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1.汽车数据传输总线简介
所谓数据传输总线，就是在一条数据线上传递的信号可以被多少系统共享，从而最大限度地提高系统整体效率，充分利用有限的资源。通过不同的编码信号来表示不同的开关动作，信号解码后，根据指令接通或断开对应的用电设备。这样，就能将过去一线一用的专线制改为一线多用制，大大减少了汽车上电线的数目，缩小了线束的直径。同时，加速了汽车智能化的发展。
由于现代汽车的技术水平大幅提高，要求能对更多的汽车运行参数进行控制，因而汽车控制器的数量在不断的上升，从开始的几个发展到几十个以至于上百个控制单元。控制单元数量的增加，使得它们互相之间的信息交换也越来越密集。为此德国BOSCH公司（和inter公司共同）开发了一种设计先进的解决方案－CAN数据总线，提供一种特殊的局域网来为汽车的控制器之间进行数据交换。
CAN是Controller Area Network的缩写，称为控制单元的局域网，它是车用控制单元传输信息的一种传送形式。
2.CAN总线硬件系统组成和传输原理
2.1车载CAN总线系统的基本组成
CAN总线传输系统中主要由CAN控制器、CAN收发器、传输介质、数据传递终端电阻等组成。SJA1000和 PCA2C250组成的CAN控制器和CAN收发器是CAN总线中的典型组合通讯模块。
2.1.1CAN控制器
CAN控制器时一块可编程芯片上通过逻辑电路的组合实现这些功能的组合实现这些功能的,对外提供了与微处理器物理连接的线路接口。通过对它的编程,CPU可以设置它的工作方式,控制它的工作状态,进行数据的发送和接收。CAN控制器可以是独立的芯片,也可以是和微处理器封装在一起的。它的作用是接收电控单元中微处理器发出的数据,对这些数据进行处理,并传送给CAN收发器。CAN控制器也接收CAN收发器的数据,在处理后传给微处理器。
2.1.2CAN收发器
它是一个发送器和接收器的组合,将CAN控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去,同时,它也接收从总线来的数据,并传送到CAN控制器。
2.1.3终端电阻
在CAN总线的两端连接有两个终端电阻,用来防止数据在终端被反射并以回声的形式返回,数据在终端的反射会影响数据的传输。
2.1.4光电隔离
一般,为了进一步提高系统的抗干扰能力,在CAN 控制器SJA1000和收发器PCA82C250之间增加了由高速隔离器件6N137构成的隔离电路。
2.2车载CAN总线传输原理
2.2.1CAN总线参考型介绍
CAN网络结构主要包括两大部分:一是通信部分,二是网络管理部分。通信部分相当于OSI模型的物理层、数据链路层、传输层和应用层。网络管理部分的功能是为获得操作的安全性和可靠性,它是各种功能和实体的合集,能对网络配置进行检测,对实效进行校正,并支持网络诊断功能等。CAN数据链路层包括逻辑链路控制子层和媒体访问控制子层。CAN总线的物理层是将ECU连接至总线的电路实现。ECU总线将受限于总线上的电器负载。
2.2.2CAN总线的传输过程
CAN总线所传输的信息帧有数据帧、远程帧、错误帧和超载帧四种类型。
每条数据的传递包括五个过程:提供数据、发送数据、接收数据、检查数据、接收数据。
汽车发动机电控单元ECU向ECU的CAN收发器发送数据,该CAN收发器接收到数据后,转换信号并发给本ECU的控制器。CAN数据传输系统的其他ECU收发器均接收到此数据,检验判断是否需要接收的数据,是的话接收,不是的话忽略。
2.2.3CAN总线的差动传递技术
CAN总线的差动传递技术的原理是:在CAN总线收发器内有一个接收器,该接收器安装在接收器一侧的差动信号放大器内。收发器内的CAN-H线和CAN-L线上的信号转换通过差动信号放大器来实现的,这个转换后的信号称为差动信号放大器的输出电压。CAN-H信号和CAN-L信号经过差动放大器处理后,差动信号放大器再将转换后的信号传至电控单元的CAN接收区。
3.汽车CAN总线通讯技术分析
3.1 CAN总线协议分析
自20世纪%年代初，Bosch CAN规范2.0版被提交作为国际标准以来，经过多次争论，在1993年11月公布了CAN的ISO 11898标准，另外CAN数据传送中的错误处理方式也在ISO 11519-2中标准化，其中规定了CAN技术规范包括A和B两部分，2.0A给出了CAN报文标准格式，包含11为CAN标识符，2.0B给出了标准和扩展两种格式，扩展格式包含29位CAN标识符。
3.2汽车CAN通讯电路分析
由于控制器内部己经集成了CAN控制器 , 所以只要通过CAN收发器就能够方便的接入CAN总线网络。本文采用了infineon公司生产的TLE6250作为总线收发器 , 完成CAN控制器与CAN总线之间的接口任务。同时采用高速光耦6N137来实现收发器与控制器之间的电气隔离 , 保护控制电路。选择的高速光耦最高速率为1Mbps, 可以满足CAN总线的速率要求 , 并且在电路中采用了相应的隔离电源供电。CAN节点硬件连接如图1所示。
CAN总线收发器TLE6250对总线提供差动的发送能力以及对CAN控制器提供差动的接收能力 , 能够工作在强电磁干扰环境下完成数据传送 , 可以应用于汽车和工业应用中。TLE6250能接收来自5V或3.3V微控制器的数据（通过5脚选择）, 适用于12V和24V电源供电场合。它有三种工作模式:正常工作模式、等待模式和只接收工作模式。
当INH脚为低 ,RM脚为高时, 收发器工作在正常工作模式 , 此时可以接收和发送总线上的数据。而当把INH脚抬高时 , 收发器工作在等待模式中,CAN总线上的数据不能被接收或发送 , 这种模式在电池供电的应用 , 要求系统功耗很低的时候非常有用。当INH脚和RM脚都为低时, 芯片工作在只接收模式 ,此时收发器不能在总线上发送数据 , 这种模式可以应用在总线诊断情况下 , 并且能够防止节点不停的发送错误帧将总线关闭。
收发器与CAN总线的接口部分采取了一定的安全和抗干扰措施。TLE6250的CANH和CANL引脚各自通过一个5G的电阻与CAN总线相连 , 电阻可以起到一定的限流作用 , 从而保护TLE6250免收过流冲击。在CANH和CANL与地之间各自接了一个100pF的电容 , 可以滤除总线上的高频干扰和提高防电磁辐射的能力。另外在两根CAN总线接入端与地之间分别接有一个防雷击管, 可以防止两输入端与地之间的瞬变千扰。
参考文献
[1]范辉, 王大志, 朱建光. 基于DSP的电动汽车CAN总线通讯
[2]技术设计[J]. 成组技术与生产现代化, 2004, 21(1):5-7.
论文作者:王海鹏
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/24
标签：总线论文; 数据论文; 控制器论文; 收发器论文; 信号论文; 线上论文; 模式论文; 《中国西部科技》2019年第8期论文;