C8051F040的车用CAN总线智能节点设计

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                    ???? 电气与电子系统是车辆的重要组成部分，其工作状态直接影响车辆的性能。按照传统设计思想设计车辆电气系统时，往往采取堆积各种子系统的途径来提高系统的性能，因此车辆内部各子系统之间单纯面向任务而不考虑与全局的关系。随着子系统及装置数量不断增加，传统设计方法遇到了一系列问题：线路增多、布线复杂、电磁干扰增加、系统可靠性下降、检查维修困难等。为了解决上述问题，现代车辆采用了综合电子系统。总线是综合电子系统的基础，通过总线节点，综合电子系统可采集、使用、分配和共享车内所有电子系统的各种信息，达到弱化矛盾、增强整体功能的目的。CAN总线由于具有性价比高、可靠性高、实时性好、灵活性强等特点，得到广泛应用。本文针对CAN总线，提出了一种基于C8051F040的通用总线智能节点的设计方法。
　　1 、总体设计
　　本文采用C8051F040单片机作为智能节点的主控芯片来设计CAN总线通用智能节点。智能节点通过现场信号调整、高速数据采集获取该节点下设备的参数，并通过总线收发器将数据发送到CAN总线，同时根据参数及总线上的其他信息和命令对设备进行控制。通过CAN总线智能节点，可将车辆电气系统各子系统及设备紧密联系在一起，构成一个实时控制网络，如图1所示。




　　2．1 模拟信号采集电路
　　模拟信号采集电路用于采集受控设备输出的模拟信号。该电路由模拟信号调整电路、SPI总线A／D转换器MCP3208、高速光电耦合器2801以及外围电路组成，其电路原理图如图3所示。




　　2．3 CAN总线接口电路
　　由于C805lF040内部集成了CAN总线控制器，外电路中只要设置总线收发器即可完成通信。CAN总线接口电路用于完成CAN总线通信，由总线收发器VP251、光电耦合器0211及外围电路组成，其电路原理图如图5所示。




　　2．5 电源电路
　　电源电路用于向其他功能电路供电。电源由输入滤波器CXDB2、电源模块PWB2405、三端稳压器AMS1117及外围电路组成，其电路原理图如图7所示。





　　3．2 信号采集程序
　　智能节点信息采集量较大，如何实现对多种、多路信号实时采集是系统设计的关键。电气系统典型信号主要包括模拟信号、开关信号等。采集模拟信号时，利用外部12位A／D转换器，采用软件查询的方式采集模拟信号并进行数字滤波处理。由于所要采集的模拟信号较多，因此必须实现采集通道动态切换；采用定时扫描C8051F040数字I／O口的方法采集数字信号。
　　3．3 CAN通信程序
　　C8051F040内部的CAN控制器集成了用于接收及发送的所有硬件，与使用外部CAN控制器相比，可以大大减少占用CPU的时间。CAN总线接收采用中断方式完成，发送采用查询方式完成。CAN总线接收和发送的流程如图9所示。




　　4 结论
　　本文提出了一种基于C8051F040单片机的CAN总线智能节点设计方案。通过该智能节点能够实现设备的数据采集与控制，而且根据需要加入适当算法后，还可以实现智能控制和故障诊断等功能。该智能节点已应用于某型车辆的模拟教学平台中，通过由16个节点组成的CAN控制网络完成了对整个平台设备的综合控制，性能良好。