汽车CAN网络蓝牙无线传输信号测量系统

2014-03-08 来源：elecfans

　　1 引言

　　随着汽车电子的发展，汽车内电子产品越来越多，汽车发动机、底盘和车身等电控系统中的电控单元数量不断增加，同时它们之间的通信也越来越重要。在汽车内利用网络技术，可大大提高系统之间信息传递的可靠性，同时可大大减少汽车线束的数量，降低汽车电气系统的成本。近年来，CAN系统在汽车内的应用越来越广泛。CAN(ControllerAreaNetwork)是控制局域网的简称，最早由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件的数据通信。由于其高性能、高可靠性、实时性好和独特的设计，已广泛的应用于控制系统的各检测和执行机构之间的数据通信。CAN总线符合ISO11898标准，最大传输速率可达1Mbps,最大传输距离为10km,传输介质可为双绞线。本文提出并实现了一种利用单片机组成CAN系统，利用蓝牙无线传输技术对汽车运行数据进行采集与处理的方法。

　　在汽车运行过程中，车载射频装置如汽车立体声系统、GPS导航设备、卫星数字音频无线电业务(SDARS)装置、GSM无线电收发器以及其它电器设备均可能造成干扰或受到干扰，这些射频干扰信号会对汽车无线系统的数据流造成不良影响。如果应用传统的无线数据传输技术，传输的数据的速率和准确率都不能很高，从而不能实现快速、准确地进行数据的传输，而把蓝牙无线传输技术用在汽车上可以很好地解决这个问题。

　　本文所用蓝牙模块采用英国CSR公司的BC417芯片，并与SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A构成了模块。

图1　蓝牙模块原理图

　　此模块的主要特点如下：

　　1)采用CSR主流蓝牙芯片，符合蓝牙V210标准。

　　2)串口模块上底板带有RS232接口和TTL接口，任选一种接口使用，使用313～5V电源。串口对用户而言是透明的。

　　3)蓝牙芯片采用向前纠错编码，通信效率高，自动跳频，抗干扰能力强。

　　4)波特率为1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600,1382400,可在程序中根据实际需要设置。

　　5)休眠电流：小于1MA,工作电流：40MA。

　　2　系统硬件结构原理图

　　本文利用MICROCHIP公司的内嵌CAN控制器的18F4580芯片与CAN收发器芯片MCP2515构成CAN网络系统，并用18F4580芯片自带的10位AD传感器实现了对汽车发动机节气门位置信号的测量，同时利用智能数字传感器DS18B20对发动机的水温信号进行测量。利用蓝牙模块把测量的信号无线传给上位机，利用VC++编写数据接收与处理的程序实现数据的实时显示与存储，并可显示数据值随时间的变化关系曲线图，测量结果直观。系统的硬件原理图如图2所示。

图2　测量系统原理图

　　发动机节气门位置信号与水温信号的测量#e#3　发动机节气门位置信号与水温信号的测量

　　3.1　节气门信号信号的测量

　　这里测量的汽车发动机上节气门位置传感器为一可调电阻型，节气门位置输出信号为0～5V的电压信号，根据节气门的实际开度与输出电压的关系，对测量的电压信号进行标定，根据实测的电压信号即可换算成节气门的开度。所以这里用PIC18F4580单片机内嵌的10位AD转换电路完成对节气门位置传感器输出电压的测量，为提高测量精度，对单片机AD的5V基准电压进行了与系统电源隔离稳压处理。

　　本系统利用Microchip公司的MPLAB开发环境嵌入PICC18C程序编译器，用C程序编写了数据采集与CAN数据的收发程序，其中AD转换子程序用汇编语言编写，程序兼顾了C程序的模块化和可维护性好的优点，同时具有了汇编语言高效率的优点。

