四 川 师 范 大 学 成 都 学 院 本 科 毕 业 设 计1汽 车 智 能 车 灯 及 雨 刮 系 统 设 计前 言 汽 车 工 业 是 国 民 经 济 发 展 的 支 柱 产 业 之 一 ， 现 代 汽 车 正 从 一 种 单 纯 的 交 通 工 具 朝 着满 足 人 们 需 求 、 安 全 、 节 能 和 环 保 的 方 向 发 展 。 为 了 满 足 人 们 对 汽 车 日 益 提 高 的 要 求 ，汽 车 研 发 及 生 产 机 构 必 然 要 将 越 来 越 多 的 电 子 产 品 引 入 到 汽 车 上 ， 智 能 控 制 系 统 也 成 为汽 车 革 新 的 主 要 内 容 。随 着 现 代 汽 车 的 迅 猛 发 展 和 电 子 技 术 的 日 新 月 异 ， 汽 车 电 子 设 备 不 断 增 多 ， 从 发 动机 控 制 到 传 动 系 统 控 制 ， 从 行 驶 、 制 动 、 转 向 系 统 控 制 到 安 全 保 证 系 统 及 仪 表 报 警 系 统 ，从 电 源 管 理 到 为 提 高 舒 适 性 而 作 的 各 种 努 力 ， 使 汽 车 综 合 控 制 系 统 越 来 越 复 杂 。 目 前 以微 控 制 器 为 代 表 的 汽 车 电 子 在 整 车 电 子 系 统 中 应 用 广 泛 ， 汽 车 控 制 正 由 机 电 控 制 系 统 转向 以 分 布 式 网 络 为 基 础 的 智 能 化 系 统 。 CAN总 线 是 一 种 支 持 分 布 式 和 实 时 控 制 的 串 行 通信 网 络 ， 以 其 高 性 能 和 高 可 靠 性 在 自 动 控 制 领 域 广 泛 应 用 。 本 设 计 主 要 针 对 基 于 CAN总线 的 汽 车 电 子 系 统 的 设 计 ， 包 括 汽 车 车 灯 和 汽 车 车 窗 和 汽 车 雨 刮 等 控 制 系 统 的 总 体 设 计思 想 、 方 法 和 硬 件 设 计 ， 介 绍 如 何 实 现 用 CAN总 线 完 成 汽 车 控 制 系 统 的 控 制 。1 CAN总 线1.1 CAN简 介CAN(ControllerAreaNewtork)即 控 制 器 局 域 网 ， 是 一 种 先 进 的 串 行 通 信 协 议 ， 属 于现 场 总 线 范 围 。 CAN总 线 是 最 初 由 德 国 Bosch公 司 在 80年 代 初 期 ， 为 了 解 决 现 代 汽 车 中 众多 的 控 制 与 测 试 一 起 之 间 的 数 据 交 换 而 开 发 的 一 种 串 行 数 据 通 信 协 议 ， 目 的 是 通 过 较 少的 信 号 线 将 汽 车 上 的 各 种 电 子 设 备 通 过 网 络 连 接 起 来 ， 并 提 高 数 据 在 网 络 中 传 输 的 可 靠性 ， CAN总 线 具 有 较 强 纠 错 能 力 ， 支 持 差 分 收 发 ， 因 而 适 合 高 噪 声 环 境 ， 并 具 有 较 远 的传 输 距 离 ， 特 别 适 合 于 中 小 型 分 布 式 测 控 系 统 ， 目 前 己 在 工 业 自 动 化 、 建 筑 物 环 境 控 制 、机 床 、 医 疗 设 备 等 领 域 得 到 广 泛 应 用 。 CAN总 线 具 有 以 下 几 个 重 要 特 点 ：1)结 构 简 单 ， 只 有 两 根 线 与 外 部 相 连 ， 且 内 部 含 有 错 误 探 测 和 管 理 模 块 。2)通 信 方 式 灵 活 。 可 以 多 种 方 式 工 作 ， 网 络 上 任 意 一 个 节 点 均 可 在 任 意 时 刻 主动 的 向 网 络 上 的 其 他 节 点 发 送 信 息 ， 而 不 分 主 从 。3)可 以 点 对 点 、 点 对 多 点 及 全 局 广 播 方 式 发 送 和 接 受 数 据 。