摘 要

为了满足汽车电子器件的通信需求，CAN总线技术应运而生，车辆智能终端也得到了极大地发展。研究CAN总线技术在汽车上的应用可以提高汽车的行车安全性、操纵稳定性、动力性和燃油经济性，提高我国汽车研发的自主创新能力和发展汽车电子技术。出于这个目的，本文进行了基于CAN总线的车辆智能终端的设计，将各数据进行采集并显示在车辆终端。

论文首先说明了研究本课题的作用和意义，介绍了国内外基于CAN总线的车辆智能终端系统的发展现状，并对本课题的研究内容作了简要介绍。然后总结了CAN协议的层结构、帧格式和报文传输的详细内容，同时按照SAE J1939协议对各个参数和参数组已有的部分进行了总结，对未规定的部分进行了定义，完成了CAN协议应用层的自定义和开发。本文第三部分确定了CAN硬件系统的总体方案，对硬件系统的选型，同时设计了各个连接电路。本文的第四部分基于LabVIEW，完成了系统软件的设计，包括CAN报文发送模块、CAN报文接收模块、CAN通讯模块程序的编写，除此之外，对LabVIEW前面板进行了设计。最后完成了系统的调试。

调试结果表明，自定义的CAN应用层符合J1939协议，设计的硬件系统满足设计要求，编写的程序能够实现CAN报文的接收和发送，并将所需需数据进行解析，最终显示在前面板上。本文的设计满足要求，能够实现数据的显示。

研究特色：本文定义了适合于车辆智能终端的CAN应用层协议，并且利用LabVIEW（虚拟仪器平台）设计了一套监控系统用于采集CAN信息，调试是通过两台电脑完成，不需要在实际的车速进行。这些都极大地提高了设计效率，降低了设计成本。

关键词：CAN；智能终端；J1939；硬件系统；LabVIEW；调试

Abstract

To meet communication requirements among electron device,CAN bus came into being and vehicle smart terminals developed a lot.Researching the application of CAN bus technology in the vehicle can improve vehicle safety,handling stability,dynamic property,fuel economy and the capability of independent innovation and develop automobile electronic technology.To achieve it,this paper designs vehicle smart terminal based on CAN bus,collecting data and showing data on the terminal.

Firstly,this paper explains the meaning of studying the project,introduces current situation of vehicle smart terminals based on CAN bus in domestic and abroad and briefly introduces research contents.Secondly,this paper concludes details of emergent structure,frame format and message transmission of CAN protocol.Thirdly,this paper determines overall scheme of hardware,selects hardware model and designs connecting circuit.Fourthly,based on LabVIEW, this paper finishes designing of system software,including writing program of sending messages, receiving messages and interpreting data.Besides those,based on LabVIEW,this paper designs front panel.Finally,it finishies system debugging.

The result of debugging shows that custom CAN application layer conforms with J1939 protol.The designed hardware system meet design requirements.The program can achieve function sending messages,receiving messages,interpreting data and showing data on the front panel.In this paper,the design can meet design requirments and showing data.

The features of this paper:This paper defines CAN application layer which is fit to ehicle smart terminals and designs a monitoring system to gather imformation,which is based on LabVIE(platform of virual instrument).And the debugging is done by two computers instead of practical vehicle.All of this greatly increased design efficiency and reduces cost.

