CAN-bus汽車駕駛狀態(tài)測(cè)量節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。CAN最初被設(shè)計(jì)作為汽車環(huán)境中的控制總線，在車載各電子控制裝置（ECU）之間交換信息，形成汽車電子控制網(wǎng)絡(luò)。如在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN控制裝置［1］。CAN 總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，以其高性能、高可靠性和獨(dú)立的設(shè)計(jì)而被廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空工業(yè)、工業(yè)控制、安全防護(hù)等領(lǐng)域。
　　本文提出了一種以Philips LPC2119為控制器的汽車駕駛狀態(tài)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)， iCAN-bus協(xié)議的應(yīng)用使汽車駕駛狀態(tài)（方向盤、油門、剎車和ECU控制等信息）的采集、處理和信息管理更具實(shí)時(shí)性和高效性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸快速、準(zhǔn)確。
　　1 CAN總線系統(tǒng)組成模式
　　1.1 基于iCAN協(xié)議的CAN網(wǎng)絡(luò)
　　在本文的系統(tǒng)中，采用自主研發(fā)的iCAN協(xié)議作為本系統(tǒng)的應(yīng)用協(xié)議［2］。iCAN協(xié)議是基于CAN的內(nèi)部通信協(xié)議，該協(xié)議小巧、通信效率高，對(duì)硬件資源要求低，非常適合于小型系統(tǒng)的使用。系統(tǒng)中的設(shè)備統(tǒng)稱為iCAN節(jié)點(diǎn)。iCAN協(xié)議定義的通信方式是“面向節(jié)點(diǎn)，基于連接”的通信方式?！懊嫦蚬?jié)點(diǎn)”是指源節(jié)點(diǎn)地址及目的節(jié)點(diǎn)地址均已給定，即對(duì)于任何一個(gè)報(bào)文參與通信的雙方是確定的。如圖1所示。
　　
　　“基于連接”是指在網(wǎng)絡(luò)中任何一個(gè)參與通信的從站設(shè)備都必須和主站設(shè)備之間建立一個(gè)獨(dú)立的通信連接。這樣也為對(duì)任何一個(gè)設(shè)備的通信進(jìn)行監(jiān)控提供了可能。如圖2所示。
　　
　　1.2 設(shè)備的通信模式
　　iCAN協(xié)議定義了兩種通信方式：主從輪詢方式和事件觸發(fā)方式。主從輪詢方式又可分成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式和廣播方式;事件觸發(fā)方式又可分成定時(shí)循環(huán)方式和狀態(tài)觸發(fā)方式。如表1所示。
　　
　　1.3 實(shí)際的iCAN系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　在本文設(shè)計(jì)中，采用分布式處理的思想，每個(gè)從節(jié)點(diǎn)都能完成一些數(shù)據(jù)處理工作。例如，在加速度的數(shù)據(jù)采集中，相應(yīng)從站完成數(shù)據(jù)的采集、調(diào)理、有效數(shù)據(jù)的判斷等。這樣，減輕了主節(jié)點(diǎn)的工作量，減少了通信次數(shù)從而能進(jìn)一步提高通信質(zhì)量。
　　在通信模式上，采用主從輪詢和事件觸發(fā)相結(jié)合的方式。在有從節(jié)點(diǎn)采集到有效數(shù)據(jù)的時(shí)候才主動(dòng)向主節(jié)點(diǎn)報(bào)告，在通常情況下是沒有任何動(dòng)作的。之所以還需要主從輪詢模式是基于以下原因。從節(jié)點(diǎn)如果長(zhǎng)時(shí)間沒有向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，有兩種可能：第一，的確沒有數(shù)據(jù);第二，該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)損壞。在節(jié)點(diǎn)損壞的情況下，不會(huì)有任何數(shù)據(jù)發(fā)出，所以主節(jié)點(diǎn)必須定時(shí)查詢從節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，這個(gè)查詢周期可以設(shè)置得比較長(zhǎng)，視具體要求而定（典型值在幾百毫秒到幾秒）。對(duì)于損壞的從節(jié)點(diǎn)，主站會(huì)及時(shí)向用戶報(bào)警。
　　系統(tǒng)由上位計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)（包括嵌入式PC機(jī)和CAN接口卡）作為系統(tǒng)的主節(jié)點(diǎn)，汽車駕駛狀態(tài)智能測(cè)控節(jié)點(diǎn)等作為從節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型，通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線。主節(jié)點(diǎn)除了負(fù)責(zé)與從節(jié)點(diǎn)的基本通信外，還負(fù)責(zé)運(yùn)行汽車駕駛狀態(tài)（疲勞駕駛）智能控制程序，動(dòng)態(tài)顯示各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)和重要的現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)以及報(bào)警信息等，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)的控制參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行整定和修改。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。從節(jié)點(diǎn)對(duì)方向盤、油門、剎車和ECU控制等信息進(jìn)行采集并傳至主節(jié)點(diǎn)。對(duì)于不同的設(shè)備，其總線轉(zhuǎn)換接口原理相同，只是具體的轉(zhuǎn)換模塊不同。