毕业设计(论文)-基于can总线汽车车窗控制器设计.doc
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1、编号: 毕业设计说明书课 题:基于CAN总线的汽车车窗控制器设计学 院: 信息与通信学院 专 业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 姓 名: 职 称: 教授 题目类型:理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2016 年 6 月 10 日第 1 页 共 2 页桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸摘 要 随着电子技术的发展,汽车电子技术领域的应用也越来越多。汽车技术的发展越来越多的体现在汽车电子领域,现代的汽车电子技术已经走向了整车集成电子化、智能化、模块化的广阔道路。汽车总线技术的发展,是车载电子领域的一个主要体现。目前有多种常用的汽车总线技术。本次课题对其中用的比较多的
2、CAN总线技术进行研究。CAN是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率和电磁干扰的高阻力,并产生出可以检测到任何错误。目前,在国外一些国家的CAN总线控制技术已经被广泛应用于汽车行业。 CAN其独特的优势,已经取代了传统的路由控制。本课题主要遵循CAN2.0B协议的汽车车窗CAN网络通信控制系统,其中着重讨论了以微控制器STM32、CAN通信收发器TJA1050等为核心器件来设计并制作PCB实验板,以电机的正反转来模拟汽车车窗的升降,完成硬件设计。同时以Keil公司设计、研发的uVision4 IDE为开发工具,采用C语言编写控制程序的软件设计,对程序进行调试、编译后,利用专
3、用的单片机烧写软件,将程序写入PCB实验板中,完成本实验的网络控制模拟研究。本次课题将设计主控节点与四个从节点,通过主节点通过CAN总线各个节点对其进行控制。关键词:汽车电子;CAN总线;车窗控制第 2 页 共 2 页桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸Abstract With the development of electronic technology, automotive electronic technology application areas is also increasing. Development of automobile technology more an
4、d more reflected in the field of automotive electronics, Hyundais automotive electronics technology has been integrated to the vehicle electronics, intelligent, modular broad road. Development of automotive bus technology, is a mainly automotive electronics field. There are a variety of commonly use
5、d automotive bus technology. The issue of where the relatively large number of CAN bus technology used in the study. CAN is a multi-master mode serial communication bus, the basic design specification requires a high bit rate and high resistance to electromagnetic interference, and produce can detec
6、t any errors. At present, some foreign countries CAN bus control technology has been widely used in the automotive industry. CAN its unique advantages, has replaced the traditional routing control. This topic mainly follow CAN2.0B car windows CAN protocol network traffic control system, which focuse
7、s on the micro controller STM32, CAN communication transceiver TJA1050 like experimental design and production of PCB board as the core device in order to reverse the motor turn to simulate the car window lift, complete the hardware design. While Keil designed, developed uVision4 IDE development too