4)网 络 上 的 节 点 信 息 可 分 成 不 同 的 优 先 级 ， 可 以 满 足 不 同 的 实 时 要 求 。5)CAN通 讯 格 式 采 用 短 帧 格 式 ， 每 帧 字 节 数 最 多 为 8个 ， 可 满 足 通 常 工 业 领 域 中控 制 命 令 、 工 作 状 态 和 测 试 数 据 的 一 般 要 求 。 同 时 ， 8个 字 节 也 不 会 占 用 总 线 时 间 过 长 ，四 川 师 范 大 学 成 都 学 院 本 科 毕 业 设 计2从 而 保 证 了 通 讯 的 实 时 性 。6)采 用 非 破 坏 性 总 线 仲 裁 技 术 。 当 两 个 节 点 同 时 向 总 线 上 发 送 数 据 时 ， 优 先 级低 的 节 点 主 动 停 止 数 据 发 送 ， 而 优 先 级 高 的 节 点 可 以 不 受 影 响 继 续 传 输 数 据 ， 这 大 大 地节 省 了 总 线 仲 裁 冲 突 时 间 ， 在 网 络 负 载 很 重 的 情 况 下 也 不 会 出 现 网 络 瘫 痪 。7)直 接 通 讯 距 离 最 大 可 达 1k0m(速 率 在 5kb S以 下 )， 最 高 通 讯 速 率 可 达 1Mbs(此 时 距 离 最 长 为 40m)。 节 点 数 可 达 110个 ， 通 信 介 质 可 以 是 双 绞 线 、 同 轴 电 缆 或 光 导纤 维 。 8)CAN总 线 通 讯 接 口 中 集 成 了 CAN协 议 的 物 理 层 和 数 据 链 路 层 功 能 ， 可 完 成 对 通信 数 据 的 成 帧 处 理 ， 包 括 位 填 充 、 数 据 块 编 码 、 循 环 冗 余 检 验 、 优 先 级 判 别 等 项 工 作 。9)CAN总 线 采 用 CRC检 验 并 可 提 供 相 应 的 错 误 处 理 功 能 ， 保 证 了 数 据 通 信 的 可 靠性 。1.2 CAN总 线 协 议 的 报 文 帧 结 构 形 式在 报 文 传 输 时 ， 不 同 的 帧 具 有 不 同 的 传 输 结 构 ， 下 面 将 分 别 介 绍 四 种 传 输 帧 的 结构 ， 只 有 严 格 按 照 该 结 构 进 行 帧 的 传 输 ， 才 能 被 节 点 正 确 接 收 和 发 送 。(1)数 据 帧 由 七 种 不 同 的 位 域 (Bit Field)组 成 ： 帧 起 始 (Start of )、 仲 裁 域(Arbitration Field)、 控 制 域 (Control Field)、 数 据 域 (DataField)、 CRC 域 (CRCField)、 应 答 域 (ACK Field)和 帧 结 尾 (End of )。 数 据 域 的 长 度 可 以 为 0 8个 字 节 。1)帧 起 始 (SOF)： 帧 起 始 (SOF)标 志 着 数 据 帧 和 远 程 帧 的 起 始 ， 仅 由 一 个 “ 显 性 ”位 组 成 。 在 CAN的 同 步 规 则 中 ， 当 总 线 空 闲 时 (处 于 隐 性 状 态 )， 才 允 许 站 点 开 始 发 送 (信号 )。 所 有 的 站 点 必 须 同 步 于 首 先 开 始 发 送 报 文 的 站 点 的 帧 起 始 前 沿 (该 方 式 称 为 “ 硬 同步 ” )。2)仲 裁 域 ： 仲 裁 域 由 标 识 符 和 RTR 位 组 成 ， 标 准 帧 格 式 与 扩 展 帧 格 式 的 仲 裁 域 格式 不 同 。 标 准 格 式 里 ， 仲 裁 域 由 1l 位 标 识 符 和 RTR 位 组 成 。 标 识 符 位 有 ID28 IDl8。扩 展 帧 格 式 里 ， 仲 裁 域 包 括 29位 标 识 符 、 SRR位 、 IDE(IdentifierExtension， 标 志 符扩 展 )位 、 RTR位 。 其 标 识 符 有 ID28 IDO。 