基于CAN总线的轿车车灯控制系统及雷达系统的设计毕业论文

基于CAN总线的轿车车灯控制系统及雷达系统的设计

毕业论文

目 录

第1章 绪 论 .......................................................................................................... 1

1.1 国内外研究现状及CAN总线技术特点 ................................................. 1 1.2 课题研究的背景 ....................................................................................... 2

1.2.1 汽车车身电子技术 ........................................................................ 2 1.2.2 现场总线的意义 ............................................................................ 2 1.2.3 车灯控制系统及雷达系统利用CAN总线的意义 ...................... 2 1.3 毕业设计总体内容 ................................................................................... 3 第2章 方案设计 .................................................................................................... 4

2.1 方案比较 ................................................................................................... 4 2.2 总体方案 ................................................................................................. 13 第3章 硬件设计 .................................................................................................. 15

3.1 单片机的最小系统 ................................................................................. 15 3.2 灯光控制节点MCU ............................................................................... 16 3.3 灯光驱动电路 ......................................................................................... 17 3.4 超声发射电路 ......................................................................................... 17 3.5 超声波接收模块设计 ............................................................................. 18 3.6 显示电路 ................................................................................................. 21 3.7 报警电路 ................................................................................................. 21 3.8 串行通讯接口设计 ................................................................................. 22 3.9 单片机的拓展电路 ................................................................................. 23 3.10 光敏传感模块 ....................................................................................... 24 3.11 湿度传感器模块 .................................................................................... 25 3.12 稳压电路 ............................................................................................... 26 第4章 软件设计 .................................................................................................. 27

4.1 系统总体软件功能 ................................................................................. 27 4.2 J1939通讯协议 ........................................................................................ 27

I

4.3 灯光系统的流程图 ................................................................................. 28 4.4 节点接收模块 ......................................................................................... 30 4.5 节点发送模块 ......................................................................................... 31 4.6 照明灯软件设计 ..................................................................................... 33 4.7 雾灯软件设计 ......................................................................................... 34 4.8 测距系统 ................................................................................................. 35 第5章 结论 .......................................................................................................... 37 致谢 ........................................................................................................................ 38 参考文献 ................................................................................................................ 39 附录I .................................................................................... 错误！未定义书签。 附录II ..................................................................................................................... 40 附录III ................................................................................................................... 47

II

第1章 绪 论

1.1 国内外研究现状及CAN总线技术特点

本课题所研究的基于 CAN 总线的汽车车身控制系统，主要是为了简化现代汽车车身中日益复杂的电子控制设备之间的连线。在现代汽车的车身中，电子控制的部件越来越多(例如集控锁、电动车窗、后视镜、厢内照明灯、各种信号灯、座椅控制和汽车声像系统)，如果用传统的信号线连接方式会使得连接导线非常复杂和冗长。采用 CAN 总线以后，不管有多少电子部件需要控制，从控制命令发出部件所在位置，到接收部件所在位置的连线只需 2 根，故需要控制的部件越多，从命令发出地点到接收地点的距离越长(如大型车)，节约导线的效果就越明显。并且随着导线连接的简化，给汽车制造时的线束布置带来极大方便，另外在功能扩展(如再加入新的电子控制部件)时，无需重新布线，大大方便了升级换代工作。一个常用来说明 CAN 总线优点的例子是:某型汽车原来的连线总长为 500 米，使用 CAN 以后缩短为 50 米，节约导线 10 倍(总重量也会减轻)。不仅如此，CAN 总线能够方便地实现整车数据共享，使汽车的性能全面优化和高水平智能化。

CAN 总线具有卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，因此，已经在汽车工业、航空工业、控制安全防护、嵌入式网络和保安系统等领域得到了广泛应用。今天，在欧洲几乎每一辆新客车上均装配有 CAN 局域网。在国外现代轿车的设计中，CAN 己经成为必须采用的技术，奔驰、宝马、大众、沃尔沃、雷诺、劳斯莱斯等汽车都将 CAN 作为控制器联网的手段。一些汽车专家认为，就像汽车电子技术在 20 世纪 70 年代引入集成电路、80 年代引入微处理器一样，近 10 年现场总线 CAN 技术的引入也将是汽车电子技术发展的一个里程碑。

我国在 CAN 总线研究应用方面起步较晚，工程应用几乎是空白。特别是在汽车上的应用，可以说是从近年，才在几个大的汽车研究和生产单位正式启动的，目前都处于研究的初级阶段，还没有拿出产品化的成果。由于这些研究刚刚还处于起步阶段，故目前的研究重点都集中在动力系统(发动机、自动变速器、电机、电池、仪表等)的 CAN 通讯上，还没有精力针对汽车车身的电子控制部件进行 CAN 总线的应用研究。在我国，CAN 总线技术的研究开发还刚刚起步，完全国产化的、应用 CAN 总线控制动力系统的汽车还没有；CAN 总线在车身控制方面的应用还仅限于开关量控制(如车灯、车门等)。本课题所研究的 CAN 总线车身控制系统，可以简洁汽车网络的设计、促进产品的实用化和低成本化。

