汽车单片机及局域网技术.ppt

汽车单片机局域网的基本概念o网络技术在汽车中的应用一般比较高档的汽车都装有几十个微机 控制器和上百个传感器，这就为网络技术应 用到汽车上提供了条件！o随着电子技术的迅速发展和在汽车上的广泛 应用，汽车电子化程度越来越高，汽车上的 电控装置也越来越多，例如电子燃油喷射装 置、防抱死制动装置（ABS）、驱动防滑系 统（ASR）、电控自动变速器、安全气囊、 主动悬架、电动门窗等集成电路和单片机 在汽车上的广泛使用，大大增加了汽车上的 电子控制器的数量，使得线路越来越复杂o在追求汽车使用性和小型化的今天，粗大的 线束不但占用了汽车上宝贵的空间资源，而 且越来越难被安装在隐蔽位置这样将会导 致电控单元的端子数增加、线路日趋复杂、 故障率增多、汽车工作的可靠性下降、维修 困难等后果o为了提高信号的利用率，要求大批的数据信 息能在不同的电子单元中共享，汽车综合控 制系统中大量的控制信号也需要实时交换 传统的电器系统大多采用的点对点的单一通 信方式，已远不能满足这种需求针对上述 问题，在借鉴计算机网络和现场控制技术的 基础上，汽车网络技术应运而生o从1980年起，汽车内开始装用网络1983 年，丰田公司在世纪牌汽车上最早采用了应 用电缆的车门控制系统，实现了多个节点的 连接通信。

此系统采用了集中控制方法，车 身ECU对各个车门的门锁、电动玻璃窗进行 控制，这就是早期在汽车上所采用的光缆系 统o1986-1989年间，在车身系统上装有了利 用铜线的网络1987年，作为集中型控制 系统，日产公司的车门相关系统，GM公司 的车灯控制系统已处于批量生产的阶段分散控制集中控制完全集中控制系统分级控制系统分布集中控制系统例子：通用汽车例子：日产汽车例子：日本五十铃o分级控制系统TXD89C205 1主机组合开关RXD 89C2051 1号从机RXD 89C2051 2号从机RXD 89C2051 3号从机RXD 89C2051 4号从机o集中控制和分散控制存在的最大 问题是可靠性问题！o汽车网络发展上个世界80年代，德国的Bosch公司提出 了汽车车载局域网（LAN）的基本协议，该 协议即为控制器局域网（Controller Area Network)，简称为CAN目前控制系统局 域网中应用最广的标准就是CAN接着，美 国汽车工程师学会提出了J1850o在美国，通过采用SAEJ1850（由美国汽车 而在其他国家，特别是欧洲的厂家则采用 CAN，同时发表文章介绍大型CAN网络的车 型。

由于他们在控制系统上都采用CAN，从 而充分证明CAN在汽车网络应用中的优越性 o现在欧洲又以与CAN协议不同的思路提出了 控制系统的新协议TTP(Time Triggered Protocol),并在X-by-wire系统即线控操作 中开始应用为实现音响系统的数字化，建 立起将音频数据和信号系统综合在一起的 AV网络由于这种网络须将大容量的数据 连续输出，故这种网络上将采用光缆o今后，当对汽车引入智能交通系统（ITS） 时，由于要与车外交换数据，所以在信息系 统中将采用更大容量的网络，例如 DDB/Optical(Domestic Digital Bus/Optical),MOST(Media Oriented System Transport),IEEE1394等o汽车网络技术从二十世纪八十年代提出以来 ，迄今为止，已形成了多种网络标准目前 存在的多种汽车网络标准，其侧重的功能有 所不同o我国目前情况按照我国汽车电子技术发展规划，进入 21世纪后，轿车电子技术可达国外20世纪 90年代水平，届时也将会有大量智能电子控 制单元被采用为缩短同国外轿车技术水平 的差距，提高自身的竞争力，单纯靠技术引 进不利于长期发展，消化、吸收、研究和开 发自己的汽车网络应用系统已势在必行。