为 了 区 别 标 准 帧 格 式 和 扩 展 帧 格 式 ， CANl 01 2 版 本 协 议 的 保 留 位 r1 现 表 示 为 IDE 位 。 IDE位 为 显 性 ， 表 示 数 据 帧 为 标 准 格 式 ；IDE 位 为 隐 性 ， 表 示 数 据 帧 为 扩 展 帧 格 式 。 在 扩 展 帧 中 ， 替 代 远 程 请 求 (SubstituteRemote Request， SRR)位 为 隐 性 。 仲 裁 域 传 输 顺 序 为 从 最 高 位 到 最 低 位 ， 其 中 最 高 7位不 能 全 为 零 。 RTR的 全 称 为 “ 远 程 发 送 请 求 (Remote TransmissionRequest)” 。 RTR位 在数 据 帧 里 必 须 为 “ 显 性 ” ， 而 在 远 程 帧 里 必 须 为 “ 隐 性 ” 。 它 是 区 别 数 据 帧 和 远 程 帧 的 标志 。 3)控 制 域 ： 控 制 域 由 6位 组 成 ， 包 括 2 个 保 留 位 (r0、 r1同 于 CAN总 线 协 议 扩 展 )四 川 师 范 大 学 成 都 学 院 本 科 毕 业 设 计3及 4位 数 据 长 度 码 ， 允 许 的 数 据 长 度 值 为 0 8字 节 。4)数 据 域 ： 发 送 缓 冲 区 中 的 数 据 按 照 长 度 代 码 指 示 长 度 发 送 。 对 于 接 收 的 数 据 ，同 样 如 此 。 它 可 为 0 8字 节 ， 每 个 字 节 包 含 8位 ， 首 先 发 送 的 是 MSB(最 高 位 )。5)CRC校 验 码 域 ： 它 由 CRC域 (15位 )及 CRC边 界 符 (一 个 隐 性 位 )组 成 。 CRC计 算 中 ，被 除 的 多 项 式 包 括 帧 的 起 始 域 、 仲 裁 域 、 控 制 域 、 数 据 域 及 15 位 为 0 的 解 除 填 充 的 位流 给 定 。 此 多 项 式 被 下 列 多 项 式 X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1除 (系 数 按 模 2计 算 )， 相除 的 余 数 即 为 发 至 总 线 的 CRC序 列 。 发 送 时 ， CRC序 列 的 最 高 有 效 位 被 首 先 发 送 接 收 。之 所 以 选 用 这 种 帧 校 验 方 式 ， 是 由 于 这 种 CRC校 验 码 对 于 少 于 127位 的 帧 是 最 佳 的 。6)应 答 域 ： 应 答 域 由 发 送 方 发 出 的 两 个 (应 答 间 隙 及 应 答 界 定 )隐 性 位 组 成 ， 所 有接 收 到 正 确 的 CRC序 列 的 节 点 将 在 发 送 节 点 的 应 答 间 隙 上 将 发 送 的 这 一 隐 性 位 改 写 为 显性 位 。 因 此 ， 发 送 节 点 将 一 直 监 视 总 线 信 号 已 确 认 网 络 中 至 少 一 个 节 点 正 确 地 接 收 到 所发 信 息 。 应 答 界 定 符 是 应 答 域 中 第 二 个 隐 性 位 ， 由 此 可 见 ， 应 答 间 隙 两 边 有 两 个 隐 性 位 ：CRC域 和 应 答 界 定 位 。7)帧 结 束 域 ： 每 一 个 数 据 帧 或 远 程 帧 均 由 一 串 七 个 隐 性 位 的 帧 结 束 域 结 尾 。 这 样 ，接 收 节 点 可 以 正 确 检 测 到 一 个 帧 的 传 输 结 束 。2 CAN 总 线 在 奥 迪 A6汽 车 车 灯 上 的 应 用简 介 ：灯 光 控 制 系 统 是 保 证 汽 车 安 全 行 驶 的 一 个 重 要 系 统 。 传 统 的 灯 光 控 制 系 统 多 采 用 继电 器 和 独 立 模 式 控 制 ， 这 使 得 车 内 线 束 过 多 且 布 线 复 杂 ， 会 引 起 严 重 的 电 磁 干 扰 ， 使 系统 的 可 靠 性