硕士学位论文基于CAN总线的车载信息系统的研究与设计.doc

（申请工学硕士学位论文） 基于CAN总线的车载信息系统的研究与设计 基于CAN总线的车载信息系统的研究与设计 汤 波 武汉理工大学 培养单位 ：信息工程学院 学科专业 ：通信与信息系统 研究生 ： 指导教师 ： 2012年 4月独 创 性 声 明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签 名： 日 期： 学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）： 导师（签名）： 日期 中文摘要车载信息系统是用于汽车行驶过程中将车身的各种状态信息进行采集、处理、通信、显示及存储的信息控制系统。作为车载信息系统极为重要的一部分，汽车电子技术的发展有着重要的意义，而先进传感技术的采用推动了汽车电子技术的发展，随之而来的是车载信息系统变得越来越完善。车载信息系统早已向着智能化、数字化的方向发展：先进传感技术制造的汽车电子仪器采集车身信息；数字仪器显示方式代替指针表显示；汽车行驶过程中车身信息存储为汽车行驶状态的数据分析提供了依据等。从发展中可了解到车载信息系统的研究和发展方向：采用先进传感技术给驾驶员提供尽可能丰富和精确的车身状态信息；各类总线的采用为总线通信技术在汽车上的应用提供了相关的研究资料；车身信息的集中显示给驾驶员提供了方便的交流界面；车身信息的存储为研究人员对汽车行驶时的状态的分析提供了数据依据等。总体说来，车载信息系统在汽车上的应用从多方面为驾驶员及相关研究人员提供了方便。车载信息系统的构建包括车身信息采集、数据的总线通信、信息的液晶显示和数据存储。本论文致力于车载信息系统的研究，深入讨论了系统的设计思想与实现方式，提出采用CAN总线通信方式，通过检测模块来采集车体信息。设计出集信息采集，数据通信和显示为一体的车载信息系统。本论文的主要研究工作包括：车身信息检测模块的设计、iCAN通信协议的应用和显示模块的设计。系统针对车身环境设计多个适用于汽车的传感模块，通过设计合理的CAN总线通信接口电路与其他模块进行通信，将采集的信息数据集中显示。本系统设计数个适用于车身环境的车身信息检测模块，研究了现代传感技术在汽车电子仪器制造方面的应用；系统采用iCAN协议通信，在数据通信的稳定性和可靠性上与其他类型的总线相比有无法比拟的优越性；液晶显示屏代替了传统的机械指针式仪表，为驾驶员提供更方便有效率的界面，可观性更强。本论文在介绍车载信息系统的同时为汽车电子技术的发展方向提供了一个参考的方向，也为CAN总线在车载网络应用的研究提供了参考。关键字：车载信息系统，汽车电子技术，传感技术，CAN总线通信技术，iCAN通信协议AbstractVehicle information system is a control system used for information collection, information processing, data communication, information display and storage of the information of driving car. As a very important part of vehicle information system, the development of vehicle electronic technology plays an important role. Advanced sensor technologies promoted the development of vehicle electronic technology, the attendant is vehicle information system become more and more perfect. Now, vehicle information system is more and more intelligent and digital; advanced sensor technology used to produce more advanced vehicle electronic instruments for gathering vehicle information; convenient digital instrument replaced the previous pointer table display; storage of information of driving car provides evidence for data analysis. Thus