一种网络化汽车传感器系统的实现_图文

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第 3 卷  第 l 期  4 3
o 3  _.4 1 No.3 1 









程 

2 0 年 7月  08
J l  0 8 uy 2 0  

Co p e   m ut rEng ne r ng i ei  

?工程应 用拇 术 与实现 ?    


文章编号:l o 32(o)_ 3.o  文献标识码。   0 — 4808l_ 4_2 o 2 3 2 A

中圈分类号。 I 2 T   ll

种 网络化 汽车传 感 器 系统的实现 
农 毅 
( 林 电子 科 技 大 学 管 理 学 院 ,桂 林 5 04  桂 410 )



要: 讨论基于汽车 的全 C N网结构,介绍网络化汽车传感器的 没计 , 出总体框架和基本结构 。论述汽车传感器 C N 网络接 口的设  A 给 A

计 ,结合具体 的硬件结构框图和电路 图说 明接 口软件的实现。系统采集 到的数据能正确地传送到汽车的 C N总线。 A   关蝴 :控制局域 网;网络化汽车传感器 ;网络接 口  

Re l a i n o   t r e   t   e s rS s e a i to   f z Ne wo k d Au o S n o   y t m 
N 0  G     Yi

( c o lo  a a e n , ii  iest fElcr i e h oo y Gul  41 0 ) S h o fM n g me t Gul Unv ri o   e toncT c n lg , in5 0 4  n y i

[ s clT i at a i o ue  eds no ewok dat e srbsdo   es utr fatmoieflCA nt r. h eino  Abt t  hs rcln d cst  ei  f t re  uosno ae nt  t c eo uo t  ul N ewok T ed s  f  ̄   i  t r h g n h r u v   g
o e a l fa e r   n   a i  tu t r   r   r s n e .CAN  ewo k n e f c   f a t mo i e s n o   s lo d s u s d Co v r l r m wo k a d b sc sr cu e a e p e e t d   n t r  i tr a e o   u o tv   e s r i  a s   ic s e mbi e   t s e i c n d wi p cf   h i


h r wa e s u t r   i g a a d c r u t a r m , h   e l ai   fi t ra e s fwa e i d s rb d T e d t  ft e s tm  a   e ta s te t   e a d r  t c u ed a r m  n   ic i dig a t e r a i t r   z on o   ef c   o t r  S e c i e . n   h   a a o    yse C b  r mi d o t   h n n t h b so  u o o i eCAN  c u a e y u   fa t m tv   a c rtl.  

[ yw r s  n ol  raNe r( N)nt okda t  no; e r  tr c  Ke  o d lCo t lr e  t kCA ; ew re uos srnt ki ef e r eA wo e wo n a

为了提高控制单元问数据传输 的实时性和可靠性 ,降低  布线 的成本 ,更好地适 应汽车 网络控制的需要 ,德 国 B sh oc  公司推 出了一种高性能、高可靠性、易开发 、低成本的控 制 
局域 网( ot lr ra t ok C N) C nr l   e  w r, A 。由于 C N卓越的性  o e A Ne A 能,它 已经被广 泛地用于汽车内部网,随着汽车电子 网络化 

载, 传输速率约为 5 0K /。 0 bs 汽车内部 的传感器和 MC E u U、 c   等现在越来越多 , 数据交换越来越频繁 , 利用 C N总线技术  A 能很好地实现各个单元 的数据交换, 各个单元通过 C AN接 口  

直接在 C N总线读取相应信号 , A 大大简化 了信号采集和信号  处理系统 ,系统的可靠性和实时性得到很大的提高  。 ‘ J    

的发展 ,传感器可 以方便地接 入汽车 内部 网络 ,因此网络化 
传感器是传感器发展的新 方向…。  

2 网络化汽车传藤器的结构   
21 系统总体结构  .
整 个 汽 车 网络 传 感 器 系统 由汽 车 的 C N 网、 车 传 感器  A 汽

1 汽车的全 C N网结构  A
目前越来越多的汽车采用新型 的全 C N 网结构系统 , A 其  网络结构如图 1 所示。  
GP l E   驻车辅 助  空调  收放机  多功能屏幕 