o网络技术在汽车应用上的优势网络技术在汽车上的应用，不仅可以大大 提高汽车的综合性能、提高行车质量、减轻 驾驶者的负担，而且还可以使驾驶者始终保 持与外界的紧密联系o 在行驶过程中，驾驶者可以充分利用全 球卫星定位系统实时接收汽车所处位置周围 的路况，然后由计算机根据车流的密度选择 出最佳的行车路线，并将行车路线的指令传 递给车辆的导航系统特别是当有人通过电 子邮件与驾驶者联系时，计算机会及时地提 醒驾驶者，而且还可以读出电子邮件上的内 容o当汽车发生故障或紧急情况时，计算机还会 通过网络通知有关的汽车服务人员，并通过 卫星定位系统帮助汽车服务人员查找到该车 具体的方位，以便及时地给予救助随着环 境保护、行驶中的路况监测、外部通信功能 等一系列要求的提高，汽车对计算机、对计 算机网络的依赖程度也越来越大 汽车网络系统重要概念o多路传输现代车汽电路系统已经走向数字化的时 代，在之前汽车的线路系统中，几乎是一条 电路负责一个讯号，例如：当我们按喇叭时 ，喇叭开关送一个负极讯号给喇叭继电器， 继电器本身已经有正极在那里等著作动，作 动之后再送一正极讯号给喇叭，而喇叭本身 已经搭铁，因此喇叭便能叭叭的响了。

o这是一个很简单的回路，但如果喇叭这一条 线路讯号又要负责起方向灯的作用，那根本 不可能，因为你按了喇叭之后，方向灯也跟 着亮了o话说回来，为何要有多路传输控制呢？首先 了解何谓多路控制，故名思意，一条线路负 责传输多种讯号o如果你认为多路传输系统是一座有许多许影 厅且只有一个出入口的剧场，这就对了无 论怎么去描述，实际上多路传输系统是多个 完成某一特定功能的电路或装置一般情况 下，可以认为多路传输是有线或无线地同时 传输许多东西，如数据信息等 汽车多路总线传输系统的研究与设计o汽车传统供电系统存在的问题 汽车传统供电系统如下图所示，是所谓 的并行结构，即一个用电器配一根电力线和 一个开关开关置于驾驶员旁，由驾驶员控 制开关通断，控制灯(或其他用电器)的工作 o这种结构的缺点是电力线与用电器数目成正 比用电器较多时，电力线的数量与长度都 成正比地增加o研究的目的设计多路总线传输系统是针对传统供电 方式不足而设计的新型供电系统它变传统 的并行供电方式为串行供电方式，见下图o多路总线传输技术的核心是采用串行总线 本系统采用主从式多机通讯方式，系统只有 一台主机，但从机可以有多台，每台从机都 有自己唯一的编号。

主机发送的信息可以传 送到各个指定的从机，即主机向1号从机发 送命令时，只有1号从机作出回答，其他从 机只接收不回答从机发送的信号只能为主 机所接收，即各从机之间不能直接通讯o它用一根动力线给L1、L2、L3、L4供电， 用S1、S2、S3、S4分别控制L1、L2、L3 、L4的工作其中，A、B1、B2都为微处 理器，A为主机，B1、B2为从机主机置 于驾驶员旁，驾驶员通过开关S5向主机发 布命令，每一个开关对应一个灯或用电器 计算机定时读取开关状态，并通过串行口向 从机B1发送命令，从机B1接收到命令后执 行开关控制任务o当需要增加用电器时(例如再增加4个灯)， 只要将原来的动力线延长至新增加的用电器 (L6、L7、L8、L9)旁即可，不必另行增加 动力线数量，信号线也不必增加，只要将原 来的信号线延长至从机B2旁即可，这将有 利于汽车电器的扩充 o模拟设计 鉴于在设计初期，主要目的是要证明该 系统的可行性，以及体现该系统的智能化功 能，所以在不改变汽车上现有电器设备和线 路的基础上，以最简单的灯光控制为例进行 设计用一根动线给4只灯供电；控制制动 灯、示宽灯各一只；控制左、右闪光灯各一 只，不用闪光器，直接用计算机模拟。