8、ls, using C language control program software design, debug the program, compiled, using a dedicated microcontroller programming software, the program is written PCB breadboard, complete simulation of the experiment network control. This topic will be designed from the master node and four node, thr
9、ough the master node through the CAN bus to control each node.Key words:Automotive electronics; CAN bus; Window control第 1 页 共 2 页桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸目 录引言11 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外研究现状及发展21.2.1汽车电子的发展现状21.2.2汽车电子发展的趋势21.3 车窗控制发展的趋势31.4 本课题研究的内容31.4.1 研究重点31.4.2 研究难点32 系统设计:42.1 CAN总线技术42.1.1CAN协议42.1
10、.2电气参数及信号表示52.2 系统方案选择52.2.1CAN控制收发模块方案52.2.2直流电源电路方案选择62.2.3电机驱动模块的选择62.2.4键盘操作电路选择62.3 系统总体实施方案73 系统硬件设计73.1 元器件介绍73.1.1 STM32F103单片机73.1.2 CAN收发芯片TJA105083.1.3 L298N电机驱动芯片83.2 电路设计:93.2.1 STM32最小系统电路设计93.2.2 直流稳压电源电路设计103.2.3 CAN收发器TJA1050电路113.2.4 电机驱动部分L298N电路113.2.5 键盘输入电路123.2.6 LED显示电路134 系统
11、软件设计:144.1系统设计主流程图144.2 CAN模块程序软件设计154.3 LED指示软件设计165 系统调试过程175.1 硬件调试175.1.1CAN节点调试175.1.2 电机控制模块调试185.2 软件调试18第 2 页 共 2 页桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸5.2.1 CAN节点通信调试185.3 调试结果分析196 总结19谢 辞21附 录23附录一 系统硬件实物图23附录二 系统各模块电路图及PCB23附录三 系统部分程序26桂林电子科技大学毕业设计(论文)报告用纸第 31 页 共 31 页引言科技不断发展汽车电子技术已经越发成熟,越来越多的应用到了汽车应用当中
12、,为人们的生活生产提供了更多的便利。21世纪以来,越来越多的汽车零部件的电子控制单元(ECU)控制,如电子燃油喷射装置,防抱死刹车系统,安全气囊装置等。用集成电路和微控制器广泛应用于汽车,汽车的ECU的数量也随之增加。因此,利用传统的布线方式,即电线和开关连接的一端和与电气设备连接的另一端,接线将导致在汽车的数量急剧增加,其质量将占约4的汽车总质量。此外,增加了电路的复杂性就会降低车辆的可靠性。为此,一种新的概念车用控制器局域网络CAN(Controller Area Network)应运而生。先进的技术是在CAN总线上的最大动力汽车应用的,也是最主要的原因为汽车制造商竞争的CAN总线应用。在
13、现代汽车的设计中,CAN已经成为一个设备必须使用,奔驰,宝马,大众,沃尔沃,雷诺等汽车作为CAN控制器联网的手段。据相关报道,中国的第一款混合动力汽车CAN网络的奇瑞汽车已经组装成功并运行。上海大众帕萨特,汽车就POLO引CAN总线技术。CAN总线控制技术是提高汽车的性能的好方法。但总的来说,在中国汽车行业总目前CAN总线技术的应用还处于试验和起步阶段,大部分汽车使用总线没有设计的车,所以有很多缺点。就像汽车电子技术在20世纪70年代引入集成电路、80年代引入微处理器一样,现在数据CAN总线技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。本次课题通过研究CAN总线的特点来实现CAN总线在汽车电子
14、领域的一个应用通过CAN总线控制汽车车窗。本系统运用了CAN总线来实现多个单片机之间的通信。通过CAN总线的多节点控制汽车的各个车窗,模拟现实生活中的应用,以及完善现实应用中的一些不足。1 绪论1.1 课题研究背景 随着计算机技术,网络通讯技术,集成电路技术,全数字现场总线控制仪表为代表场景的快速发展。设备的大量应用,使得复杂的现场连线被单一简单的现场总线网络所取代,工业控制当前用户带来了极大的好处,己形成Hart,Linkwork,Profibus,Bitbus及Canbus等多种现场总线协议。 当前,CAN总线技术已在客车上广泛应用并受到重视。有专家表示:“CAN总线在客车展上被重视,就像
15、前几年客车上的空气悬架,它代表客车的一种潮流、一种技术水平。”据了解,尽管目前CAN总线在我国轿车上已经普及,但在客车上的应用却刚刚开始。到目前为止,国内使用CAN总线的客车比例不高,而卡车上使用CAN总线的更是寥寥无几。欧洲客车的发展趋势和我国目前的种种迹象表明,CAN总线将成为客车技术发展的一种重要趋势。CAN总线的应用,将各种汽车电子装置连接成为一个网络。这项技术使客车“有皮肤,有视觉,有判断”成为可能。比如,驾驶员可以通过仪表盘上的图像显示屏监控车门的开关情况、胎压情况以及客车其他的故障情况。不仅如此,还可以对驾驶员的行车进行有效的监控和指挥。实际上,它对行车的安全有很大的作用。汽车技