we can understand the development direction of Vehicle information system: the advanced sensor technology used to collect accurate information of vehicle; the application of various types of bus on the vehicle provided research data of bus communication technology. The display of collected vehicle information provided convenience communication interface for driver; the storage of the driving car information provide data basis for researchers analysis. Application vehicle information system on car provided convenience for the drivers and researchers.Vehicle information system included such parts: vehicle information collection, data communication, display vehicle information and data storage. This thesis is devoted to the research of vehicle information system, it discusses the way of system design and implementation, such as use CAN bus for communication mode, gather vehicle information from sensor instrument, design a vehicle information system that can combination vehicle information collection, data communication and information display. The main work of this thesis includes: design several vehicle information sensor, application iCAN communication protocol in system, design display module of vehicle information. All sensor module design for vehicle is based on automobile environment, through the rational design of hardware electro circuit for receiving and transmitting by CAN-bus, we can communicate with other module and display the collected information and data.System designed several sensor module that suit for Vehicle environment, researched the application of advanced sensor technique in vehicle electronic instrument manufacturing; ICAN communication protocol had been used for system design, it provided more stability and reliability then other CAN-bus communication protocol in this system; observable liquid crystal display (LCD) instead of the traditional mechanical pointer type instrument provided convenient and efficient interface, for the driver. This