的C AN网络接 口模块和各种汽车传感器组成, 其系统结构如 
图 2所示 。  
汽 车c AN网 

A S L  B 
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c舒网l仪 I前门块   适 组 表 I 模  合  车 c车时f f雨传器  身   N { 感I 水  
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网  

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控制盒 

汽 车传感 器 1 汽 车传 感器 2  

汽 车传 感器 n  

l动 - 计机 发 机L  算
l  

l 插座 l  

报f 警 熬  安气  挂服 f 全囊 托伺 

圈 2 两络化汽 车传■嚣系统结构   

图 1 全 C N冈结构  A

每一个汽车传感器可以连接 到微处理器上 ,微处理器是 

这种全 C N 网结构主要由 C A AN内部 网、C N车身 网、 A   C N舒适网和 C N诊断网 4个子 网组成。C N内部网连接  A A A 汽车上所有的动力系统控制单元,如制动系统、 自动变速器 

可 以通过汽车 C N 网络接 口把传感器 的数据信 息以二进制  A
编码 的方式在数据总线上发送 。数据总线连接着汽车上所有  的微处理器单元 ,C N 网络上的每一设备都可以通过 C N A A  

和发动机控制单元、转向盘 角度传感器等,其传输速率约为 
5 0K /, 0  bs 属高速 C N 网。 A A C N车身 网连接汽 车上所有 的安 

控制器来对数据信息进行过滤 ,从而确定是否需要读取信息  和 区别出该信息是否与 自己的功能相关。这种连接方式相应 
地减少了传感器 的使 用数量 ,如早先的汽车温度传感器需要 

全装置 ,如 安全气囊控制单元 、防盗报警控制单元、阳光传 
感器、 雨水传感器等 , 传输速率约为 15K /, 2  bs 属于中速 C N A   网。 A C N舒适 网主要实现人/ 车之间的交互,如组合仪表、转  速表、多功能显示屏等 , 传输速率约为 15K /。而 C 2  bs AN诊  断 网可 传输 C N 内部 网、C A AN车身 网、C N舒适网上各  A

其他 的传感器开关信号来控制 ,这样就避免 了传感器使 用冗 
基金瑗 目:广西省 自然科学基 金资助项 目( 桂科青 04 0 8 5 23 )  

作者筒介 :农
网 络 

毅( 7 一) 1 3 ,男 , 师、硕 士 ,主研 方向:计算机  9 讲
E m i o g i g e eu n ? a :n n y@ u t .   l . c d

计算机 诊断信息并储存 ,实现各子 网及 B I S 智能服务器 的加 

牧藕 日期 :20 — —5 0 7 72  0

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余情况的发 生  。同时 ,C J AN网的使用更有利于设计和组装 
汽车内的分布式传感器系统, 当在 C N 网络中添加新 的传感  A
器 节点 时 ,不 需 要 对 其他 传 感 器 节 点 进 行 更 改 ;当减 少 C   AN

竺  1 _
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l 。 。

T5 艇A  J0 C A  N   1 0 H
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网中的传感器节点时 ,仍然会保持 着相 同的系统设计 ,对原  来 的传 感器 节点 不 会 产 生 任 何 影 响 。  

_ ) 

22 两络化汽车传囊器基本结构  .  
汽车上大部分传 感器 用于动力传动系统、 车辆控制系统、   车身控制系统、通信系统以及提高工作性能 的系统 上。例如  确定燃 油喷射量和点火时间 ,需要知道 发动机 的进气量 、温 

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度 、发动机的转速、曲轴位置等数据信息 ,而这些数据信息 
需 要用到汽车上 的温度传感器、流速传 感器 、位置传感器 、   角度传感器等多种传感器 。为 了使汽车传感器 的数据能够及  时、 可靠地进 入到汽车 的 C N 网内, A 以供相 关的汽车子系统  单元计算、分析 、诊 断、控制及显示 ,必须设计一个高效 的  C N 网接入模块 ,如 图 3所示 ,给汽车传感器加入 了一个 网 A  
络 化 的 C N 网络 接 E, 数据 可 以方 便 地 流 入 到 C A l AN 网内 。  

