基于CAN总线的数据采集系统研究与开发

论文摘要

随着汽车电子技术的飞速发展,汽车车身电子设备不断增加。传统的线束已远远不能满足复杂的控制系统要求。汽车CAN总线技术的引入给汽车电子控制技术带来了新的飞跃。车身采用CAN总线技术不仅满足了车身控制的功能要求,降低了成本,简化了车身冗余线束,而且实现了汽车控制系统的智能化和网络化。本文对现场控制总线技术进行了讨论,并对CAN总线控制协议进行了深入的探讨。主要研究了CAN网络协议的技术规范,简要介绍了CAN总线的一些基本概念和基本组织原则,描述了CAN的分层结构中的数据链路层和物理层,详细阐述了CAN总线的报文、帧格式、错误类型以及检测错误能力,并对CAN总线技术的现状与发展趋势进行了分析。本文针对CAN协议中节点的优先级动态分配算法进行了分析与改进,对CAN总线的主要组成器件CAN控制器和CAN收发器进行了选型,并分析了CAN控制器SJA1000和收发器PCA82C250的原理和应用,在此基础上提出了基于CAN总线的车辆数据采集系统的软硬件设计方案,设计出了最小系统节点数据采集系统和CAN总线适配卡。系统经调试后运行稳定可靠,达到了最初的设计要求。系统的硬件部分体积小巧,成本低廉,整个系统可靠性高,目标扩展性好,可以应用到基于CAN总线的其他网络系统中,实现对其内部网络监控和数据采集。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现场总线技术概述
• 1.1.1 现场总线技术的一些特征
• 1.1.2 现场总线的种类
• 1.1.3 几种常用现场总线比较
• 1.2 课题背景与研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 CAN总线技术研究
• 2.1 CAN总线的产生与发展
• 2.2 CAN总线的特点
• 2.3 CAN的功能结构与报文传输
• 2.3.1 CAN的分层结构
• 2.3.2 CAN的报文格式
• 2.3.3 CAN总线编码方式
• 2.4 CAN通信协议研究与分析
• 2.5 CAN总线在汽车上的应用
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于CAN总线的数据采集系统整体框架设计
• 3.1 最小系统节点硬件设计
• 3.1.1 MCU选择及其外围接口
• 3.1.2 开关量信号采集
• 3.1.3 CAN通信部分电路设计
• 3.1.4 调试接口电路
• 3.2 CAN总线适配卡硬件设计
• 3.2.1 8031与SJA1000电路
• 3.2.2 双口RAM电路
• 3.3 本章小结
• 第四章 数据采集系统CAN协议改进及软件实现
• 4.1 CAN协议优先级分配算法的一种改进与实现
• 4.1.1 CAN协议的时延分析
• 4.1.2 CAN协议中优先级的动态分配算法
• 4.1.3 一种改进的优先级动态分配算法
• 4.1.4 模拟仿真与结果分析
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 GAL器件编程
• 4.2.2 高级语言C51
• 4.2.3 最小系统节点软件设计
• 4.2.4 CAN适配卡部分软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与未来展望
• 5.1 总结
• 5.2 未来展望
• 附录部分
• 附录一 最小系统硬件电路图
• 附录2 CAN总线适配卡电路图
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果