thesis not only introduces the vehicle information system, provide a reference for the development direction of vehicle electronic technology, but also provided reference for the CAN-bus in vehicle network.Key Word: Vehicle information system, Vehicle electronic technology，Sensing technology, CAN-bus communication technology, iCAN communication protocol目 录第1章绪 论11.1 车载信息系统研究的背景及意义11.2 汽车电子技术及车用总线国内外的研究应用现状21.3 CAN总线及iCAN协议的介绍51.4 论文组织结构8第2章 车载信息系统总体结构分析102.1 系统总体功能分析102.2 系统的通信架构分析102.2.1 系统网络结构分析102.2.2 系统节点分配112.3 系统硬件结构分析132.4 系统软件设计分析142.5 本章小结14第3章 车载信息系统硬件设计163.1 CAN通信接口和电源硬件设计163.1.1 CAN总线通信接口的设计163.1.2 电源模块设计183.2 主屏显示模块硬件设计183.3 车身信息检测模块硬件设计213.3.1 电源电量检测模块硬件设计213.3.2 双电瓶隔离模块硬件设计273.3.3 水位检测模块设计303.3.4 温度检测模块设计353.3.5 湿度检测模块设计383.4 本章小结39第4章 车载信息系统软件设计414.1 系统各模块的软件设计414.1.1 主屏显示模块软件设计414.1.2 电池电量检测模块软件设计434.1.3 双电平隔离器模块软件设计454.1.4 水位检测模块和湿度检测模块软件设计464.1.5 温度检测模块软件设计474.2 iCAN通信的软件设计474.3 本章小结50第5章 系统调试结果515.1 检测模块功能调试515.1.1 电池电量检测模块调试515.1.2 双电瓶隔离模块调试515.1.3 水位检测模块调试535.2主屏显示模块调试535.3 iCAN通信功能调试545.4 本章小结56第6章 总结与展望576.1全文工作总结576.2后续工作的展望57致 谢59参考文献60第1章 绪 论随着科技的日益发展，各类电子仪器逐渐与人们的日常生活相结合，使用范围也日益广泛。与人们生活紧密相关的出行工具汽车采用的电子仪器也越来越多，车载信息系统就是在这种情况下产生的。汽车上车载信息系统的应用极大的方便了驾驶员的行车驾驶。随着汽车制造行业的飞速发展和汽车的普及，车载信息系统的重要性也越来越大。通过近半年查阅有关国内外文献和调查国内汽车车载信息系统的发展情况了解到：随着交通部门对汽车车辆信息的重视越来越高，车载信息系统的研发已经成为汽车车载系统领域的热点技术1 张永良，李波.基于串行通信的车载信息系统的设计J.汽车电子子世界，2005，12：61-65.。从动力控制系统到传动控制系统，从行驶、制动、转向控制系统到必要的安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理系统到为提高出行和生活舒适性而作的各种努力等各方面来看，汽车电气系统早已形成了一个复杂的大系统。作为汽车电气系统重要组成部分的车载信息系统的数字化、智能化已成为趋势所向2 张旭东等.微机实用接口技术M.科学技术文献出版社，1993，8：37-45.。随之而来的是各种针对特殊情况和需求的汽车电子仪器不断的被设计和创造出来，应用新型汽车电子仪器的车载信息系统也不断的被开发和装载到车辆上。论文描述的基于CAN总线的车载信息系统是针对长时间在野外行驶车辆的需求而设计的。本系统为驾驶员提供车辆上有利于长时间野外行车的信息，根据这些信息驾驶员能有计划的用车。本系统还针对野外行车时的一些特殊情况设计了相应的解决措施，从而保障行车正常。1.1 车载信息系统研究的背景及意义20世纪90年代初，美国和德国开发了完整的数字式汽车车载信息系统，用以方便于汽车驾驶员的驾驶。目前这种技术又得到修正和完善。就国外水平来讲，车载信息系统的实体形式早已在美洲和欧共体试用多年。自1999年开始，美国的Ford汽车公司开始在它的车辆上安装车载信息系统，美国其他一些知名汽车公司也开始在部分车上试装车载信息系统。德国、美国和瑞典的汽车在2001年也将相继安装车载信息系统3 赵国军等.具有黑瞎子功能的汽车仪表盘的设计与研究J.