CAN總線在汽車性能檢測線中的應用分析

趙玲娜 陳昊

摘要：隨著社會經濟的不斷發展和信息科學技術水平的不斷提高，現代電子技術與信息技術逐漸被廣泛的應用到各個領域的生產管理工作中，汽車行業也不例外。本文從CAN總線的位數值表示與通信的距離、CAN總線的報文傳輸技術、CAN總線的仲裁機制以及CAN總線的技術優勢四個方面入手，對CAN總線的特點展開分析，同時對CAN總線在汽車性能檢測線中的實際應用進行深入研究。

關鍵詞：CAN總線；通信技術；仲裁機制；汽車性能檢測

前言：

在信息時代，汽車作為人們出行的主要交通工具，越來越多高新技術逐漸被的應用到汽車的生產與制造中，由電子控制單元控制的部件數量在汽車整體結構設計中應用頻率也越來越高。比如：數字式電控燃油噴射系統以及防抱死控制系統等等，為使用者提供便利的同時，也為汽車性能的檢測工作帶來更大的難度。而CAN總線技術憑借一系列技術優勢，在汽車性能檢測線中的應用發揮著重要作用。

一、CAN總線的特點

（一）CAN總線的位數值表示與通信的距離

CAN總線協議主要是建立在國際標準組織開放系統互聯參考模型基礎上實現的，CAN總線的模型結構主要分為物理層、數據鏈層以及應用層這三層。1986年德國某工業企業首次提出了CAN總線概念，并將其靈活的應用到汽車內部各類傳感器與執行器的性能檢測過程中，同時CAN總線憑借自身較強的可靠性與安全性被眾多汽車開發商所青睞。在研究CAN總線的特征這一問題時，CAN總線的位數值表示通信距離，主要體現在CAN總線總線的邏輯互補方面，即：利用顯性與隱性這兩個互補的邏輯值來代表“0”和“1”。此外，CAN總線的通信距離最遠可以達到10㎞以上，這時的位速率可以達到5kbps，最長的通信距離可達40m。

（二）CAN總線的報文傳輸技術

CAN總線的報文傳輸技術也被稱為數據傳輸技術，其報文傳輸大多會以多主方式工作，網絡中的任意一個節點，都可以隨時向網絡中的其他節點主動發送數據信息，而且不分主從。CAN總線的報文傳輸（數據傳輸）采用幀格式，并按照幀格式的不同，可以將其分為具有11位標識符的標準幀以及具有29位標識符的擴展幀。CAN總線中的網絡節點一般只需要對數據的標識符濾波，便可以輕松實現數據信息的發送和接受。比如：CAN節點通過對報文的標識符采取濾波操作，從而實現一點對多點或者點對點，甚至是全局廣播等多種不同的數據傳輸方式。

（三）CAN總線的仲裁機制

CAN總線的仲裁機制，只要是處于總線空閑的狀態，則系統內部任何單元都可以開始主動發送報文。如果存在兩個節點或者兩個以上CAN節點共同開始發送報文時，則很容易發生總線訪問沖突等問題。面對這種情況，可以借助使用標識符諸位仲裁的方式，對產生的總線訪問沖突等問題進行有效解決。CAN總線的仲裁機制，主要任務是為報文傳輸的完整性提供保障，通過CAN總線的仲裁機制，有效避免報文與時間出現損失。比如：當含有相同標識符的數據幀與遠程幀同時開始報文發送時，數據幀比遠程幀優先發送，從而避免沖突問題。在CAN總線仲裁期間內，每一個發送器都會對CAN總線實施監測，只有確保發送電平與接受電平相同時，該CAN節點才可以正常進行報文傳輸。

（四）CAN總線的技術優勢

與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有更高的可靠性、靈活性以及實時性等特點，具體特性表現如下：第一，CAN總線具有非常高的性價比，由于自身簡單的結構以及相關器件購置容易，所以CAN節點的價格也相對較低，同時CAN總線開放過程中也可以靈活的借助當前先進的單片機開發工具；第二，CAN總線是當前唯一一個具有國際標準的現場總線類型[1]；第三，CAN總線為多主方式工作，網絡中的任意節點可以在任意時間進行信息的主動傳輸，且不需要站地址等節點信息；第四，CAN總線中網絡節點信息一般會分為不同優先級，這樣可以更好的滿足不同的實時需求。

