CAN总线在汽车性能检测线中的应用分析

赵玲娜 陈昊

摘要：随着社会经济的不断发展和信息科学技术水平的不断提高，现代电子技术与信息技术逐渐被广泛的应用到各个领域的生产管理工作中，汽车行业也不例外。本文从CAN总线的位数值表示与通信的距离、CAN总线的报文传输技术、CAN总线的仲裁机制以及CAN总线的技术优势四个方面入手，对CAN总线的特点展开分析，同时对CAN总线在汽车性能检测线中的实际应用进行深入研究。

关键词：CAN总线；通信技术；仲裁机制；汽车性能检测

前言：

在信息时代，汽车作为人们出行的主要交通工具，越来越多高新技术逐渐被的应用到汽车的生产与制造中，由电子控制单元控制的部件数量在汽车整体结构设计中应用频率也越来越高。比如：数字式电控燃油喷射系统以及防抱死控制系统等等，为使用者提供便利的同时，也为汽车性能的检测工作带来更大的难度。而CAN总线技术凭借一系列技术优势，在汽车性能检测线中的应用发挥着重要作用。

一、CAN总线的特点

（一）CAN总线的位数值表示与通信的距离

CAN总线协议主要是建立在国际标准组织开放系统互联参考模型基础上实现的，CAN总线的模型结构主要分为物理层、数据链层以及应用层这三层。1986年德国某工业企业首次提出了CAN总线概念，并将其灵活的应用到汽车内部各类传感器与执行器的性能检测过程中，同时CAN总线凭借自身较强的可靠性与安全性被众多汽车开发商所青睐。在研究CAN总线的特征这一问题时，CAN总线的位数值表示通信距离，主要体现在CAN总线总线的逻辑互补方面，即：利用显性与隐性这两个互补的逻辑值来代表“0”和“1”。此外，CAN总线的通信距离最远可以达到10㎞以上，这时的位速率可以达到5kbps，最长的通信距离可达40m。

（二）CAN总线的报文传输技术

CAN总线的报文传输技术也被称为数据传输技术，其报文传输大多会以多主方式工作，网络中的任意一个节点，都可以随时向网络中的其他节点主动发送数据信息，而且不分主从。CAN总线的报文传输（数据传输）采用帧格式，并按照帧格式的不同，可以将其分为具有11位标识符的标准帧以及具有29位标识符的扩展帧。CAN总线中的网络节点一般只需要对数据的标识符滤波，便可以轻松实现数据信息的发送和接受。比如：CAN节点通过对报文的标识符采取滤波操作，从而实现一点对多点或者点对点，甚至是全局广播等多种不同的数据传输方式。

（三）CAN总线的仲裁机制

CAN总线的仲裁机制，只要是处于总线空闲的状态，则系统内部任何单元都可以开始主动发送报文。如果存在两个节点或者两个以上CAN节点共同开始发送报文时，则很容易发生总线访问冲突等问题。面对这种情况，可以借助使用标识符诸位仲裁的方式，对产生的总线访问冲突等问题进行有效解决。CAN总线的仲裁机制，主要任务是为报文传输的完整性提供保障，通过CAN总线的仲裁机制，有效避免报文与时间出现损失。比如：当含有相同标识符的数据帧与远程帧同时开始报文发送时，数据帧比远程帧优先发送，从而避免冲突问题。在CAN总线仲裁期间内，每一个发送器都会对CAN总线实施监测，只有确保发送电平与接受电平相同时，该CAN节点才可以正常进行报文传输。

（四）CAN总线的技术优势

与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有更高的可靠性、灵活性以及实时性等特点，具体特性表现如下：第一，CAN总线具有非常高的性价比，由于自身简单的结构以及相关器件购置容易，所以CAN节点的价格也相对较低，同时CAN总线开放过程中也可以灵活的借助当前先进的单片机开发工具；第二，CAN总线是当前唯一一个具有国际标准的现场总线类型[1]；第三，CAN总线为多主方式工作，网络中的任意节点可以在任意时间进行信息的主动传输，且不需要站地址等节点信息；第四，CAN总线中网络节点信息一般会分为不同优先级，这样可以更好的满足不同的实时需求。