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图 5 C N 同络接 口电路 图   A  

MC 2 1 P 50在 3   V~55V范 围 内供 电 , 直 接 与 A 8S 1 .   可 T 9 5 

连接。因为 S I P 总线系统通常使用 4根线 ,所以将 A 8S 1 T 9 5  的 P .~P .引脚分别与 MC 2 1 的 S I 口的C ,C S, 1 0 1 3 P 50 P接 SS K,I   S O引脚连接。 虽然 A 8 S 1 T 9 5 没有专用的 S I 口, A 8 S l P接 但 T 9 5  可 以通过软件模拟 S I P 操作而在实际的 S I P 总线上传输数据。   使用 S I串行接 口,可减少总线的物理连接 ,提高系统的可  P 靠性 。在实际使 用时,当 MC 2 1 P 5 0用 33 . V供电时,输入信    号R A XC N高电平的范围是 2V~43V,而 T A15   .   J 0 0的输 出   电平为 5V,   所以需 要在 T A15 J 0 0和 MC 2 1 P 5 0之间使 用电阻 

一 幕

[  一

 

C AN网络接 E主要 由C l AN的控制器和 C AN的收发器组 

分压的方法实现 电平转换 。C N 总线 两端 的 电阻为终端 电  A 阻,用来抑制反射回波,典型值为 1 0Q。本 电路的设计增  2 

成。C N 控制器主 要完成 C A AN总线通信协议 ,接收微处理 
器 发 出 的数 据 ,处 理 数 据 并 传 给 C AN 收 发 器 ; 同时 ,C N A  

加 了汽车传感器 的网络功能 ,实现了传 感器 的网络化 。   33 网络化汽车传瘤器 的软件设 计  .   当 C N 网络接 口模块上电后 , A 必须要进行一系列 的初始  化操作 ,才能使得汽车传感器的数据通 过网络接 E传送到汽  l 车 C N 网内。先要重置 MC 2 1 ,并进入配置模式 ,然后  A P50 设置 C N总线的波特率 , A 因为给 MC 2 1 P 50使用的是 1    6MHz
的晶振 , 所以设置 的波特率可以为 1 5K / 20K /5 0K / 2  bs 5  bs 0  bs , ,   和 lMbs   /。接着关闭 MC 2 1 P 5 0的所有中断,设置过滤器和 

控制器 也接收收发器收到的数据 , 处理 数据并传给微处理器。   C N收发器是一个发送器和接收器的组合 ,它将 C N 控制  A A

器提供 的数据转化成 电信号并通 过 C AN总线发送 出去 , 并接 
收 C N 总 线 数据 ,将 数 据 传 送 到 C N 控 制 器 中 。 A A  

3 网络化汽车传感器的设计 
31 网络化汽车传瘤器 的硬件设 计  .  
网络 化 汽 车传 感 器 的 硬件 以价 格 较低 、 功 能较 全 的  A 8S 1单片机作为核心,以 Mi ohp公司带有 S I E T 95 c ci r P接 l   的MC 2 1 芯片作为 C P 50 AN控制器 , P ip 公司 的T A15   以 hl s i J 00 芯片作为 C N收发器 ,其硬件结构框 图如图 4所示 。 A  

屏蔽器 , 以判 断 C AN网上的数据是否与 自己有 关, 报文帧是 
否需要接收。 然后切换 MC 2 1 P 5 0到正常模式 , 并清空接收和  发送缓冲区 ,最后开启 接收或发送缓冲 区,开启 中断 ,准备  数据的传输 。图 6给出了整 个 C J AN网络接 E初始化的软件  l 运行过程。  

图 4 同络化汽车传■器硬件 结构框图   

汽车传感器从汽车 中的测量对象得到模拟信号 ,模 拟信  号经过信号调整 电路进 行处理 ,如滤波 、放大、比较、采样  保持等 , 然后通过 A D转换变为数字信号送到 A 8S 1单片 / T 95   机中进行 数据处理 。虽然 A 8 S 1 T 9 5 不带 S I V ,但可通过  P接 I 软件编程 的方法模拟 S I P 的操作 , 再与 MC 2 1 S I E P 5 0的 P 接 l   进行数据传输 ,最后通过 T A15 与汽车 C J 00 AN网通信  。 ]   3 C . 2 AN网络接 口的电路设 计  使用 A 8S 1 T 9 5 ,MC 2 1 P 5 0和 T A15 J 0 0组成 C N 网络接  A
E的电路 图,如 图 5所示 。 l  
图 6 C N 同络接 口软件 藏程    A