二、CAN總線在汽車性能檢測線中的應用

（一）系統總體設計思路

CAN總線在汽車性能檢測線系統中的應用，其結構主要由一個主控節點、三個工位節點以及一個登陸節點三個部分共同組成。其中主控階段主要負責對汽車性能檢測線系統中的數據進行管理，并按照一定的要求對數據進行存儲、分析、整合以及相關檢測結果報表的打印等一系列工作；登錄節點的主要任務是對待檢測車輛的基本參數進行錄入，同時負責對汽車檢測類型進行申報；三個工位節點的任務主要是對待檢測汽車性能的基本參數進行集采，并通過對相關數據進行的初步處理，利用驅動顯示屏向使用者顯示相關提示信息。在實際的系統設計過程中，主控機與登錄機可以使用PC機，工位機可以使用微控制器。

（二）CAN-PC機接口的電路設計

CAN-PC機接口的電路設計結構如圖1所示[2]，整個結構主要由外圍電路、CAN收發器、可編程邏輯芯片以及控制器等幾個部分組成。其中CAN控制器主要是負責完成CAN總線的報文傳輸、報文濾波以及對CAN總線通信中可能出現的一系列問題進行處理；CAN收發器的主要作用是進一步提升CAN總線的整體驅動能力；可編輯邏輯芯片主要被用于產生CAN控制器和PC機接口所需要的控制信號；外圍電路主要涉及到CAN總線控制器運行所需要用到的晶振電路以及復位電路等等。

（三）工位節點的設計

CAN總線在汽車性能檢測線系統中的應用，其工位節點的設計工作主要涉及到到以下三個方面的內容：

第一，信號類型及處理。在實際的汽車性能檢測線中，不同的檢測信號種類往往需要經過不同的信號處理電路，才可以將其轉換為數據信號，并最終發送到系統內部的微控制器中進行相應的處理工作。比如：汽車煙度計、燈光以及尾氣分析，其檢測儀器所輸出的點評信號均為RS-232，這時需要利用電平轉換電路，將上述的RS-232電平信號向著TTL電平信號進行轉換；而速度信號的開關量信號則需要經過光電耦合電路，通過光電耦合電路調理之后再發送給微控制器；

第二，CAN接口電路設計。CAN接口電路設計主要是由CAN收發器、CAN控制器以及外圍電路幾個部分組成。為了進一步實現CAN控制器與CAN總線之間的電氣隔離，可以在CAN控制器與CAN收發器兩者之間增加兩片高速光電耦合器；

第三，工位節點軟件設計。工位節點的軟件設計主要涉及到CAN發送程序設計、CAN接收程序設計以及CAN初始化程序設計幾項內容。其中CAN初始化程序設計主要針對CAN控制器的模式寄存器、CAN總線定時寄存器以及時針分頻寄存器等系統內部寄存器的數值來判斷CAN控制器的工作模式[3]。

綜上所述，隨著電子技術的不斷創新發展以及大規模集成電路的快速發展，網絡控制芯片的性能以及體積都得到了明顯的優化，為CAN總線技術在汽車性能檢測線中的應用創造更加便利的條件。為了進一步保證CAN總線技術可以在汽車性能檢測線的應用中發揮出最大作用，需要從CAN-PC機接口的電路設計和工位節點的設計兩個方面進行綜合考慮。只有切實認識到CAN總線技術的應用價值，才能有效的提高汽車性能檢測效率。

參考文獻：

[1]朱福成.汽車CAN總線系統故障診斷技術淺析[J].吉林化工學院學報，2018，35（01）：76-80.

[2]李靜.基于CAN總線的新型汽車儀表系統的設計與實現[D].南京郵電大學，2017.

[3]杜華程，許同樂，黃湘俊，楊艷輝.基于CAN總線的智能傳感器節點設計與應用[J].傳感器與微系統，2015，34（02）：82-84.