　　信号通过CAN控制器用扩展帧格式发送到CAN网络上。其中数据采集与CAN数据的发送子程序如下：

　　InitSPI();//SPI接口初始化

　　Init_MCP2515();//MCP2515初始化

　　……

　　TRISA=0B00000001;//AN0>>>>DCinputDC通道上输入，打开RA0

　　ADCON0=0B00000001;//AN0通道，允许ADC工作，

　　ADCON1=0B00001110;//除RA0为模拟输入口外，其他RA口跟RE口均为普通数字口

　　ADCON2=0B10100001;//转换结果右对齐，8TAD,1/8FOSC。

　　#asm

　　ADCON0EQU0FC2H

　　GOEQU001H

　　bsfADCON0,GO//开始转换

　　ADWAIT:

　　btfscADCON0,GO

　　gotoADWAIT//等待转换完成

　　#endasm

　　write_MCP2515(TXB0CTRL,0x03);//设置为发送最高优先级

　　write_MCP2515(TXB0SIDH,0xFF);//EID28--21

　　write_MCP2515(TXB0SIDL,0xEB);//EID20--EID18,扩展帧使能，EID17--EID16

　　write_MCP2515(TXB0EID8,0xFF);//EID15--EID8

　　write_MCP2515(TXB0EID0,0xFF);//EID7--EID0

　　write_MCP2515(TXB0DLC,0x02);//发送数据长度为8字节

　　write_MCP2515(TXB0D0,ADRESH);//发送的数据

　　write_MCP2515(TXB0D1,ADRESL);

　　……

　　send_TXB0();//请求发送

　　while((read_MCP2515(TXB0CTRL)&0x08)==0x08);//等待

　　发送完毕

　　……

　　3.2　水温信号的测量

　　本文中的水温信号利用DALLAS公司的DS18B20智能数字传感器测量。DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±015℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。DS1820采集温度信号完成后，通过PIC18F4580芯片接收数据，并通过内嵌CAN控制器把数据以8位二制数的格式用标准帧格式发送到CAN总线上。

　　4　CAN网络的传输系统

　　采集到的信号通过PIC18F4580内嵌的CAN控制器发出。这里选用MICROCHIP公司出品的MCP2551CAN收发器完成网络信号的传递，在CAN网络终端加入阻值为120欧的终端电阻。CAN网络接收端的收发器接收到的信号后传递给另一片PIC18F4580芯片，通过基内部的CAN控制器取出网络信号，如果接收到扩展帧，则接收到的数据为节气门的位置信号;接收到标准帧，则接收到的数据为水温信号。对信号处理后以数据包的方式通过基自身的UART口发给MAX232芯片，把TTL信号电平转换成232电平。节气门部分的CAN通讯板硬件原理图如图3所示。

图3　节气门位置信号测量CAN通信板原理图

　　5　蓝牙无线传输系统

　　MAX232芯片把转换后的信号传给由CSR公司的BC417构成的蓝牙主(发射)模块。BC417蓝牙模块可以设定数据传输速率，在保证发射信号的质量的情况下，可以尽量采用高速率的传输。本文中的传输速率为38400bps。另一块BC417蓝牙芯片构成的从(接收)模块在接收到数据信号后，通过MAX232芯片转换电平传给上位机微机的串口。

　　6　上位机信号接收处理系统

　　上位机微机的串口接到信号后，用VC++开发工具编写了面向对象的程序对数据包进行处理。为了直观的显示数据的数值和其随时间的变化关系，本程序可显示实际节气门位置信号与水温的数值，另可显示节气门位置信号的变化曲线。上位机程序的界面如图4所示。

　　本文利用的是SerialPort类来实现此功能，这种方法对使用者来说只要关心设定相关的通讯参数，而不用关心封装的实现方法，程序的模块化和维护性好[5]。在使用中采用串口事件响应方式工作。为了更直观的显示出数据随时间变化的曲线，编写了一个利用封装的BUTTON类控件实现的显示界面。此控件可方便地实现对数据的坐标、背景、数据的单位与数据的更新速度等属性进行设定，显示效果良好。