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(多图) 2.4G射频的CAN总线汽车故障诊断仪

来源:单片机及嵌入式系统应用/武汉理工大学 黄涛 王小辉?? 2008年02月18日 ?? 收藏0

  控制器局域网络CAN(Controller Area Network)为汽车内部各种复杂的电子设备、控制器、测量仪器等提供了统一数据交换渠道,已得到广泛的应用。目前,太多数汽车部件都提供了CAN总线通信接口。

  在当今的中高档汽车中,都采用了CAN总线技术。针对车载CAN总线会出现的故障.结合射频和USB的优点,依靠KWP2000应用层规定的故障代码,本文提出了一种基于车载CAN总线故障诊断仪设计方案。本方案成本低廉,携带方便,具有很强的灵活性与适应性。

  1 方案设计

  系统总体设计框图如图l所示。系统分为发射端和接收端两部分。

系统总体设计框图

  由于采用射频技术,使汽车CAN总线数据采集部分和CAN总线数据诊断部分得以分离,无需连线,不受空间场地限制,安装携带方便。按照ISO有关标准, CAN总线传输速率最高可达1 Mbps;但由于汽车内部特殊环境,车载CAN总线速率一般在250 kbps。本系统中射频速率最高可达l Mbps,可以很好地满足数据传输要求。

  发射端采用USB作为接收模块和PC接口。USB与RS232或PCI接口相比,具有用户使用方便,设备自动识别,自

动安装驱动程序和配置,支持动态接入和动态配置等优点;其传输速率可达几十Mbps,并且支持同步和异步传输方式,保证带宽,传输失真小。

  PC端应用层软件整合KWP2000的应用层协议。KWP2000是由瑞典制定的一种车载故障诊断协议,已在微机控制的自动变速器、防抱死制动系统、安全气囊、巡航系统中得到广泛应用。它基于OSI七层协议,符合IS07498标准。其中第1~6层实现通信服务的功能,第7层实现诊断服务的功能。其应用层提出了一套完整和标准化的诊断代码,本系统利用KWP2000的应用层协议,对采集到的CAN总线数据进行分析,以实现故障诊断的功能。

  2 硬件实现

  2.1 系统所用芯片简介

  2.1.1 nRF2401芯片

  nRF240l 是单片射频收发芯片,工作在2.4~2.5GHz ISM频段;内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和标准SPI等功能模块;输出功率和通信频道可通过软件进行配置,共有125个频道可使用,而且最高速率可达l Mbps。芯片具有1.9~3.6 V宽工作电压,工作能耗非常低。当以一5 dBm的功率发射时,工作电流只有10.5 mA;接收时,工作电流只有18 mA。

  nRF240l有4种工作模式:收发模式、配置模式、空闲模式、关机模式。其工作模式由PWR_UP、CE、CS三个引脚和配置字节最低位TX_EN来决定。

  收发模式分为DirectMode和ShockBurst。前者在片内对信号不加任何处理,与其他射频收发器相同。后者使用片内FIFO堆栈,数据从 MCU低速送入,但高速发射,而且与射频协议相关的所有高速信号处理都在片内进行。例如,nRF240l在ShockBurst收发模式下自动处理字头和 CRC校验码,在接收时自动把包头和CRC校验码移去;在发送数据时自动加上字头和CRC校验码。

  2.1.2 TMU3100芯片

  TMU3100是台湾Tenx公司2005年推出的RISC内核的单片机。它嵌入了完全兼容USBl.1协议的USB控制器,并且提供了低速USB接口和3个端点,其中1个控制输入/输出端点和2个中断输入端点。

  TMU3100可以配置为标准的HID类,可以使用Windows操作系统自带的HID类驱动程序。这样可以省去开发设备驱动程序的工作,缩短开发周期。TMU3100芯片结构框罔如图2所示。

TMU3100芯片结构框

  2.1.3 PICl8F2682芯片

  PICl8F2682是Microchip公司新推出的8位低功耗CAN微控制器,主要资源有:内置标准CAN模组、80KB闪存程序存储器、1 KB数据E2PROM、3.3 KBRAM存储器、8通道ADC、1个8位和3个16位T1MER、1个SPI和I2C串行通信端口和可编程欠压复位功能及低电压检测电路。

  PIC18F2682内置增强型的CAN总线模块,该模块包含CAN协议引擎、信息缓冲和信息控制。CAN协议引擎自动处理CAN总线上所有接收和发送的消息,它可以在接收或发送信息时对数据帧进行解析。只需要首先设置适当的寄存器就可以发送信息,通过相关的寄存器即可得到信息传输的状态。

  2.2 硬件电路

  2.2.1 发射端电路原理

  图3是系统发射端电路原理。CAN总线接口使用Microchip公司内置CAN模块的PIC18F2682单片机,并由光耦6N137进行总线隔离;CAN总线收发器采用MCP2551。

发射端电路原理


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射频? CAN总线? 故障诊断仪?

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