电子技术，1996，11：21-22.。就国内这方面的发展来讲，研发汽车车载信息系统的厂家较少。考虑到中国强大的汽车市场和发展趋势，我们应该对汽车车载信息系统的市场持积极的态度4 赵国军.一种具有行车工况记忆功能的智能汽车仪表J.中园仪器仪仪表，1996，5：15-16.。随着现代微电子技术的发展，汽车车载信息系统向着电子化、数字化的趋势发展，所以促进汽车车载信息系统智能化和数字化的研究将成为今后车载信息系统的主要课题5 张旭东等.微机实用接口技术M.科学技术文献出版社，1993，8：37-45.。本论文的内容以汽车电气系统中的车身信息采集和应用各种传感技术的汽车电子仪器为研究和设计的出发点，采用了CAN总线通信技术，设计出针对特殊需求车辆，集车身信息采集、传输、显示与控制为一体的系统。论文首先从车辆需求的车载信息系统采用的汽车电子仪器开始，分析了传感器信号采集的工作原理和方式，设计了针对特殊车辆车身信息的检测模块，通过CAN总线通信将检测的车身信息送入显示模块整合显示，使所需车身信息一目了然6 K.Rogers Jack. AutomobileInstrument Panel ModernPlastics，1991，68：102-124.。本系统的设计满足了长时间野外行驶车辆的需求，也为车载信息系统的数字化、智能化研究提供了良好的参考。1.2 汽车电子技术及车用总线国内外的研究应用现状随着科技的高速发展，人们生活水平日益提高，汽车作为日常出行的代步工具逐渐普遍化。伴随科技发展，汽车动力性能逐渐提高，人们渐渐对汽车产业提出了其他方面的要求。汽车电子技术正是用于满足人们的这些要求而产生的。各种汽车电子仪器不断的被设计出来，应用于在车辆，使汽车不断的电子化。这些汽车电子仪器应用于汽车上有利于增加汽车的驾驶安全性、降低燃料消耗、减少尾气排放和增加驾乘的舒适性和便捷性等。如今，汽车电子化已被公认为汽车技术发展过程中的重要进步，汽车电子技术作为衡量现代汽车各方面技术水平的一个重要标志，是现今汽车产业用来开发新类型产品，改进汽车总体性能最重要的技术手段和措施7 李宏才现代汽车制动控制系统的发展与展望J世界汽车，2001(2)：2-7.。汽车电子技术基础来源于半导体行业、传感器和软件行业等电子技术行业的发展，是一个复杂、多门类、知识度密集的高新技术领域。汽车电子技术涉及电子、机械、通信、计算机等多个前沿学科。新一代的汽车被称为电子化汽车，是先进的汽车工业和电子技术相结合的产物。图1-1 车身电子仪器应用分布图汽车的出现改变了世界，而改进汽车并使其发生巨大变化的是电子信息化。汽车广泛地采用电子信息技术，用来提升总体性能和增添各种服务功能，以满足人们各方面的方面的需求。如今，汽车电子技术的发展以提高舒适性、节能性、环保性、安全性这四个方面为主题。汽车电子化正是围绕这四个方面，逐步的提升汽车的总体性能8 彭湘德.汽车电子化J.机械与电子，1991，2.。汽车电子化的实现有赖于电子控制单元ECU（Electric Control Unit）技术的发展。电子控制单元的核心是微控制器，而汽车是使用微控制器最多的行业之一。随着电子技术的迅猛发展及其在汽车上的广泛应用，汽车电子化的程度越来越高，从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制到安全保证系统及仪表报警系统，从电源管理到为了提高舒适性而进行的各种研究，使汽车电子系统成为了一个庞大且复杂的系统。这些系统除了各自的电源线外，还需要相互之间通信。但是传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间少有联系，这样必然造成庞大的布线系统。不难想象，若仍沿用常规的点对点的布线法进行布线，那么整个汽车的布线将极其冗繁。无论从电气布线材料成本还是整体的工作效率来看，传统布线方法都将不能适应如今汽车产业的高速发展。若采用总线的方式布线就可以减少导线数量，提高电气系统布线的可靠性和可维修性9 G.Cena，A.Valenzano. An improved of CAN Fieldbus for Industrial ApplicationJ. IEEE Tran.Industrial Electronics，1997，44(4).。图1-2 CAN总线汽车电气系统布线方式目前，绝大多数车用总线都被SAE(Society of Automotive Engineers 美国汽车工程师协会)下属的汽车网络委员会按照协议划分为A，B，C，D四类10 阳宪惠.网络化控制系统M.北京：清华大学出版社，2009，9.。