首页 接线图文章正文

汽车辅助系统CAN总线接口电路

接线图 2024年04月17日 09:38 92 admin

  总体方案设计

  CAN 总线接口电路主要包括:单片机、控制器接口、总线收发器和看门狗电路等。采用Philips公司生产的SJA1000控制器和与其配套的 82C250CAN收发器。按照CAN总线物理层协议选择总线介质,设计布线方案,连接成CAN网络。双绞屏蔽线可设两套,在两套介质上同时进行信息传输,接收方只用一个介质。在冗余和非冗余段的连接临界点处进行总线切换。

  硬件电路的设计主要是CAN 通信控制器与微处理器之间和CAN总线收发器与物理总线之间的接口电路的设计。CAN通信控制器是CAN总线接口电路的核心,主要完成CAN的通信协议,而CAN总线收发器的主要功能是增大通信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力,保护总线,降低射频干扰(RFI),实现热防护等。看门狗电路主要是实现对电路的监控和复位作用。

  目前广泛流行的CAN总线器件有两大类:一类是独立的CAN控制器,如82C200、SJA1000及 Intel82526/82527等,另一类是带有在片CAN的微控制器,如P8XC582及16位微控制器87C196CA/CB等。本课题选取 PHILIPS公司的SJA1000 CAN控制器以及82C250总线收发器,主要是考虑到SJA1000支持CAN 2.0A/B规约。而82C250可以支持110个CAN节点,并且国内市场上PHILIPS的产品型号比较多,购买比较方便。

  单片机最小系统

  本设计中,应用到单片机为ATMEL公司51系列的89C51,该型号的单片机应用广泛,技术成熟,市场上价格便宜,而且在学习中所学到的多为该型号,在本次设计中是首选的芯片。89C51单片机作为系统的核心控制部分,但在本设计中不是重点讲解内容,其相关技术应用和引脚特点功能等,可参照其他相关资料。设计的电路原理方框大致如下图所示。设计中为避免出现时钟信号的冲突,对单片机的外接晶振引脚XTAL1、XTAL2不接上外围电路,而是通过控制器SJA1000的时钟信号脚反馈给单片机。同时,对单片机的复位信号处理,RST引脚接上X5045P的RST脚,复位信号可由X5045P输出,在X5045P芯片看门狗外围电路的作用下,减少了以往由电阻、电容组成的简易复位电路造成的不精确、延时高等不良作用,使单片机回复到初始状态,完成复位操作。由于在该电路中要用到单片机的存储作用,存储由SJA1000传输过来的处理数据。因此,脚/EA接上高电平,选用片内ROM。对ALE脚,也即地址锁存有效信号除数端是和控制器 SJA1000的ALE脚接通。

  

汽车辅助系统CAN总线接口电路  第1张

  图2-2 单片机最小系统

  基于SJA1000的控制电路设计

  控制器SJA1000作为本接口电路中的控制部分,应用本设计中,对于SJA1000和单片机的连接,引脚AD0~AD7是和89C51的输出输入脚 P0.0~P0.7相接;SJA1000的片选信号脚/CS必须由微控制器的P2.7口控制否则这个片选输入必须接到VSS 也可以通过地址解码控制例如当地址/数据总线用于其他外围器件,ALE对应ALE,读/写输入脚/WR、/RD,/INT和单片机的/INT0连接,由于在该系统中要用到相同的时钟频率,所以我们要时钟信号引脚CLKOUT和单片机的XTAL1脚相连,达到频率一致的目的;而在复位信号的处理,可以在看门狗外围电路的RST信号输出后再通过和非门电路的相连,很好的实现了电路的复位作用。而对于控制器的收发引脚TX0,TX1与RX0,RX1,在本系统中 TX0、RX0可和收发器82C250的TXD、RXD接通。同时,在和CPU接口中SJA1000 支持对两个著名的微型控制器系列的直接连接80C51 、68xx 。通过SJA1000 的MODE 引脚可选择接口模式Intel 模式 MODE 高;Motorola 模式 MODE 低。在Intel 模式和Motorola 模式里地址/数据总线和读/写控制信号的连接。本设计中,正是使用Intel模式。对SJA1000的Vdd1~Vdd3电源输入脚,外接上驱动+5V电压;而Vss1~Vss3输出接地。设计中,对SJA1000提供16Mkz的晶振。