因为 MC 2 1 P 5 0是在时钟信号的上升沿通过 s 引脚输入  I 数据 ,在时钟信号的下降 沿通过 S 引脚输 出数据 ,所以在  O A 8S 1 T 9 5 中软件模拟 S I P 操作时 , 时钟信号输 出 E P . 初始  l 11   值应设为 1 。在允许接 E后 ,置 P . 0 l 1 1为 ,即产 生一个时钟  信号的下降沿。 这使得 MC 2 1 P 5 0串行左移并输 出 1 位数据至  ( 下转第 2 8页) 3  


23 一一 5  

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f r =O i 0 i o(1 :<5 ;++)  

管理系统主要实现以下 4个功能 :   () 1向下位机发送命令。通过 C N 总线 向下面每个节点  A 的单片机 发送 日期 、时间等数据 ,同时允许用户发送清零、  
上 传 数据 等命 令 ;  

{ ( N S ATUS x C )be k   i CA f T &0 0 ra ;1


C OMMAND=0 0 ;/ x6 / 强制终止未 完成 的发送并释放接  / / 收缓冲器 


CAN

CAN TX




F AME=0 8 ;/ 展 帧 ,数 据 帧 , R x8/ 扩 8个 字 节 

CAN  TX I D1: c mma d >8  o n> :
CAN TX I D2= c mma d&0 FF; o n x  
— —

() 2实时采集数据 并存储 。通过人机界 面实时显示每个节  点的上传 数据 ,并通过数据判断当前的生产状况 ;   () 拟 现场 工 艺 流 程 。通 过 动 画显 示 ,生动 活 泼地 再现  3模
生产 状 况 ;  

CAN TX I D3=a d e s >8; d rs>  
— —

CAN TX I D4: a d e s x F; d r s &0 F  
— —

CAN TX DA A1 T :C S n Bufr0 ; AN e d f [ ] e  
— —

/ e dd t / n  a   S a

() 4 自动 生成报表。将采集的数据进行 处理 ,并结合数据  库中的历史数据 ,按 用户要求生成对应的报表 。  

CAN T DA A X T 2=C S n Bu e [ ] AN e d f r1 :  
— —

CAN T X




DA A3=C NS n B f r ] T A ed u e[ ; 2  D T A A4=CA e d u fr ] NS n B f [ ; e 3 

CAN TX
— — — —

5 结束语 
设计与实现的基于 C N 总线的服装 吊挂 流水线控制系  A 统,采用 C N总线设计 , 于现场 的布线和维修。本控制系  A 便 统在某纺织服装厂得到 了应用。经实 际运行表 明,系统运行 

CAN TX D T A A5=C ANS n B f r ] e d u e[ ; 4  CAN TX D T A A6=C ANS n B f r ] e d uf [ ; e 5 
— —

C  X D T AN T   A A7=C ANS n B f r ] e d uf [ : e 6 
CAN TX D T A A8=C ANS n B f r7 ; e d u e []  
— —

CAN



C MMAN =00 ; O D x1  

/ 动 发 送  1 /启  

稳定可靠 ,布线和维修方便 ,各项性能指标均 已达到要求,   配合上位机 的管理 系统 ,大大提高了生产效率。   参考文献 
[]王 洪 茂 ,陈 1 欣 .基 于 C AN 总 线 网络 的 分 布 式 检 测 系 统 研 究 [l J_  

4 管理系统设计 
上位机管理系统  以 Wid w x 操作系统为开发平台, no  P  
开 发 工 具 为 Vsa C + .,管 理 系 统监 控 界 面 如 图 6 示 。 iul + 6   0 所  