A类是面向传感器或执行器管理的低速网络，它传输数据的位速率通常小于10KB/s，主要用于调整后视镜，电动窗和灯光照明等设备11 Gabrel Leen，Dond Heffernam and Alan Dunne. Digital Networks in the Automotive VehicleJ. IEE Computing&Control Engineering journal. 1999，10(6)：257-266.；B类是面向独立控制模块中信息共享的中速网络，位速率一般在10KB/s125KB/s之间，主要用在车身电子的舒适性模块和显示仪表等设备中；C类是面向闭环实时控制的多路传输高速网络，位速率多在125KB/s1MB/s之间，主要服务于动力传动系统12 Charles Murray. Automotive Group Divide on Road to Data BusJ. EETimes.2000，9.；D类网络则是面向多媒体设备，高速数据流传输的高性能网络，位速率一般在2MB/s以上，主要用于液晶显示等设备。就目前车用总线的主流而言，由CAN(Controller Area Network 控制器局域网)规范所衍生出来的B类（低速容错）和C类（高速CAN总线）车用总线系统覆盖了汽车中绝大部分可以用到网络的范围，而且由于CAN总线的网络特性与节点成本等特性在汽车行业中受到了人们的青睐，被普遍认为是车载网络领域最有发展前途的总线规范之一。多种多样的车用总线的采用使汽车的动力性能，经济性，安全性，舒适性等各方面有了很大的提高。随着人们对汽车各方面性能提出更高的要求，汽车制造业的各种技术必会不断地提高和发展，同样车载网络的市场规模必然会不断的发展壮大。然而目前而言，不可能在短时间内出现一套统一的解决方案能完全满足人们针对车载网络在性能成本上所提的一切要求。车载总线领域仍将长期保持目前这种多协议规范互相竞争共存的态势，甚至还会出现在同一国际标准下并存有多种兼容总线的格局13 阳宪惠.现场总线技术及其应用M.北京：清华大学出版社，1999，6：1-5.。1.3 CAN总线及iCAN协议的介绍20世纪80年代末，为了提高控制单元间通讯的可靠性和降低导线成本，德国Bosch公司及几个半导体集成电路制造商开发了CAN总线协议，并使其成为国际标准14 ISO-11898. Road vehicle-Interchange of digital information Controller Area Network(CAN) for high-speed communication，1993.。CAN总线的全称为“Controller Area Network”，即控制器局域网。1989年，Intel公司率先开发出CAN总线协议控制器芯片。随后CAN总线技术逐渐的应用于各行各业，比如汽车制造生产行业。如今，世界上一些著名的汽车制造厂商，如奔驰、宝马、保时捷和美洲豹等都采用了CAN总线来实现汽车内部的控制系统和各检测和执行模块间的数据通信。目前为止，世界上已经拥有20多家CAN总线控制器芯片生产商，仅在欧洲地区销售的带有CAN的器件数量就过亿件。CAN总线己被公认为几种最有前途的现场总线之一。CAN总线技术产生后，逐渐的被用于各行各业。1992年，梅赛德斯奔驰公司最早将CAN总线技术应用于汽车中，随后欧洲各汽车制造生产商纷纷效仿这一做法，逐渐的将CAN总线纳入了行业标准。受其影响，美国和远东地区的制造厂商开始积极的采用CAN总线技术。受此影响，投放与市场的CAN产品中，80%以上均用于组建车载网络。图1-3 车身网络结构图图1-3所示，在汽车内部网络中，各种仪器根据其内部信息数据传输速率分别组成各个子网，各个子网又根据内部数据通信的网络特征，采用了不同的CAN标准，组成整体的汽车内部网络：信息娱乐子网；动力传动子网；车身电子子网；故障诊断子网。汽车内部的这四个子网通过网关并联。这些由CAN总线派生出来的各种标准，除了在物理层上有通信传输高低速差别外，其余协议内容基本上相差不大。随着CAN总线技术的进步，高速CAN总线网络的发展，到时候汽车内部网络只需要增设高低速CAN驱动转换功能就可实现车辆整体信息的CAN总线网络控制15 Tao Zhao，Qunjing Wang，Weidong Jiang ect. System Design and Development of Parallel-Hybrid Electric Vehicle Based on CAN-busJ. Electrical Machines and Systems，2005，(1)：829-831.。由于CAN总线协议只规定了物理层和数据链路层，没有对应用层进行规定，导致整体功能并不完整16 CAN in automotion. The CAN physical layer. www.can-cia.org.。