1

1.2 课题研究的背景

近几年来，随着汽车产业的飞速发展，汽车技术的更新周期也在缩短，汽车对电子产品的依赖性越来越突出，可以说要提高汽车的技术水平，主要靠汽车电子技术来完成。

目前，国内的汽车电子技术多数还处于初级阶段，有自主技术的汽车电子产品也不过是汽车音响、影音娱乐系统及空调等汽车媒体技术。而控制类汽车电子技术还没有形成产业，国内整车厂现在采用的汽车电子控制技术，多为直接引进国外产品或是一些中外合资企业生产、组装的产品。

汽车工业已经是我国国民经济的一个支柱型产业，2006 年中国汽车产量已经达到700 万辆，而我国的汽车零部件产业还很薄弱，特别是汽车电子技术更加落后，已经阻碍了汽车产业的迅速发展。所以，能否在电子技术上占领制高点，开发出具有自主知识产权、技术含量高的汽车电子产品，实现跨越式发展，减轻对国外汽车零部件的技术依赖，是我国汽车产业发展的当务之急。这样才能使我国的汽车技术赶上世界发达国家的汽车技术水平，为我国汽车产业的发展提供必要条件。

1.2.1 汽车车身电子技术

控制类汽车电子产品一般分为动力系统和车身控制系统两类，在本研究课题中将详细介绍车身控制技术中关于仪表和车灯控制的详细内容。车身控制系统主要是为了汽车增加辅助功能，提高驾驶的方便性、乘坐的舒适性及安全性。车身控制系统涵盖范围广，包括灯光控制系统，门窗控制系统，座椅控制系统，气候（空调）控制系统，防盗系统，导航定位系统，安全气囊，仪表板显示集控等。

1.2.2 现场总线的意义

现场总线控制系统(FCS)是 2 0 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术，它的出现引起了传统的 PLC 和 DCS 控制系统基本结构的革命性变化。现场总线技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理，使原来基于设备来选择控制和通信的方式，转变为基于网络来选择设备。随着 Internet 和 Intranet 的迅猛发展，现场总线控制技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制技术已成为工业控制领域中的一个热点。传统机电产品是否具有总线接口已成为能否在市场上生存的一个必要条件。

1.2.3 车灯控制系统及雷达系统利用CAN总线的意义

目前，现场总线有许多种类，几种有影响的总线为:基金会现场总线，LON WORKS，PROFIBUS，CAN， HART 等，由于 CAN 总线(全称为“Controller Area Network\最初是针对汽车提出的，故在汽车领域，可以说 CAN 总线占据着霸权的地位。20 世纪 90 年代以来，汽车上由电子单元控制的部件越来越多，例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊、电控门 窗、主动悬架、自动变速器、

2

汽车稳定性控制(ESP),混和动力汽车中的电机控制，电池管理系统、座椅控制之类的舒适系统、汽车声像之类的娱乐系统等等。随着这些集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，使得电子控制装置之间的通讯越来越复杂，如果用传统的信号线连接方式来连接各个控制器，不但会使控制器的引脚过多、控制器设计变得非常复杂，而且也会使得连接导线变得非常冗长(如某型汽车原来的连线为 500 米，使用 CAN 以后缩短为 50 米;采用传统连线方式的东风汽车公司的混和动力轿车，仅连接电缆就达 40 公斤)，使可靠性大大降低。博世(Bosch)公司推出 CAN 总线的最初动机，就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通讯问题，减少不断增加的信号线。CAN 总线是一种单一的网络总线，其最大的优点是:所有的控制器件都可以挂接在 CAN 总线(只有两根电线)上。

现在汽车上的网络连接方式主要采用 2 条 CAN，一条用于驱动系统的高速 CAN，速率达到 500kb/s，一条用于车身系统的低速 CAN，速率是 100kb/s 驱动系统主要连接对象是发动机控制器 ECU、ASR 及 ABS 控制器、安全气囊控制器、组合仪表等，它们的基本特征相同，都是控制与汽车行驶直接相关的系统。车身系统 CAN 主要连接对象是4 门以上的集控锁、电动车窗、后视镜和厢内照明灯等。目前，驱动系统 CAN 和车身系统这 2 条独立的总线之间尚没有关系。但人们已在设计“网关”，以实现在各个 CAN之间的资源共享，并将各个数据总线的信息反馈到仪表板上。驾车者只要看看仪表板，就可以知道各个电控装置是否正常工作了。

1.3 毕业设计总体内容

本次本业设计主要由以下几个章节构成：

第一章 绪论：绪论主要包括CAN总线国内外发展的概况、次设计研究的背景、车车身的电子技术及车灯控制系统及雷达控制系统利用CAN总线的意义。

第二章 方案设计：包括了方案的选择及总体框图的设计，确定了系统的总体设计方案。

第三章 硬件设计：硬件设计主要包括稳压电路、灯光控制节点MCU、超声发射电路、超声波接收电路、灯光驱动电路、单片机的外围系统、显示电路、报警电路、单片机的拓展电路和A/D采样电路。

第四章 软件设计: 包含了本设计的主体流程图和汽车灯光控制系统和雷达系统的各个模块的子程序流程图及其相对应的子程序，具体阐述了软件系统的设计。

第五章 设计总结：总结了本次毕业设计学到知识点和本次设计遇到的难题和解决这些难题的方法，受益良多。

3

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fig7.html