计算机测量与控制, 0 6 1() 4 —4 . 2 0 , 4 : 64 9 4 4  
[]杨 2 飞,郑贵林.基于 CAN 总线 的监控 系统设计 [l J_微计算机  梅.基于 CA 总线 的数据采集处理 系统设计[l N J_  
信 息 , O 5 2 ()3 —6 2 O , 1 :43 . 7  

[]刘小强,粟 3

仪表技 术与传 感器 ,0 6 ()2 —4  2 0 ,9: 22 , 4 ]史艳华,耿兆丰.服 装企业 实时数 据采 集及管 理控制系统 的设 

计 [_ J 微计算机 信息,0 4 2 ( ) 141 5 l 2 0 ,0 1 : 2 —2 . 2  

[ 5 ]周旭东, 宋晓霞, 刘静萍 . 智能服装 吊挂 生产管理系统 的研究 [  J J
上海工程技术大学学报, 0 0 1()6 —7  2 0 , 43:36 . []王文 虎,李建 奇.基于 C 6 AN 总线 的车 桥总成数 据管理系统 设 

圈 6 管理系统监控界面 

计[ .自动化与仪器仪表, 0 6 ()1 —   J 1 2 0 ,1: 21 4

( 接第 21 ) 上 3页  
[] u  coy t . nfe P r be475z . 2 0 —80 ) ht:  2 S nMirs s ms S i r ot l ..[] (0 60 -7. t / e   a   p/ ww .no ecm/ o if/68hm1 wc cd . o d wnno10 . . t   2版.北京:机械工业出版社,0 0  2 0. []杨 4 彬 .千兆以太 网下即时通监控 系统 的研 究与 实现 [ .北京  D1

[ ae A L zn  . n o s2 0 3 k r , oa o J Wi w   0 0设备驱动程序设计指南 [ . ]B   d M]  

中国科 学院研究 生院, 0 6 20.  

( 上接 第 2 5页 ) 3  

A 8S 1 P - 1 T 95 的 1  3 3;然后再置 P . 为 1 11 ,即产 生一个时钟信 
号 的 上 升 沿 , 使 A 8 S 1 从 P . 口 输 出 一 位 数 据 至  T9 5 1 2

5 结束语 
本文设计的传感器 C AN 网络接 1 3已经在实验台上测试  通过 ,并且能成功地 采集 到冷却液温度传感器的数据并把数 
据 传 送 到 汽 车 的 C N 总线 上 。 A 网络化 的汽 车 传 感器 使得 汽 车 

MC 2 1 。如此循环 8 ,即可在 S I P 50 次 P 总线上完成 1 8位  次

数据 的传输 。通 过这 种 方式可 以方便 地 实现 A 8 S 1与  T 95
MC 2 1 P 50的通信 。  

系统 的组 网更加方便 ,更有利于汽车 C N 网内的数据共享  A 和数据交换 。  

4 网络化汽车传摩器的数据采集   
为了判 断汽车发动机 的热状态 ,计算进气量和供油量 ,   要连续精确地测量冷却液的温度 、进气温度、排气温度和环  境温度等 。下面给出汽车发动机启动后,冷却液温度传感器  通过 C N 网络接 1 A 3传递过来 的数据 ,如表 1 所示 。  
表 1 冷却液温度传囊器数据 
5   1 O  1  5 2 O  2  5 3  O 3  5 4  0
1  1

参考文献 
[]R uh  1 o ce D.汽 车车载 网路( ANCANL N) V / /I 技术 详解[ .北京 : M]   机械工业 出版社, 0 6 20.   []董 2 辉.汽车用传感器 [ .北京:北京理工大学出版社,0 0  M] 20 .

[ 3 ]齐志鹏 . 车传感器和执 行器 的原理 与检 修[ . 汽 M] 北京 : 人民 邮 
32  

电出版社, 0 2 20.   []夏继强 ,邢春香 .现场总线 工业控 制 网络技术 [ .北京 :北京  4 M] 航空航天大学出版社, 0 5  20 . [】刘 5 淼.嵌入式系统接 口设计与 Ln x驱动程序 开发 【 .北京 : in M】   北京航空航天大学 出版社, 0 6 20.  

62  
8  0
8  5

8  8 9  5 9  0



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