因此在基于CAN总线技术的分布式控制系统中，有些功能必须要通过一个更高层的协议来实现，从而实现在CAN网络中通讯模式、网络管理功能执行、以及设备功能描述方式的统一17 Natale.D. Scheduling the CAN bus with earliest deadline techniqueJ. The 21st IEEE，2000，11：27-30.。目前占领主要市场的两个应用层协议为：CANOpen 协议和DeviceNet 协议。CANopen协议适用于产品内部的嵌入式网络通信应用，DeviceNet协议是用于工业自动化控制。这两种协议规范的复杂度较高，理解开发的难度较大，对于在本车载信息系统设计中并不复杂的基于CAN 总线技术的通信网络不太适用。因此本论文选用了一种适合于CAN的简单可靠应用场合的标准协议，即iCAN协议18 广州周立功单片机发展有限公司.CAN-bus规范V2.0版本，2002.。iCAN 协议全称为“Industry CAN-bus ApplicatI/On Protocol”，即工业CAN总线应用层协议，该协议为现场设备和管理设备之间的连接提供了一种成本低廉，结构简单的通信方案，详细的定义了传输的CAN 报文中各ID 以及数据的分配和应用，定义了设备的I/O资源和访问规则，建立起了统一的设备模型。iCAN网络的使用符合高速CAN标准规定的拓扑结构。iCAN网络上最多支持64个主从节点的连接，节点和总线网络线缆之间的连接使用分支方式。网络中通讯速率的快慢与通信距离相关。表1-1 最大通信速率与最大距离关系最大位速率/kbps10005002501251005010最大距离/m4013027053062013006700iCAN网络采用命令/响应的主从通讯方式来保证数据报文传输的确定性，主控设备(主站)为通信的发起方，受控设备(从站)为通信的响应方。主控设备发送命令帧，当受控设备接收到命令帧后，向主控设备发送响应帧，从而实现数据交换19 广州致远电子有限公司.现场总线/CAN协议规范V1.0，2006：17-24.。这种对服务进行确认的数据传输方式可靠性好。然而，这种命令/响应的通信方式只能由主控设备发起，总线的利用率较低20 王楠基于CAN总线的数据传输模块设计D内蒙古：内蒙古大学研究生毕业论文，2005.。因此iCAN协议规范中还定义了事件触发传送的传输方式，弥补了命令/响应模式状态的这一缺点。每一个节点在iCAN网络中拥有唯一的标识值MACID，不同节点设备之间的通信是基于对相应节点的寻址实现的。iCAN协议保留了特定的地址对一组节点或所有节点进行寻址、帧传输的方式。主站和从站之间的通讯并不是随机进行。进行通信时，首先必须建立通讯连接。只有当连接建立好后，主站才能够与从站进行通讯。这样使对任何拥有MACID设备的通讯进行监控成为可能。图1-4 iCAN节点间通信示意图在iCAN协议规范中，iCAN设备的结构由三部分组成21 金长健.基于CAN总线的汽车车身网络设计D.成都：电子科技大学硕士学位论文，2007.。通讯端口：通信端口的作用是实现与CAN总线网络的数据交换，接收网络中发送的CAN报文并按照一定的规则将收到的报文进行处理，端口还进行CAN报文的发送。资源节点：资源节点决定了设备的通信行为，应用端口的属性，还定义了与通信和应用相关联的一系列数据表格。应用端口：定义各个设备在实际应用中所起的功能，并且描述了应用和处理这些数据或信息的相应过程22 CANOpen ProtocolEB/OLhttp:/www.can-cia.de/canopen/Protocol，2002，51.。iCAN协议规范只使用了扩展帧格式的CAN报文（CAN2.0B协议版本），并对报文的29 位标识符和报文数据部分的使用作了详细的定义。表1-2 iCAN标识符分配表帧标示符ID28ID27ID26ID25ID24ID23ID22ID2100SrcMACID(源节点地址)ID20ID19ID18ID17ID16ID15ID14ID1300DestMACID（目标节点地址）ID12ID11ID10ID9ID8ID7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ACKFunc（功能码）SourceID（资源节点地址）报文标识符表格如上，标识符指定了数据通讯中的源节点地址 SrcMACID 和目标节点地址DestMACID，并指示了报文的功能和要访问的资源节点地址SourceID。按照标识符的排列和功能的划分，整体报文主要被分为7个部分，其中SrcMACID (源节点地址)、DestMACID（目标节点地址）、ACK 位、FuncID（功能码）和Source ID（资源节点地址）5个部分起主要作用。