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第2张

  图2-4 SJA1000控制电路


  基于82C250收发电路设计

  82C250是CAN控制器与物理总线间的接口,可以提供对总线的差动发送和接收能力,与IS011898标准完全兼容,并具有抗汽车环境下的瞬间干扰、保护总线的能力。设计中,收发器的接受、发送脚原理上要和SJA1000的发送、接受脚相连接。但这样一来,两者的电气不一致,造成电气隔离,给通信带来麻烦。为此,在它们之间接上高速光耦合器6N137,避开了电气隔离,更好的实现通信联系。82C250的TXD、RXT就对应接上6N137的输出脚OUT和输入脚 IN;脚Rs作为斜率控制电阻输入端,电阻的大小可以割据总线通信速度适当调整一般在16~140KΩ之间,设计中Rs阻值为47KΩ。在通过接一个 47K电阻分流之后,可以接地。电压引脚Vcc,其电源电压:4.5V〈 Vcc〈 5.5V,在设计中采用5V电压。Vref作为基准电压输出端,设计中可以接地。而CANH,CANL脚是信号的输入输出,实现对电平信号的传送,通过它们连接上双绞线,完成通信传输。

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第3张

  基于X5045P的电路设计

  X5045P在本设计中做为复位、监控电路使用,虽然增加了电路连接的复杂和成本,但对于电路的稳定和可靠性有起到很大的作用,是系统中不可缺少的部分。对X5045的操作是通过4根口线CS、SCK、SI和SO进行同步串行通信来完成的。SCK是外部输入的同步时钟信号。在对芯片定改指令或数据时,时钟前沿将SI引脚信号输入;在读邮数据时,时钟后沿将数据位输出到SO引脚上。数据的输入/输出都是高位在先。在设计中,/CS脚和单片机P1.0、 SI、 SCK、SO、RST分别与单片机的引脚P1.0~P1.3、RST连接。对于不用到的引脚,可以直接和地相连。电路设计如下:

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第4张

  图2-10 X5045P电路监控、复位电路


  电源电路设计

  设计中,对系统的电源都一致采用DC+5V电压,光耦部分电路所采用的两个电源Vcc和Vdd必须完全隔离。为此,设计电源如下所示:

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第5张

  图2-11 电源电路

  它由AH805升压模块及FP106升压模块组成。AH805是一种输入1.2~3V,输出5V的升压模块,在3V电池供电时可输出100mA电流。 FP106是贴片式升压模块,输入4~6V,输出固定电压为29±1V,输出电流可达40mA,AH805及FP106都是一个电平控制的关闭电源控制端。两节1.5V碱性电池输出的3V电压输入AH805,AH805输出+5V电压,其一路作5V输出,另一路输入FP106使其产生28~30V电压,经稳压管稳压后输出+12V电压。从图中可以看出,只要改变稳压管的稳压值,即可获得不同的输出电压,使用十分灵活。FP106的第⑤脚为控制电源关闭端,在关闭电源时,耗电几乎为零,当第⑤脚加高电平2.5V时,电源导通;当第⑤脚加低电平0.4V时,电源被关闭。可以用电路来控制或手动控制,若不需控制时,第⑤脚与第⑧脚连接。

  接口电路总体电路原理图

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第6张

  在本电路原理中,控制单元以单片机AT89C51为核心,选用器件SJA1000作为CAN控制器,并选用芯片82C250和6N137、X5045P作为CAN控制器接口和光耦合隔离、复位电路。在实际中,应注意以下几个问题

  1. SJA1000的中断请求信号INT在中断允许且有中断发生时,由高电来此跳变到低电平,所以INT和AT0C51的INT0直接相连。片选信号CS和单片机引脚P2.7相连,当CS接到低电平时,SJA1000被选中,CPU可对SJA1000进行读/写操作。为了增强CAN总线节点的抗干扰能力。 SJA1000的TX1脚悬空,RX1引脚的电位必须维持在约0.5VCC上,否则,将不能形成CAN协议要求的电平逻辑。