Key words:CAN；vehicle smart terminals；J1939；hardware system；LabVIEW；debugging

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景和意义 1

1.2国内外的发展现状 2

1.2.1国外发展现状 2

1.2.2 国内发展现状 3

1.3课题的介绍 3

1.4 课题的研究内容 4

1.5 本章小结 4

第2章 CAN协议应用层的自定义和开发 5

2.1 CAN技术规范的介绍 5

2.1.1 CAN 的层结构 5

2.1.2 报文传输 6

2.2 CAN应用层的自定义和开发 8

2.2.1 SAE J1939协议的网络结构 8

2.2.2 SAE J1939协议的编码规则 9

2.2.3 应用层通讯协议设计 11

2.3 本章小结 16

第3章 CAN硬件系统的设计 17

3.1 系统总体方案的设计 17

3.1.1 主要模块的设计 17

3.1.2 系统网络拓扑结构的设计 17

3.2 系统硬件的选型与设计 19

3.2.1 微处理器的选型 19

3.2.2 CAN控制器的选择 22

3.2.3 CAN收发器的选择 22

3.2.4 信号隔离芯片的选型 23

3.2.5 复位芯片的选择 23

3.2.6 AD转化器的选择 23

3.2.7 仪表盘的设计 23

3.3 连接电路的设计 24

3.3.1 信号处理电路的设计 25

3.3.2 微处理器与CAN控制器连接电路的设计 28

3.3.3 CAN通信电路的设计 29

3.3.4 接口电路的设计 30

3.3.5 电源电路的设计 32

3.3.6 时钟电路的设计 32

3.3.7 复位电路的设计 32

3.4本章小结 33

第4章 系统软件的设计 34

4.1 LabVIEW的介绍 34

4.2 系统的软件设计 35

4.2.1 CAN通讯模块的设计 35

4.2.2 报文解析模块的设计 37

4.2.3 前面板的设计 43

4.3 本章小结 46

第5章 系统的调试 47

5.1调试设备的介绍 47

5.1.1 GY8508 USB-CAN总线适配器 47

5.1.2 NI9682高速CAN接口卡 48

5.2 系统的调试 48

5.2.1 调试的准备工作 48

5.3 调试结果的分析 51

5.4 本章小结 51

第6章 总结与展望 52

6.1 研究总结 52

6.2 研究展望 52

参考文献 54

致谢 55

第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

随着汽车行业的快速发展和汽车的普及，汽车智能化、便捷化越来越成为人们挑选汽车所看中的要素，而这与上个世纪70年代发展起来的一门技术——汽车电子息息相关。汽车电子技术应用于汽车的各大系统，包括汽车安全控制系统、主动悬架系统、安全气囊系统、防抱死制动系统、4轮驱动系统、多向可调电控座椅等^[1]。汽车电子化提高了汽车各方面的性能，同时在汽车电子的基础上产生了各种多媒体技术、娱乐设备、GPS导航系统，各种车载网络的芯片应运而生。在国外，一辆汽车上汽车电子的投入的费用一般比较多，欧美汽车上汽车电子费用大概占总费用的15%～20%，世界汽车上汽车电子花费的平均费用从19世纪90年代的10%左右提高到这个2003年的20%左右，发展比较快，但是我国在这方面的投入比较少，目前只有百分之几。车载智能系统可以实现多方面的功能，一方面可以提供导航、生活、安全、商务和娱乐相关的各种车载服务，车载智能系统可以在保证安全的前提下，尽可能地提高用户的体验感，另一方面， 除了可以实现传统的新闻广播、导航、道路救援等功能外，还可以实现动态停车位搜索、车票预订、收发电子邮件、社交网络、进行电话会议等功能。研究车载网络和智能终端系统，一方面可以促使越来越多的人去关注车载网络、关注车辆智能终端系统、关注汽车电子化和智能化，增强我国汽车在汽车电子方面的实力，提高汽车自主研发的科技创新能力，使得国产车更具有竞争力；另一方面，也可以提高人们驾车出行时的安全性和驾驶体验，通过对各种行车信息、车灯信息等的监测并在终端显示屏上显示，人们可以更好地了解汽车的运作情况，以及时采取措施，防止出现车祸的发生，而另外一些终端系统注入GPS定位系统，娱乐设备，增加了人们的驾驶体验，使得出行更方便。

目前，绝大多数车用总线被美国工程师协会SAE下属的汽车委员会按照协议的特性分成了A、B、C和D类^[2]。在四类总线中，目前使用最多的就是CAN总线了。CAN总线是基于CAN协议的，CAN协议是博士公司为了解决汽车内部复杂线路问题而提出来的串行通信协议，广泛应用于汽车、工业自动化和工业智能化等领域^[3]。相比于其他的现场总线，CAN总线的主要技术特点如下：任何一个节点都可以发送信号，但是只有一个节点可以接收信号，是一种典型的多主方式；CAN总线中含有一个仲裁机制，不同的节点具有不同的优先权，优先级高的节点最先访问，而较低的优先级则会退出访问，这样可以保证传送信息的秩序，即使传送信息多网络也不会瘫痪；通信距离可以长达10Km，此时通信速率低于5kbps，通信速率可以高达10Mb/s，此时通信距离最长40m；CAN信息采用数据帧结构，当数据较长时，会被分成一个个较短的数据帧结构，这样传输的时间短，出现错误的几率小；而且CAN总线有相应的错误自检机制，每个节点都可以检测错误，一旦出现错误，该节点将向其他节点发送信息；通讯介质有双绞线、同轴电缆或光纤等多种，种类较多。汽车上绝大部分的电子元件之间的通信都离不开CAN总线。而且，CAN总线作为目前为止唯一有国际标准的的现场总线，使得基于CAN总线进行车辆智能终端的设计更为方便、准确和可靠。所以本文中采用CAN总线来进行车辆智能终端的研究，即研究课题为基于CAN总线的车辆智能终端的设计。

1.2国内外的发展现状

1.2.1国外发展现状

CAN全称为控制器局域网络(Controller Area Network），是19世纪博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 进行了几次标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议，也是国际上应用最广泛的现场总线之一。由于CAN的广泛使用，在不同不同的领域有着不同要求，所以有必要对CAN通信报文进行的不同的标准化规定，上个世纪90年代先后年制定了CAN技术规范（VERSION2.0)和高速CAN国际标准（ISO11898），CAN技术规范为汽车智能化提供了很好的技术规范支持^[4-6]。除此之外，系统元件的芯片较为丰富和先进，1987年英特尔公司开发了第一片CAN控制器芯片^[7]，不久后，菲利普公司也开发了另一种CAN控制器芯片。到目前为止，已经有越来越多的与CAN相关的芯片公司。