在每次的通讯过程中，通讯双方都必须检查SrcMACID 和DestMACID的值与已知的两端点是否相同，确保通信的正确性。响应标志位ACK分配1位，ACK为0时用于命令帧，需要应答，对于广播帧，ACK标识符无意义；ACK为1时用于响应帧，不需要应答，或者是不需要应答的广播帧；Func功能码分配4位，用于指示iCAN报文需要实现的功能，接收报文的节点根据报文中的功能码进行相应的处理；SourceID资源节点地址占用8位，从站根据资源节点地址内部对应的资源进行操作23 周立功.iCAN现场总线原理与应用M.北京：北京航空航天大学出版社，2007，3.。相比国外的汽车生产行业，国内对车载总线的研究还处于发展阶段，车载总线技术方面并未形成较为完善的系统，围绕车载总线技术的相关汽车电子产品也比较缺乏，现有的相关应用技术远远落后于国外同行业24 龚正电子技术在汽车仪表上的应用J汽车与配件，2000(15)：15-18.。我国部分汽车总线的重要技术只能采用国外的现有技术，从而限制了我国汽车生产行业的发展速度，使我国汽车生产行业处在一个较弱势的地位25 崔大卫，王大华，任鹏.基于iCAN协议和PC104的测控系统设计方案J.船舶电子工程,，2008，10：159-160.。因此，在国内汽车行业蓬勃发展的今天，加大车载总线技术方面的研发力度，多自主创造符合国际总线技术类的产品，不仅能从根本上提升我国汽车制造行业在国际上的高端产品研发及提升高端汽车制造和生产能力，还对于我国发展高端汽车电子相关技术的研究和发展有着重要的意义，从而可以从根本上提升我国汽车生产行业的实力。1.4 论文组织结构本章节对课题相关技术的发展和国内外状况进行了解，逐步的对论文需要实现的针对长时间野外行驶的车辆需要的车载信息系统有大致的结构了解。该系统以CAN总线技术为通信方式，将车载总线系统的各车身信息检测模块通过总线通信接口接入总线，使采集的车身信息和检测模块工作状态集中显示，从而实现对整车车身状况进行监控的车载信息系统。本课题拟完成的主要工作如下：根据系统设计要求，给出车辆信息系统设计的总体方案，包括总体结构设计、硬件设计、软件设计；根据长时间野外行车的需求和对各类传感器工作原理的了解的基础上，选择合适的传感器和传感技术，完成车身信息检测模块的设计；设计主屏显示模块将其他模块需要显示的信息和数据载入显示，并加入检测模块状态判断和显示功能；设计CAN总线通信接口电路，应用通信协议实现模块间的数据通信。第2章 车载信息系统总体结构分析基于CAN总线的车载信息系统主要功能是汽车车身信息的采集，传输及显示。该系统设计了通过传感器采集车身信息的车身信息检测模块，兼容了读取车身信息数据和根据数据判定个模块工作状态的主屏显示模块，通过CAN总线的通信方式使模块之间实现相互连接，组成车载信息系统。系统通过CAN总线通信电路实现了显示模块和各个检测模块之间点对点的数据通信方式，部分模块之间还可以实现一点对多点的数据通信方式。为了保证通信的稳定性，系统针对单一检测模块设计了相应的节点。当总线上某一节点出现故障时，其他模块之间仍能保持正常工作状态和数据传输。车身信息检测模块主要针对车辆驾驶辅助信息和提高车内舒适性两方面进行设计，系统针对长时间野外行车情况设计了合适的检测模块来实现车身信息的检测。针对实际应用时各模块位置相对松散的特性，本系统采用了iCAN协议规范作为通信协议。2.1 系统总体功能分析本论文设计的系统基本的功能是采集车身信息，采用不同传感技术设计而成的检测模块分散在车身各部分进行车身信息采集。整体的车身信息采集系统虽然分散，但结构简单而且对数据实时性的要求不如车身驱动系统迅速，可采用CAN总线中低速通信传输，因此，车载网络的通信协议选用了iCAN协议，适用本系统。iCAN通信协议的采用保障了系统的各模块的相互通信功能。作为显示功能的车身信息总汇显示模块和检测模块通过CAN总线采用iCAN通信协议相互连接和通信，使系统总体功能得以实现。2.2 系统的通信架构分析2.2.1 系统网络结构分析基于CAN总线的车载信息系统的结构设计方式适用于任意车辆。系统的电源是车辆自身携带的蓄电池，根据各模块的要求通过转压电路将车辆电源电压转化为各模块的驱动电压。整体系统可根据连接线路划分为供电线路和通信线路。系统通信线路架构图如下：图2-1 系统通信线路架构图系统内的模块根据功能可划分为车身信息检测模块、主屏显示模块两类。主屏显示模块可划分为车身信息读取、检测模块状态判断和总体显示三部分。针对需求而设计的车身信息检测模块采集车身信息；车身信息检测模块采集的信息数据和通过状态检测判断的车身信息检测模块工作状