CAN总线传感器手操器的设计

国机传感科技有限公司 何 方 张 娜 袁 峰 王松亭 韩 策 张 凯 金东义

本文针对汽车上常用的CAN总线传感器的调试工作，设计了一款手操器，实现对传感器芯片参数的配置、门限参数的配置，并模拟汽车电子控制单元ECU与传感器通讯，读取传感器的测量数据、状态数据。

本文设计的CAN总线传感器手操器采用TJA1042 CAN总线专用收发器，采用STM32单片机作为中央处理单元进行设计，具有功能齐全、使用方便、可靠性高等特点。

近些年，汽车产业得到快速发展，新能源汽车、无人驾驶汽车等新技术不断涌现，而传感器作为信息获取的关键部件，也获得了迅猛的发展，一台汽车上装配的传感器上百个，甚至几百个，安装位置也遍及汽车的各个部分，采用新材料、新技术，具有智能化、小型化、多功能的传感器将成为未来的汽车传感器的主流。

CAN（Controller Area Network）总线是由德国Bosch公司为汽车应用而开发的多主机局部网络，主要应用于汽车电子控制单元、传感器的设计之中，解决汽车上众多电子设备之间的通讯问题，减少电子设备之间复杂的信号线，CAN总线目前已经成为汽车电子设备中采用最多的总线。

CAN总线传感器被广泛应用在汽车的发动机、蓄电池、车身控制、空调系统等各个方面，对确保汽车的安全行驶、可靠运行起着越来越重要的作用，同时，也提升了汽车的方便性和舒适性。但CAN总线传感器在设计及使用过程中，需要对传感器内部的关键芯片进行配置，对传感器的实时测量数据进行读取。因此，设计一款功能齐全、使用方便的传感器手操器在应用上具有十分重要的意义。

1 主要功能

CAN总线传感器手操器是一款对CAN总线传感器进行配置、调试的仪器，既适合调试CAN总线传感器，同时也满足汽车车灯控制器、汽车车身控制系统、车门控制系统、车窗控制系统的调试等等；另一方面，CAN总线传感器手操器也能够能够作为CAN总线通讯的主节点，模拟汽车ECU，通过CAN总线的通讯方式，发送测控命令，接收传感器的测量数据，传送控制信号对外部设备进行控制。

CAN总线传感器手操器的功能主要包括以下几个方面：

通过按键操作，可以方便地切换手操器的工作模式。手操器有三种工作模式：参数设置、通讯测试、数据查询。

参数设置：在此模式下，调试人员通过操作手操器面板上的按键，输入欲设置的数据，可以实现对传感器内部寄存器的设置、门限参数的设置，计算参数的设置、动作判定参数的设置等功能。

通讯测试：在此模式下，调试人员通过操作手操器面板，实现与传感器的实时通讯功能，读取传感器的原始测量数据、各个测试通道的测量数据、计算获得的测量数据，并根据测量结果，对测量数据进行分析、处理。

数据查询：在此模式下，调试人员通过操作手操器面板，调取储存在传感器手操器内部记录的测试相关的一些统计数据及一些统计数据，为调试人员提供参考数据。

手操器具有电池电量指示、模式切换等功能。

2 设计方案

2.1 硬件设计

本文设计的CAN总线传感器手操器主要由单片机、CAN总线信号收发电路、电源电路、显示输出及时钟复位电路等部分组成。其组成如图1所示。

图1 CAN总线传感器手操器组成示意图

CAN总线设计是手操器设计的关键，本设计选用TJA1042专用芯片进行CAN总线设计。TJA1042是一个遵从ISO11898标准的高速CAN总线收发器，广泛应用于汽车及工业现场CAN总线仪器仪表的设计之中。采用TJA1042设计的CAN总线传感器手操器电路原理图如图2所示。

图2 CAN总线电路原理图

2.2 软件设计

CAN总线传感器手操器的软件流程图如图3所示。

图3 CAN总线传感器手操器软件流程图

2.3 按键设计

CAN总线传感器手操器的按键，包括启动按键、复位按键、设置按键、查询按键、测试按键、确认按键、切换按键、修改选择按键、数字输入按键。

各种按键的功能如下：

启动键：CAN总线传感器手操器在关机的状态下，按下启动键开启手操器电源，液晶显示器显示手操器初始画面，手操器进入工作状态。

CAN总线传感器手操器在开机的状态下，两次快速按下启动键则关闭手操器电源，手操器进入关机状态。

复位键：当CAN总线传感器手操器处于不同子菜单功能时，按下复位键，则返回上一级菜单，当手操器处于最上层菜单时，按下复位键，则不执行任何操作。

设置键：CAN总线传感器手操器处于任何功能的任何子菜单下时，按下设置键，则手操器进入参数设置的最上层的菜单。

查询键：CAN总线传感器手操器处于任何功能的任何子菜单下时，按下查询键，则手操器进入参数查询的最上层的菜单。

测试键：CAN总线传感器手操器处于任何功能的任何子菜单下时，按下测试键，则手操器进入测试命令发送的最上层的菜单。

确认键：当CAN总线传感器手操器液晶显示器上的光标处于某项功能时，按下确认键，手操器液晶显示器的画面切入到相应功能的子画面，手操器执行相应的功能。

切换键：在CAN总线传感器手操器的键盘上有上、下、左、右四个箭头的按键，这四个按键为功能切换按键，当按下上、下、左、右四个箭头的按键时，手操器的光标则分别向上、下、左、右四个方向移动，相应地光标所在位置的功能获得焦点，获得焦点的功能在按下确认键时，则执行相应的操作。

修改选择键：CAN总线传感器手操器键盘上的左箭头按键为修改选择键，当手操器处在修改配置参数功能时，通过手动输入传感器的配置值，当出现输入错误的情况时，可以按下键盘上的左箭头按键，使这一位的数字获得焦点，再次输入正确的数字，即可完成配置参数的修改。

数字输入键：数字输入键实现的功能主要是传感器配置参数的设置，通过数字键可以对传感器不同的参数值进行设置。

2.4 菜单设计

（1）参数设置菜单

在CAN总线传感器手操器的主画面下，按下设置键，手操器进入传感器参数设置主界面，

在传感器参数设置主界面中，包括4项菜单选择项，分别为：

Reg Param菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器内部寄存器参数的配置。

●Gate Param菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器门限参数的配置。

●Calculation Param菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器滤波计算等参数的配置。

●Statistics Param菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器动作判定统计参数的配置。

（2）传感器测试菜单

●Original Test菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器原始数据的测试。

●Channel Test菜单

主要功能是实现对各个检测通道进行测试。

●Monitoring Test菜单

主要功能是实现对CAN总线传感器与汽车ECU通讯的监听。

（3）数据查询菜单

●Real Data菜单

查询CAN总线传感器测试的实时数据。

●History Data菜单

查询CAN总线传感器测试的历史实时数据。

●Distribution Data菜单

查询CAN总线传感器测试数据的分布情况。

本文设计的CAN总线传感器手操器已在实际的调试工作中得到应用，实践表明，手操器功能齐全、可靠性好、调试效率高、使用方便。