CAN总线在汽车综合性能测试系统中的应用

高川

【摘 要】本文分析了当前国内汽车综合性能测试系统的优缺点，提出研制一套基于CAN总线的汽车综合性能测试系统。介绍了CAN总线接口电路的设计方法。

【关键词】汽车综合性能测试系统；CAN总线；数据采集

0.前言

汽车是现代社会必不可少的交通工具，随着汽车保有量不断增多，人们对汽车的稳定性和可靠性也日益重视，因此，汽车的综合性能测试便具有重要意义。

我国汽车综合性能测试工作主要由各地的汽车检测站执行，是汽车车辆管理的主要内容，是检查、鉴定车辆技术状况和维修质量的重要手段，是促进维修技术发展、实现视情修理的重要保证。汽车综合性能测试主要包括汽车动力性、经济性、安全性、可靠性和排气污染物等的检测、评价。通过对汽车综合性能的测试，消除或减少由于车辆安全措施不完善、车辆性能欠佳以及技术状况不良所造成的交通事故，对噪声和排放废气加以控制，可以减少汽车对人类健康所造成的危害。对可靠性、动力性、经济性的测试，能够准确地反映汽车各机构、系统、零部件的技术状况，及时发现并排除故障，保证良好的使用性能。因此加强汽车综合性能测试不仅具有直接的经济效益，而且具有重大的社会效益。

我国汽车测试技术经历了从无到有、从小到大；从引进技术、引进测试设备，到自主研究开发推广应用；从单一性能测试到综合性能测试，取得了很大进步。但国内现有的测试仪器普遍存在共性问题，如：硬件相对落后，测试精度较低；数据分析和处理功能不够强大；测试点比较分散、距离较远，信号传输降低了测量系统的信噪比，增加了试验的准备时间；扩展性和通用性较差。因此，研究和开发测试数据全面、精度高、通用性好的汽车综合性能测试系统具有很重要的现实意义。本文介绍了一种利用CAN总线构成汽车综合性能测试系统的设计方法。其特点是布线简单、可靠性高、监控能力强，有利于汽车综合性能测试系统朝着规范化、智能化、网络化方向发展。

1.CAN总线

CAN总线是由德国Bosch公司于20世纪80年代初开发的一种串行数据通信协议，主要用于解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换问题。目前，CAN总线是国际上应用最广泛的现场总线之一，具有开发维护成本低、总线利用率高、传输距离远（最远可达10km），传输速率高（最高可达1Mbps）、根据优先级的多主结构、可靠的错误检测和处理机制等优点，且CAN总线标准支持自动配置，为系统的易用性奠定了基础。

与现有网络相比，CAN总线工作于多主方式，网络中的各节点都可以根据总线访问优先权在任意时刻主动地向网络中其它节点发送信息，不分主从，通信实时性强、方式灵活。而利用现有网络只能构成主从式结构系统，通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。此外，CAN具有完善的通信协议，可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期，这些也是只仅仅有电气协议的现有网络所无法比拟的。

CAN总线现在已成为汽车总线的事实标准，在ISO11898、SAE1939以及ISO11783等标准中也都规定了CAN作为车辆数据传输标准。因此，本系统作为车辆测试设备，采用CAN总线是最为合适的，并且将来可以通过该总线直接连接车辆系统的ECU得到很多不易测量的参数，为车辆性能的研究奠定良好的硬件基础。

2.系统结构

汽车综合性能测试系统的结构如图1所示。

系统中有一个主控模块和多个汽车性能参数测试模块，各个模块间以CAN总线连接，为一主多子节点结构。其基本工作原理是：各个子节点完成多种汽车参数的测试获取，并将参数通过CAN总线发送给主控节点，主控节点对来自各个子节点的数据进行相关处理后，通过USB实时发送给人机交互设备，以实现对汽车参数的实时监测。

各节点采用80C51系列高速单片机作为微处理器，为了满足CAN总线协议，各模块还配置了通信控制器SJA1000和通信收发器82C250构成的通信接口。模块电路组成框图如图2所示。

图2 模块电路组成框图

系统中各模块需要处理大量且不同类型的数据，普通的单片机不能满足系统的要求，特采用80C51系列高速单片机作为微处理器。80C51单片机系列源于Intel公司的MCS-51系列。许多公司，如Philips、Siemens、ATMEL、华邦、LG等都以MCS-51中的基础结构8051为基核推出了许多各具特色、各具优越性能的单片机，统称为80C51系列。因此，使得80C51系列单片机的可开发性强，兼容性好且来源广泛。

80C51系列单片机的主要功能特点：

①具有一个8位微处理器CPU；②运行速度快，片内振荡器的振荡频率范围达到1.2～12MHZ；③存储空间大，具有最大8KB的片内ROM和最大256字节的片内RAM；④片外ROM和RAM的寻址范围为64KB；⑤包含21个特殊功能寄存器（SFR）；⑥接口丰富，具有四个8位并行I/O接口（P0～P3），32根I/O口线，1个全双工UART串行口，可多级通信；⑦具有2个16位定时/计数器；⑧具有5个中断源，可编程为两个优先级。

80C51单片机在性能测试模块中的主要功能是：直接采集并处理各测试模块传感器的信号；通过CAN总线与其他测试模块及主控模块通信。在主控模块中80C51单片机还要将各测试模块采集的数据及分析处理结果通过USB接口传送给上位机。

模块之间的CAN的通信协议主要由CAN通信控制器完成。SJA1000是Philips公司生产的一个独立的CAN控制器，可完成CAN规范所规定的物理层和数据链路层大部分功能，适合于多种应用，特别在系统优化诊断和维护方面非常重要。

82C250为CAN总线通信收发器，具有抗恶劣电气环境下的瞬间干扰、保护总线的能力。它是CAN控制器与物理总线之间的接口，可提供对总线的差动发送和接收。

模块原理电路如图3所示。

3.结束语

CAN总线以其高性能、高可靠性和高性价比，被越来越多的应用于工业测控系统之中，是一种十分有效的通信方式。在汽车综合性能测试系统中利用CAN构成检测线通信网络，不仅可获得组网自由，扩展性强，实时性好，可靠性高的特性，而且具有自诊断和监控能力，应用前景广泛。

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