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重型商用车CAN总线通讯平台的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-14 14:09:41



  J1939协议应用层中的参数主要可分为三类:传输信号,离散参数(测量值),以及控制命令传递值(状态量)。状态参数表示具有多态信号的某一种状态,如发动机刹车使能/禁能,巡航控制激活/关闭,扭矩/速度控制超载模式,错误代码等;而测量参数则表示所接受到的信号的值的具体大小,如缸内爆发压力、最大巡航速度、发动机转速等。不同类型的参数、其范围类型也不同。在J1939协议中数据的传输范围并不等于传输数值的范围。对于物理数据J1939有如下的计算公式:物理数据=比例系数×传输数值+偏移量。

  为了能更全面地定义应用层中各个物理参数的范围和精度,J1939协议为各物理参数定义了SLOT(比例Scaling,界限Limit,偏移量Offset和传送Transfer Function)这些概念,主要用于定义新的参数。Transfer Function:传输功能表示了数据的用途;Scaling:比例系数表示的是物理数据的精度;Offset:偏移量决定了物理参数数据范围的初始量;Limit:数据范围则是根据传输数值范围、比例系数和偏移量所决定的物理参数的数据范围。在SAE J1939中增加新参数时,可以在给定的参数类型中尽量保持数据的一致性。

  CAN通讯平台硬件设计

  所要设计的CAN通讯平台是在发动机、变速器以及制动系统之间传递数据,因此需要具备基本的接收和发送功能。通讯平台硬件系统主要由CAN控制器和CAN驱动器收发器两个部分组成。
  CAN控制器硬件选用的是英飞凌(Infineon)公司的XC164CM系列单片机,它集成有CAN控制模块。该单片机的TwinCAN模块包含两个全CAN功能节点,两节点可以独立工作或者通过网关功能交换数据帧或远程帧,该模块还拥有32个CAN消息通道,这32个报文对象可以被独立地分配到两个CAN节点之一并设置为发送或者接收对象,它们可以设置成处理带11位或29位标识符的帧。这个CAN控制器符合CAN规范V2.0B,每个CAN节点都有控制寄存器,支持速率可到1Mbit/s。

  CAN驱动器收发器选择NXP公司的PCA82C250芯片给CAN控制器与物理总线之间提供接口。该芯片提供对总线的差动发送和接收功能,也可以支持最高到1Mbit/s的通讯速率。其驱动电路内部具有限流电路,可防止输出极对电源、地或负载的短路。当结温超过160℃时,两个发送器输出端极限电流将减小,从而限制了芯片的温升,实现了过热保护。同时,PCA82C250芯片采用了双线差分驱动,有助于抑制汽车在恶劣电器环境下的瞬变干扰。

  CAN总线接口电路的设计在遵循SAE J1939协议的同时,要考虑对接口电路进行一定抗干扰和保护措施。连接XC164CM单片机与PCA82C250芯片的硬件电路设计如图2所示。

  XC164CM单片机具有两个独立的CAN节点A、B,故选用两片PCA82C250分别与其引脚的TxD端与RxD端相连,总线连接的CAN节点1、2分别代表发动机电控单元和AMT的电控单元,数据由CAN节点1和CAN节点2发出,经过该通讯平台后传给另一个节点。SAE J1939协议中需要使用屏蔽双绞线作为CAN总线的通讯导线,选用PCA82C250的高速工作模式,只要将Rs引脚直接接低电平即可实现。

  根据SAE J1939-11中要求,线性总线的主要中枢链路的每个终端都必须以一个合适的电阻来结束,用以提供CAN_H和CAN_L导线的正确终端,其取值范围应在110W~130W之间,额定值为120W。实际设计时在PCA82C250的CANH与CANL之间接入一个阻值为120W的电阻RL作为CAN总线抑制反射的终端电阻。CAN_H和CAN_L与地之间各并联一个30pF的电容,可以起到滤除总线上的高频干扰的作用,并且具有一定的防电磁辐射能力。

  电路设计时考虑到进一步提高总线节点的抗干扰能力,有时在CAN控制器和CAN驱动器之间加入光耦器件,并使用隔离电源供电。但是增加光耦也会增加总线节点的循环延迟,信号在每个节点要从发送和接收路径通过这些器件两次,这将减少当位速率给定时可使用的最大的总线长度。

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