電動車車身網絡CAN總線通訊實現

隨著人們環保意識的增強和世界石油的短缺，純電動車 [1]迎來了速發展的時期。對于電動汽車，除了要求有很好的動力性和里程續駛，還要求具有普通汽車的各種性能，這就使得電動汽車中的電子設備越來越多[2]，汽車線束也越來越復雜，需線束重量與需要的安裝空間也越來越大，傳統的汽車布線方式根本不能不了電動汽車的要求。因此，汽車網絡應運而生，并成為汽車電子技術的一個重要的發展方向。汽車網絡主要是指各個汽車電子設備和控制器之間通過總線技術建立通訊網絡，這樣可以大大簡化布線，方便維修，提高導線利用率，同時也大大的較低了制造成本。 CAN總線[3]是現在汽車網絡中廣泛采用的一種總線型式，它具有結構簡單，成本低廉和極高的可靠性等特點。但是對于電動汽車來說，還沒有一種專門針對于電動汽車的 CAN總線通訊協議。本文在研究 CAN open協議的基礎上，開發出一款針對于電動汽車車身的總線通訊協議，并通過 LABVIEW [4]實現網絡的數據通訊。

1、引言
CAN總線是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，其應用范圍遍及從高速網絡到低成本的多線路網絡。CAN總線具有如下特點：
(1)CAN是到目前為止唯一有國際標準現場總線。
(2)CAN為多主方式工作，網絡上任一個節點均可在任意時刻主動向網絡上其它節點發送信息，而不分主從。
(3)在報文標志符上， CAN上的節點分成不同的優先級，可滿足不同的實時要求，優先級高的數據最多可在 134 us內得到傳輸。
(4)CAN采用非破壞性總線仲裁技術。
(5)CAN節點只需通過報文的標識符濾波即可實現點對點，一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送數據，無需專門的“調度”。
(6)CAN的直接通信距離最遠可達 10 K米；通信速率最高可達 1 Mbps。
(7)CAN上的節點數主要取決與總線驅動電路，目前可達110多個。
(8)報文采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾概率低，使數據的出錯率降低。
(9)CAN的每幀信息都有 CRC校驗及其他檢錯措施，具有極好的檢錯效果。
(10)CAN通信介質可為雙絞線、同軸電纜或光纖。?
(11)CAN節點在嚴重的情況下具有自動關閉輸出功能，以使總線上其他節點的操作不受影響。

(12)CAN總線具有較高的性能價格比。
2、車身網絡的拓撲結構
對于電動車車身網絡[5]來說，電子設備多，位置分布雜亂。為了便于對整個網絡進行管理，可以把整個車身網絡按找拓撲結構的不同劃分為不同的節點。網絡節點的劃分按照分塊劃分的原則。節點中的電子設備可以相互間進行網絡通訊，不同區域的電子設備通過不同的網路節點進行通訊。在分析電動車車身的設備的基礎上，把車身網絡分成儀表臺節點、左前節點、右前節點、左后節點和右后節點等。
對于車身網絡來說，電子設備對于通訊速度都沒有很高的要求，所以，按照美國工程師協會 SAE車身網絡定義，選擇 B類總線，傳輸速率為 10-125 kbps，網絡的拓撲結構如圖 1所示：?
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3、通訊協議報文設計
采用了 CAN總線通用的報文形式[6] 每幀最大的數據長度是 8 bytes。
?? 通訊協議的報文主要任務是發送報文和接收報文,報文以數據幀的格式接收和發送 [7]。數據幀的數據域能發送或接收 8個字節的報文內容。每個字節有 8個位，每次只能發送或接收1個位。通訊協議報文格式如表 1所示。

4、基于 LABVIEW的協議實現
硬件采用 MC9S12DP51216單片機[7]。MC9S12DP51216單片機總線采用雙絞線和臺式上位機。
4.1定義數據結構
在 LABVIEW中，Virtual CAN Interface(VCI) 函數庫是專門為 ZLGCAN設備在 PC上使用而提供的應用程序接口，可以從 LABVIEW中直接使用這些庫函數。首先創建 VCI函數庫德數據結構，定義數據類型為簇，并同時調用庫函數[8]。
本系統的程序實現了數據的發送與接受，并通過 CAN總線將收發的數據在前面板上的列表中顯示出來。該程序中含有3個主要的 While循環：主循環、發送數據循環和接受數據循環。這三個循環是并行運行的，互相獨立。主循環處理處理與用戶交互的界面，它使用了事件驅動機制來處理用戶在前面板的操作，并通過用戶事件與發送數據循環和接受數據循環通信。它包含以下功能：打開/關閉設備、超時、啟動 CAN、復位 CAN、讀取設備信息、讀取 CAN狀態、讀取錯誤信息和清空緩沖區。

4.2數據發送和接收函數的實現 接受和發送數據通過控制面板的按鈕，調用 VCI函數，并同時把數據實時顯示出來。程序框圖如圖 2和圖 3所示。

4.3 驅動模塊設計

驅動模塊包括超時模塊、停止模塊、OpenDevice模塊的設計、StartCAN模塊的設計、 ResetCAN模塊的設計、Clear Buffer模塊的設計、 GetBoradInfo模塊的設計、 GetErrorInfo模塊的設計、GetStatus模塊的設計和 TREvent模塊的設計等。各個模塊都是通過在控制面板中設計控制鍵，并調用子函數，實現需要的功能。
其中 TREvent模塊的程序框圖如圖 4所示。該模塊主要用于顯示發送和接收的數據。?
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5、系統測試
5.1建立控制面板和顯示面板
車身網絡系統要正確地反映通訊狀態，首先要采集汽車在工作狀態下車身 CAN總線上的眾多信號。這些信號可以分成二大類：開光信號和模擬信號。
開關信號也稱為數字信號，主要有近光燈開關、遠光燈開關、制動燈開關、霧燈開關、轉向燈開關、空調開關、雨刮開關。還有一些指示信號亮，需要通過 CAN網絡進行傳輸，在儀表中進行顯示的量。這些量包括 CAN故障指示、安全帶指示、遠光指示、倒車指示、左轉向指示、右轉向指示、后霧燈指示、制動故障報警指示、駐車指示等。
車身網絡中也有一些模擬信號，主要包括電機轉速、車速、電池電量、電瓶電壓、電池溫度等。
通過 LABVIEW軟件建立開關量模塊的控制面板和顯示面板。通過控制面板的按鈕，可以發送相應的數據，并在顯示面板顯示相應的信號。

5.2數據接收和發送檢測
檢測數據的發送和接收，在LABVIEW中設定數據的收發類行為自發自收[9]。啟動CAN，指示燈亮，點發送按鈕，數據以自發自收的形式發送出去[10]，如圖 5所示。 6、結論
本文針對電動汽車的特點，建立電動車車身網絡。在分析 CAN總線的基礎上，建立應用層的通訊協議。應用 LABVIEW軟件，編寫 CAN網絡通訊的上機位軟件。為了驗證通訊的數據傳輸和接收，在 LABVIEW軟件中進行仿真，經過檢測，該系統可以很好的實現電動車車身網絡的通訊要求。
本文作者創新點：
應用 CAN總線技術建立了純電動車車身網絡，通過 LABVIEW軟件實現了網絡連接。并通過系統的通訊測試，驗證了網絡的可行性。