二、CAN总线在汽车性能检测线中的应用

（一）系统总体设计思路

CAN总线在汽车性能检测线系统中的应用，其结构主要由一个主控节点、三个工位节点以及一个登陆节点三个部分共同组成。其中主控阶段主要负责对汽车性能检测线系统中的数据进行管理，并按照一定的要求对数据进行存储、分析、整合以及相关检测结果报表的打印等一系列工作；登录节点的主要任务是对待检测车辆的基本参数进行录入，同时负责对汽车检测类型进行申报；三个工位节点的任务主要是对待检测汽车性能的基本参数进行集采，并通过对相关数据进行的初步处理，利用驱动显示屏向使用者显示相关提示信息。在实际的系统设计过程中，主控机与登录机可以使用PC机，工位机可以使用微控制器。

（二）CAN-PC机接口的电路设计

CAN-PC机接口的电路设计结构如图1所示[2]，整个结构主要由外围电路、CAN收发器、可编程逻辑芯片以及控制器等几个部分组成。其中CAN控制器主要是负责完成CAN总线的报文传输、报文滤波以及对CAN总线通信中可能出现的一系列问题进行处理；CAN收发器的主要作用是进一步提升CAN总线的整体驱动能力；可编辑逻辑芯片主要被用于产生CAN控制器和PC机接口所需要的控制信号；外围电路主要涉及到CAN总线控制器运行所需要用到的晶振电路以及复位电路等等。

（三）工位节点的设计

CAN总线在汽车性能检测线系统中的应用，其工位节点的设计工作主要涉及到到以下三个方面的内容：

第一，信号类型及处理。在实际的汽车性能检测线中，不同的检测信号种类往往需要经过不同的信号处理电路，才可以将其转换为数据信号，并最终发送到系统内部的微控制器中进行相应的处理工作。比如：汽车烟度计、灯光以及尾气分析，其检测仪器所输出的点评信号均为RS-232，这时需要利用电平转换电路，将上述的RS-232电平信号向着TTL电平信号进行转换；而速度信号的开关量信号则需要经过光电耦合电路，通过光电耦合电路调理之后再发送给微控制器；

第二，CAN接口电路设计。CAN接口电路设计主要是由CAN收发器、CAN控制器以及外围电路几个部分组成。为了进一步实现CAN控制器与CAN总线之间的电气隔离，可以在CAN控制器与CAN收发器两者之间增加两片高速光电耦合器；

第三，工位节点软件设计。工位节点的软件设计主要涉及到CAN发送程序设计、CAN接收程序设计以及CAN初始化程序设计几项内容。其中CAN初始化程序设计主要针对CAN控制器的模式寄存器、CAN总线定时寄存器以及时针分频寄存器等系统内部寄存器的数值来判断CAN控制器的工作模式[3]。

综上所述，随着电子技术的不断创新发展以及大规模集成电路的快速发展，网络控制芯片的性能以及体积都得到了明显的优化，为CAN总线技术在汽车性能检测线中的应用创造更加便利的条件。为了进一步保证CAN总线技术可以在汽车性能检测线的应用中发挥出最大作用，需要从CAN-PC机接口的电路设计和工位节点的设计两个方面进行综合考虑。只有切实认识到CAN总线技术的应用价值，才能有效的提高汽車性能检测效率。

参考文献：

[1]朱福成.汽车CAN总线系统故障诊断技术浅析[J].吉林化工学院学报，2018，35（01）：76-80.

[2]李静.基于CAN总线的新型汽车仪表系统的设计与实现[D].南京邮电大学，2017.

[3]杜华程，许同乐，黄湘俊，杨艳辉.基于CAN总线的智能传感器节点设计与应用[J].传感器与微系统，2015，34（02）：82-84.