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　　1 引言

　　隨著汽車電子的發(fā)展，汽車內電子產品越來越多，汽車發(fā)動機、底盤和車身等電控系統(tǒng)中的電控單元數(shù)量不斷增加，同時它們之間的通信也越來越重要。在汽車內利用網絡技術，可大大提高系統(tǒng)之間信息傳遞的可靠性，同時可大大減少汽車線束的數(shù)量，降低汽車電氣系統(tǒng)的成本。本文提出并實現(xiàn)了一種利用單片機組成CAN系統(tǒng)，利用藍牙無線傳輸技術對汽車運行數(shù)據進行采集與處理的方法。CAN總線符合ISO11898標準，最大傳輸速率可達1Mbps,最大傳輸距離為10km,傳輸介質可為雙絞線。它具有如下的一些技術特性：

　　1)多主方式工作，非破壞性的基于優(yōu)先權的總線仲裁技術;

　　2)采用短幀結構，受干擾概率低，每幀信息都有CRC檢驗及其他檢錯措施;

　　3)對嚴重錯誤具有自動關閉總線的功能，使總線的其他操作不受影響。

　　在汽車運行過程中，車載射頻裝置如汽車立體聲系統(tǒng)、GPS導航設備、衛(wèi)星數(shù)字音頻無線電業(yè)務(SDARS)裝置、GSM無線電收發(fā)器以及其它電器設備均可能造成干擾或受到干擾，這些射頻干擾信號會對汽車無線系統(tǒng)的數(shù)據流造成不良影響。如果應用傳統(tǒng)的無線數(shù)據傳輸技術，傳輸?shù)臄?shù)據的速率和準確率都不能很高，從而不能實現(xiàn)快速、準確地進行數(shù)據的傳輸，而把藍牙無線傳輸技術用在汽車上可以很好地解決這個問題。

　　本文所用藍牙模塊采用英國CSR公司的BC417芯片，并與SST公司的8M的FLASH芯片39VF800A構成了模塊。

　　模塊的硬件圖如圖1所示。

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　　圖1　藍牙模塊原理圖

　　此模塊的主要特點如下：

　　1)采用CSR主流藍牙芯片，符合藍牙V210標準。

　　2)串口模塊上底板帶有RS232接口和TTL接口，任選一種接口使用，使用313～5V電源。串口對用戶而言是透明的。

　　3)藍牙芯片采用向前糾錯編碼，通信效率高，自動跳頻，抗干擾能力強。

　　4)波特率為1200,2400,4800,9600,19200,38400,57600,115200,230400,460800,921600,1382400,可在程序中根據實際需要設置。

　　5)休眠電流：小于1MA,工作電流：40MA。

　　2　系統(tǒng)硬件結構原理圖

　　本文利用MICROCHIP公司的內嵌CAN控制器的18F4580芯片與CAN收發(fā)器芯片MCP2515構成CAN網絡系統(tǒng)，并用18F4580芯片自帶的10位AD傳感器實現(xiàn)了對汽車發(fā)動機節(jié)氣門位置信號的測量，同時利用智能數(shù)字傳感器DS18B20對發(fā)動機的水溫信號進行測量。利用藍牙模塊把測量的信號無線傳給上位機，利用VC++編寫數(shù)據接收與處理的程序實現(xiàn)數(shù)據的實時顯示與存儲，并可顯示數(shù)據值隨時間的變化關系曲線圖，測量結果直觀。系統(tǒng)的硬件原理圖如圖2所示。

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　　圖2　測量系統(tǒng)原理圖

　　3　發(fā)動機節(jié)氣門位置信號與水溫信號的測量

　　3.1　節(jié)氣門信號信號的測量

　　這里測量的汽車發(fā)動機上節(jié)氣門位置傳感器為一可調電阻型，節(jié)氣門位置輸出信號為0～5V的電壓信號，根據節(jié)氣門的實際開度與輸出電壓的關系，對測量的電壓信號進行標定，根據實測的電壓信號即可換算成節(jié)氣門的開度。所以這里用PIC18F4580單片機內嵌的10位AD轉換電路完成對節(jié)氣門位置傳感器輸出電壓的測量，為提高測量精度，對單片機AD的5V基準電壓進行了與系統(tǒng)電源隔離穩(wěn)壓處理。

　　本系統(tǒng)利用Microchip公司的MPLAB開發(fā)環(huán)境嵌入PICC18C程序編譯器，用C程序編寫了數(shù)據采集與CAN數(shù)據的收發(fā)程序，其中AD轉換子程序用匯編語言編寫，程序兼顧了C程序的模塊化和可維護性好的優(yōu)點，同時具有了匯編語言高效率的優(yōu)點。