  2. SJA1000的TxD和RxD并不是直接与82C250的TxD和RxD相连而是通过高速光耦合6N137后与82C250相连,这样就可以很好的实现了总线上个CAN节点的电气隔离,不过应该特别说明一点的是光耦部分电路所采用的两个电源Vcc和Vdd必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意思。电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现,这些部分虽然增加了节点的复杂,但是却提高了节点的稳定性和安全性,保护 CAN控制器正常工作。


  现场总线标准及其技术日益成为国际自动控制领域关注的一大焦点,其原因是它改变了传统控制系统的结构,形成了全新的网络集成分布式控制系统。在我国,现场总线已经发展到推广应用阶段,中国已经成为各种现场总线激烈争夺的重要战场。因此研究现场总线技术及其产品就显得尤为重要。本文正是基于控制器 SJA1000和82C250收发器的基础上,外接上看门狗电路芯片X5045P及高速光耦合器6N137,设计CAN总线接口电路,该电路理论上很好的实现了设计原理要求。该设计简单明了,在电路实现时,还需考虑各模块间的接地、屏蔽等诸多问题。PCA82C250提供对物理总线的符合CAN电气协议的差动发送和接收功能,另外,它具有的电流限制电路,还提供了对总线的进一步的保护功能。通过 82C250与物理总线进行连接,可使总线支持多达110个节点的挂接。对于CAN控制器及带有CAN总线接口的器件,82C250并不是必须使用的器件,因为多数CAN控制器均具有配置灵活的收发接口并允许总线故障,只是驱动能力一般只允许20~30个节点连接在一条总线上。
 

  本文介绍一种利用单片机的实时控制及数据处理功能,结合汽车自身速度检测与震动传感技术,实现了汽车防撞、防盗报警系统。当汽车持续倒车超过两米时会发出防撞报警信号;当汽车被锁车后,如果车体出现震动,则发出防盗报警信号。与此同时,可以从LED显示器观看报警状态以及报警持续时间和报警次数。

  防盗震动报警的基本原理

  防盗报警系统主要采用灵敏的震动传感器作为信号检测装置。防盗报警系统默认锁车以后自动打开。也可以在锁车以后通过防盗键控开关将其强行关闭。防盗检测由磁震传感器集成电路输入有效信号给单片机AT89C51。当传感器检测到震动时,输出高电平经反相器后由单片机接收进行防盗控制,控制发射器发出防盗信号(脉冲) , 驾驶员通过身边的遥控器接收信号,进行相应的处置,同时切断启动电路。

  具体工作过程如下:防盗开关与单片机的P2.0引脚相连,开关合上时,进入防盗状态,并延时一段时间,以确保主人离开, 防止误报警。当传感器检测到振动时输出高电平,经反相器后将单片机的P1.6端置0进行声光报警, P1.7端被置0切断启动电路,此时P1.4端发出连续的50kHz的脉冲经缓冲后,由发射器CZ27F发射,由遥控器接收进行声光报警。

  遥控器工作过程如下:遥控器内置单片机AT89C51,当中断0接收到边沿触发信号时进入报警程序,单片机的P1 3端置0,进行声光报警。当检测到关闭开关合上时,关闭声光报警;单片机的P1.1输出脉冲信号,发射器发射频率信号,由汽车里的报警装置接收 ,同时遥控器自身的中断0关闭,以防误报警。

  声光报警电路原理图如下:

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第7张

  图2 声光报警电路

   LED数码显示器电路

  单片机输出信号,在推动电路的配合下使LED数码显示器正常工作。显示电路是智能仪器的重要功能电路之一,为简化电路、降低成本,通常采用动态显示方式来实现,这里使用是价位较低的Max7219。采用MAX公司的MAX7219接收数据信号,并由一段电阻排阻抬高电压,最终配合7段LED显示器显示结果。

  显示电路原理图如下:

  汽车辅助系统CAN总线接口电路  第8张

  基于MAX7219的8位数码显示电路

  MAX7219具有数据锁存功能,其中所存信号LOAD与输入信号DIN以时钟信号CLK作为参考,在有效的触发沿传送数据。

版权与免责声明

本网转载并注明自其它出处的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品出处,并自负版权等法律责任。

如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。

发表评论

接线图网Copyright Your WebSite.Some Rights Reserved. 备案号:桂ICP备2022002688号-2 接线图网版权所有 联系作者QQ:360888349