16、术的发展越来越电子化,电子控制单元也越来越多。如果不采用CAN总线技术,将导致车上电线数目急剧增加,复杂的电路不仅降低了汽车可靠性,增加了维修难度,也使汽车的质量增加。据悉,在2003年欧洲客车刚刚采用CAN总线技术时,威帝就开始了CAN总线产品的开发,到现在已有8大系列,800多个规格型号产品,并且可按用户的要求设计。CAN总线技术是实现汽车智能化的窗口,是汽车技术发展的一种必然趋势。这项技术目前已在欧洲商用车上普及,国内的商用车也必然朝着这个方向发展。1.2 国内外研究现状及发展1.2.1汽车电子的发展现状 电子技术、控制技术、传感器技术、网络技术、卡特电子技术、汽车电子技术,包括汽车、电
17、子和计算机技术的基础。汽车电子控制系统技术的使用上,现代汽车的多数的注意车的动态性能、舒适及演出费。汽车电子技术的引进,不仅现有车辆的性能、电子信息技术的应用程序打开新的领域,如今的汽车电子时代的进步。汽车电子技术在汽车开发过程中旋转的的汽车电子零部件是汽车工业的测量该国的水平的重要指标。1.2.2汽车电子的发展趋势汽车电子和智能网的可靠性提供廉价的网络连接CAN总线,通过电子控制单元的开发的方向移动,所以电机、开关、传感器、照明等本地网站的连结通过(LIN)的网络。世界级的制造规模的解决方案是:CAN8908MCU/LIN公共汽车也控制方式,控制程序,CAN / LIN网络解决方案的基础上L
18、IN主控制的上述转向轮控制9S12C32 16位控制器、照明开关、空调风扇控制LIN slave)HVAC鼓风机,空气调节挡板(LIN SlaveHVACDamperDoor)和设备(LINSlaveCluster)等。汽车制造商及供应商群体越来越复杂的安全性,动力系统、底盘及身体系统的协调问题。远程控制,防止冲突、驾驶员辅助系统及其他新兴而稳定,预测可能的方式是非常高的数据速率为网络提供必要的。MOST但网络标准的汽车多媒体设计所连接的高数据速率可以支持。只要正常数据速度125KlMbps。许多ECU连接的网络。而且,这也是低优先级消息被发送,传输时的最高优先级的消息对高优先级消息后,总是将
19、消息发送仲裁优先使用。相对较低的数据速率和缺陷性不足(如:生物系统和钢丝)的高级应用程序CAN适应的,LIN的本质CAN便宜的孩子相对慢的网络连接类型,上述要求的数据速率中使用的高级车辆安全系统的新一代不能达到。1.3 车窗控制的发展趋势 国内电流控制系统由多个大多国产车和重保护继电器电路,每经过保护电路的信号通过导线连接到一个中继,然后对发送到电子控制由中继单元(ECU)控制,由于大量的信号,这需要大量的电线束,如果你需要添加其他功能,整条生产线要重新改变。这样一来,就会出现如下问题: (1)线路众多难以分辨给系统维护带来极大麻烦;(2)成捆导线容易产生信号间的相互干扰;(3)众多的导线及大
20、型的继电器和保护电器必然会加大车身的重量成为改善汽车动态性能而不可忽视的障碍。尤其是当现状越来越多的电子设备、先进通信设备进入汽车之后,复杂的线路一来增大汽车的体积空间,而来对现代车载电子设备的工作造成干扰。而通过工业现场总线对汽车车窗控制,将使汽车电子控制显得更加智能化。1.4 研究内容本课题是基于CAN总线的汽车窗控制网络系统的设计与实现,即采用CAN总线技术,利用微控制器实现车窗的控制功能,利用CAN总线技术,能够共享中央节点发送的信息,不仅节约成本,而且有效实现了资源共享,简短系统响应时间,提高控制的有效性、实时性。本课题需要达到的指标:(1)设计5个CAN控制节点分别实现汽车4个车窗
21、和1个天窗进行监控;(2)设计主控节点,向CAN控制节点发送不同的命令,实现汽车车窗的控制。1.4.1 研究重点(1)CAN总线通信协议的理解及在汽车电子中的应用;(2)CAN控制器与单片机的接口设计及多节点通信的电路设计;(3)汽车车窗电机驱动装置的设计。1.4.2 研究难点(1)CAN总线的使用;(2)基于单片机的CAN总线通信程序设计实现;(3)模拟汽车车窗的机械装置设计;2 系统设计2.1 CAN总线技术CAN是80年代由德国Bosch公司最初用于汽车内部测试和控制仪器之间的数据通信的一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。目前CAN 总线规范已被国际标准化组织ISO制订为国际
22、标准ISO11898,并得到了Motorola,Intel,Philips等大半导体器件生产厂家的支持,迅速推出各种集成有CAN协议的产品。目前CAN总线主要用于汽车自动化领域,如发动机自动点火、注油、复杂的加速刹车控制(ASC)、抗锁定刹车系统(ABS)和抗滑系统等。BENZ、BMW等著名汽车上已经采用CAN来满足上述功能。在工业过程控制领域,CAN也得到了广泛的应用。2.1.1CAN协议 CAN总线采用分层结构,规范规定了任意两个节点之间的兼容性。包括电气特件利数据解释协议。 CAN协议可分为:目标层、传送层、物理层。其中目标层和传送层包括了ISO/OSI定义的数据链路的所有功能。目标层的
23、功能包括:确认要发送的信息;位应用层提供接口。传送层功能包括:数据帧组织,总线仲裁,检错、错误报告、错误处理。 CAN总线以报文为单位进行信息交换,报文中含有标示符(ID),它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。当同时有两个或两个以上的节点发送报文时,CAN控制器采用ID进行仲裁。ID控制节点对总线的访问。发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权,其他节点自动停止发送,总线空闲后,这些节点将自动重发报文。CAN支持四类信息帧类型。(1)数据帧CAN协议有两种数据帧类型标准2.0A和标准2.0B。两者本质的不同在于ID的长度不同。在2.0A类型中,
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