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
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1、 (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 培培养养单单 位位 :信息工程学院:信息工程学院 学学科科专专 业业 :通信与信息系统通信与信息系统 研研 究究生生 : 指指导导教教 师师 : 2012 年 4 月 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 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
2、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 武汉理工大学硕士学位论文 I 中文摘要中文摘要 车
3、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
4、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
5、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:关键字:车载信息系统,汽车电子技术,传感技术,CAN 总
6、线通信技术, iCAN 通信协议 武汉理工大学硕士学位论文 II Abstract Vehicle 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 develop
7、ment 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; a
8、dvanced 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 d
9、evelopment 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 con
10、venience 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
11、 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
12、, 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
13、 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 武汉理工大学硕士学位论文 III collected information and data. System desig
14、ned 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 communicatio
15、n 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 direct
16、ion 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 i 目目 录录 第第 1 章章 绪绪 论论 .1 1.1 车载信息系统研究的背景及意义.1 1.
17、2 汽车电子技术及车用总线国内外的研究应用现状.2 1.3 CAN 总线及ICAN 协议的介绍.5 1.4 论文组织结构.8 第第 2 章章 车载信息系统总体结构分析车载信息系统总体结构分析.10 2.1 系统总体功能分析.10 2.2 系统的通信架构分析.10 2.2.1 系统网络结构分析10 2.2.2 系统节点分配 11 2.3 系统硬件结构分析.13 2.4 系统软件设计分析.14 2.5 本章小结.14 第第 3 章章 车载信息系统硬件设计车载信息系统硬件设计.16 3.1 CAN 通信接口和电源硬件设计.16 3.1.1 CAN 总线通信接口的设计16 3.1.2 电源模块设计 1
18、8 3.2 主屏显示模块硬件设计.18 3.3 车身信息检测模块硬件设计.21 3.3.1 电源电量检测模块硬件设计21 3.3.2 双电瓶隔离模块硬件设计27 3.3.3 水位检测模块设计30 3.3.4 温度检测模块设计35 3.3.5 湿度检测模块设计38 3.4 本章小结.39 第第 4 章章 车载信息系统软件设计车载信息系统软件设计.41 4.1 系统各模块的软件设计.41 4.1.1 主屏显示模块软件设计41 4.1.2 电池电量检测模块软件设计43 4.1.3 双电平隔离器模块软件设计45 4.1.4 水位检测模块和湿度检测模块软件设计46 4.1.5 温度检测模块软件设计47
19、4.2 ICAN 通信的软件设计47 ii 4.3 本章小结.50 第第 5 章章 系统调试结果系统调试结果 .51 5.1 检测模块功能调试.51 5.1.1 电池电量检测模块调试51 5.1.2 双电瓶隔离模块调试51 5.1.3 水位检测模块调试53 5.2 主屏显示模块调试53 5.3 ICAN 通信功能调试54 5.4 本章小结.56 第第 6 章章 总结与展望总结与展望 .57 6.1 全文工作总结57 6.2 后续工作的展望57 致致 谢谢 .59 参考文献参考文献 .60 武汉理工大学硕士学位论文 1 第第 1 章章绪绪 论论 随着科技的日益发展,各类电子仪器逐渐与人们的日常生
20、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。 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
21、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。 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车载信息系统研究的背景及意义 20 世纪 90 年代初
22、,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。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。 武汉理工大学硕士学位论文 2 随着现代微电子技术的发展,汽车车载信
23、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。 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。 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
24、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
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- 硕士学位 论文 基于 CAN 总线 车载 信息系统 研究 设计
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