o设计原则 微机的选择微机是该系统的核心，其指标决定了整个系 统的性能另外，还要考虑到价格便宜，体 积小，功耗省经过分析选用了89C2051 作为多路总线传输系统的微机，此具有体积 小、用CMOS工艺制作、功耗小、供电电压 范围宽、价格便宜等特点o稳压电源稳压电源至关重要因为蓄电池与汽车 交流发电机、起动机、点火线圈并联，不仅 电压波动大，而且含有尖峰脉冲，对微机干 扰很大，必须精心设计滤波电路才能保证微 机正常工作本电路采用了电感、电容联合 滤波电路，用7805给89C2051提供稳定的 5 V电压o看门狗电路设计为了保证微机的正常工作，除软件上采 取措施外，硬件上必须要设计看门狗电路， 它能使跑飞的程序恢复正常工作o电流环技术的运用考虑到汽车工作时的电磁干扰以及信号 传递的可靠性，采用双绞线作为传输介质， 设计了串行接口的电流环输入/输出电路， 用电流代替电压传输信号在下一步研究中 ，将采用光纤传输，以提高传输通道的抗干 扰能力o试验结果在试验室对样机进行了测试，确实达到了用一 根动力线给4个用电器供电的目的闪光器用微机 模拟，工作正常为了考察系统的抗干扰能力，曾 把该系统装在东风牌140型汽车上，用蓄电池供电 ，在交流发电机、点火装置正常工作的情况下，考 察该系统能否正常工作，结果表明系统一切正常。

当然，在可靠性方面，还必须作进一步的试验，使 系统更完善o使用前景 汽车多路总线传输系统较传统的供电系统有 明显的优越性o 节省大量的有色金属原先要用多根动力 线控制的用电器，改用多路总线传输系统以 后，仅用一根动力线即可，动力线长度至少 节省50％以上o线束生产省时省工传统供电系统因为有多 根动力线，且每种车型电线长度不一样，其 制造安装相对复杂改用多路总线传输系统 以后，包括动力线和信号线只有3根线，极 大地简化了生产工艺，降低了成本，节省了 工时o扩展方便传统供电系统线束品种多，给组 织生产和仓库管理带来了不便改用多路总 线传输系统以后，线束只有长度的区别和控 制软件的差别，对硬件的生产带来了极大的 方便增加用电器不必增加动力线、重新设 计线束，只要把线束延长即可，即方便，又 经济 o降低了组合开关的成本，延长了寿命传统 供电系统通过组合开关的电流为用电器本身 的供电电流，可达几安培至几十安培，改用 多路总线传输系统以后仅有几毫安，是原有 电流的千分之一，这样，不仅延长了寿命， 还降低了成本 o增加了智能化功能可直接模拟闪光器、时 间继电器等硬件的工作 通过以上的分析可见，汽车多路总线传 输系统具有很大的经济效益和广泛的社会效 益，这将是以后汽车线束的必然发展趋势。

o车载多路传输系统的应用 随着汽车功能的增加，车载计算机和电 子模块大量增加，它们之间的信息交流也是 与日俱增（如下图1-48所示）o除了它们常见的运行功能外，多路连接的计 算机还要向网络中其他计算机传输它们所需 的信息因此这一交流功能(见下图1-49)就 需要计算机本身具备一个高速运转的微处理 器o信息传输的种类多路传输系统中信息传输的种类有以下三种 ：①定期的(总线上信息的规则传输)②叙事的(当系统中发生情况时，计算机立 即通知其他计算机)③对其他计算机请求的回复o所有的信息都要经过一个协议控制器来核查 ，然后通过一个交流接口转换成电压(逻辑 电平0或1)o信息总线这些信息被转换成电压后，就要被传输 到总线上总线的概念由来以久，每个计算 机都存在三种总线：数据总线、地址总线、 控制总线o电喷计算机系统中多路传输的应用 除了负责给发动机喷油和点火外，电喷 计算机还把它从传感器接收到的信息传输到 网络中供其他计算机使用(见下图1-50)电 喷计算机通过多路传输网络接收到分配控制 计算机所下的解除锁止的指令o电喷计算机同时还要向其他计算机通报发动 机运行状况的信息(见图1-51)它把有关的 信息都交与它们使用。

此外它还通过一条专 用线路与故障诊断工具对话o汽车网络参考模型就像盖房子要有图纸一样，网络也需要 一个标准或是模型来进行规划，这个模型就 是我们常说的OSI网络七层参考模型OSI 参考模型是一个详细定义了每一层网络功能 的概念性的框架结构，它并不是真实存在 简而言之，一个模型就是描述信息是如何在 网络之间。