　　信號通過CAN控制器用擴展幀格式發(fā)送到CAN網絡上。其中數(shù)據采集與CAN數(shù)據的發(fā)送子程序如下：

　　InitSPI();//SPI接口初始化

　　Init_MCP2515();//MCP2515初始化

　　……

　　TRISA=0B00000001;//AN0>>>>DCinputDC通道上輸入，打開RA0

　　ADCON0=0B00000001;//AN0通道，允許ADC工作，

　　ADCON1=0B00001110;//除RA0為模擬輸入口外，其他RA口跟RE口均為普通數(shù)字口

　　ADCON2=0B10100001;//轉換結果右對齊，8TAD,1/8FOSC。

　　#asm

　　ADCON0　　EQU　　0FC2H

　　GO　　EQU　　001H

　　bsf　　ADCON0,　　GO　　//開始轉換

　　ADWAIT:

　　btfscADCON0,GO

　　gotoADWAIT//等待轉換完成

　　#endasm

　　write_MCP2515(TXB0CTRL,0x03);//設置為發(fā)送最高優(yōu)先級

　　write_MCP2515(TXB0SIDH,0xFF);//EID28--21

　　write_MCP2515(TXB0SIDL,0xEB);//EID20--EID18,擴展幀使能，EID17--EID16

　　write_MCP2515(TXB0EID8,0xFF);//EID15--EID8

　　write_MCP2515(TXB0EID0,0xFF);//EID7--EID0

　　write_MCP2515(TXB0DLC,0x02);//發(fā)送數(shù)據長度為8字節(jié)

　　write_MCP2515(TXB0D0,ADRESH);//發(fā)送的數(shù)據

　　write_MCP2515(TXB0D1,ADRESL);

　　……

　　send_TXB0();//請求發(fā)送

　　while((read_MCP2515(TXB0CTRL)&0x08)==0x08);//等待

　　發(fā)送完畢

　　……

　　3.2　水溫信號的測量

　　本文中的水溫信號利用DALLAS公司的DS18B20智能數(shù)字傳感器測量。DS1820是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經濟的特點，使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±015℃?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。DS1820采集溫度信號完成后，通過PIC18F4580芯片接收數(shù)據，并通過內嵌CAN控制器把數(shù)據以8位二制數(shù)的格式用標準幀格式發(fā)送到CAN總線上。

　　4　CAN網絡的傳輸系統(tǒng)

　　采集到的信號通過PIC18F4580內嵌的CAN控制器發(fā)出。這里選用MICROCHIP公司出品的MCP2551CAN收發(fā)器完成網絡信號的傳遞，在CAN網絡終端加入阻值為120歐的終端電阻。CAN網絡接收端的收發(fā)器接收到的信號后傳遞給另一片PIC18F4580芯片，通過基內部的CAN控制器取出網絡信號，如果接收到擴展幀，則接收到的數(shù)據為節(jié)氣門的位置信號;接收到標準幀，則接收到的數(shù)據為水溫信號。對信號處理后以數(shù)據包的方式通過基自身的UART口發(fā)給MAX232芯片，把TTL信號電平轉換成232電平。節(jié)氣門部分的CAN通訊板硬件原理圖如圖3所示。

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　　圖3　節(jié)氣門位置信號測量CAN通信板原理圖

　　5　藍牙無線傳輸系統(tǒng)

　　MAX232芯片把轉換后的信號傳給由CSR公司的BC417構成的藍牙主(發(fā)射)模塊。BC417藍牙模塊可以設定數(shù)據傳輸速率，在保證發(fā)射信號的質量的情況下，可以盡量采用高速率的傳輸。本文中的傳輸速率為38400bps。另一塊BC417藍牙芯片構成的從(接收)模塊在接收到數(shù)據信號后，通過MAX232芯片轉換電平傳給上位機微機的串口。

　　6　上位機信號接收處理系統(tǒng)

　　上位機微機的串口接到信號后，用VC++開發(fā)工具編寫了面向對象的程序對數(shù)據包進行處理。為了直觀的顯示數(shù)據的數(shù)值和其隨時間的變化關系，本程序可顯示實際節(jié)氣門位置信號與水溫的數(shù)值，另可顯示節(jié)氣門位置信號的變化曲線。上位機程序的界面如圖4所示。

　　本文利用的是SerialPort類來實現(xiàn)此功能，這種方法對使用者來說只要關心設定相關的通訊參數(shù)，而不用關心封裝的實現(xiàn)方法，程序的模塊化和維護性好[5]。在使用中采用串口事件響應方式工作。為了更直觀的顯示出數(shù)據隨時間變化的曲線，編寫了一個利用封裝的BUTTON類控件實現(xiàn)的顯示界面。此控件可方便地實現(xiàn)對數(shù)據的坐標、背景、數(shù)據的單位與數(shù)據的更新速度等屬性進行設定，顯示效果良好。

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　　圖4　上位機界面圖

　　7　結論

　　該系統(tǒng)運行良好，能方便、快速、可靠地實現(xiàn)汽車運行參數(shù)的測量，為實現(xiàn)汽車網絡參數(shù)的無線實時測量與汽車故障診斷提供了一個較好的平臺。程序運行結果顯示此藍牙無線傳輸CAN測量系統(tǒng)有如下優(yōu)點：

　　1)在測量汽車運行參數(shù)時，可利用多個單片機構成CAN測量網絡，充分利用了CAN網絡的優(yōu)點：信號抗干擾能力強、數(shù)據速率快、數(shù)據可靠性高與系統(tǒng)連接線少等。

　　2)無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)充分體現(xiàn)了藍牙系統(tǒng)的高速和藍牙協(xié)議的高可靠性，理論上數(shù)據的成功率為100%,實現(xiàn)了高速和可靠的數(shù)據傳遞。

　　3)在用上位機測量汽車運行參數(shù)時，在汽車與電腦之間無需任何線纜的連接，方便測量系統(tǒng)的組建，降低了系統(tǒng)組建的時間和成本。

　　4)可充分利用上位機計算與處理的優(yōu)勢，相比于傳統(tǒng)的汽車檢測儀器，可實現(xiàn)功能更強大的數(shù)據處理能力。