵盤上有上、下、左、右四個箭頭的按鍵，這四個按鍵為功能切換按鍵，當按下上、下、左、右四個箭頭的按鍵時，手操器的光標則分別向上、下、左、右四個方向移動，相應地光標所在位置的功能獲得焦點，獲得焦點的功能在按下確認鍵時，則執(zhí)行相應的操作。

修改選擇鍵：CAN總線傳感器手操器鍵盤上的左箭頭按鍵為修改選擇鍵，當手操器處在修改配置參數(shù)功能時，通過手動輸入傳感器的配置值，當出現(xiàn)輸入錯誤的情況時，可以按下鍵盤上的左箭頭按鍵，使這一位的數(shù)字獲得焦點，再次輸入正確的數(shù)字，即可完成配置參數(shù)的修改。

數(shù)字輸入鍵：數(shù)字輸入鍵實現(xiàn)的功能主要是傳感器配置參數(shù)的設置，通過數(shù)字鍵可以對傳感器不同的參數(shù)值進行設置。

2.4 菜單設計

（1）參數(shù)設置菜單

在CAN總線傳感器手操器的主畫面下，按下設置鍵，手操器進入傳感器參數(shù)設置主界面，

在傳感器參數(shù)設置主界面中，包括4項菜單選擇項，分別為：

Reg Param菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器內(nèi)部寄存器參數(shù)的配置。

●Gate Param菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器門限參數(shù)的配置。

●Calculation Param菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器濾波計算等參數(shù)的配置。

●Statistics Param菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器動作判定統(tǒng)計參數(shù)的配置。

（2）傳感器測試菜單

●Original Test菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器原始數(shù)據(jù)的測試。

●Channel Test菜單

主要功能是實現(xiàn)對各個檢測通道進行測試。

●Monitoring Test菜單

主要功能是實現(xiàn)對CAN總線傳感器與汽車ECU通訊的監(jiān)聽。

（3）數(shù)據(jù)查詢菜單

●Real Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試的實時數(shù)據(jù)。

●History Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試的歷史實時數(shù)據(jù)。

●Distribution Data菜單

查詢CAN總線傳感器測試數(shù)據(jù)的分布情況。

本文設計的CAN總線傳感器手操器已在實際的調(diào)試工作中得到應用，實踐表明，手操器功能齊全、可靠性好、調(diào)試效率高、使用方便。