周良潤(rùn)

摘 要 本文主要在J1939協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)汽車信息采集系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的分析及研討。

關(guān)鍵詞 J1939協(xié)議 汽車信息采集系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U279.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1關(guān)于J1939協(xié)議

1.1 J1939協(xié)議的提出及意義

J1939協(xié)議是美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)（SEA）在CAN2.0B協(xié)議的基礎(chǔ)上制定的客車和重型貨車網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用層協(xié)議，分為數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層及網(wǎng)絡(luò)管理等幾部分，其物理層是基于CAN控制器。該協(xié)議采用CAN總線的數(shù)據(jù)幀封裝其數(shù)據(jù)信息，在不同的ECU間實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)共享，從而有效減少線束數(shù)量并提高車輛電子控制系統(tǒng)的靈活性、可靠性以及可維修性。

1.2 J1939協(xié)議的汽車信息采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）使用CAN總線實(shí)現(xiàn)顯示信息的傳送，共享車輛上電控模塊的信息，使車內(nèi)布線簡(jiǎn)單；（2）傳輸及顯示信息具有較高的可靠性；（3）儀表體積較小；（4）系統(tǒng)擴(kuò)展能力強(qiáng)；（5）實(shí)時(shí)性好，且精確度高；（6）顯示內(nèi)容豐富形象。

1.3 J1939協(xié)議介紹

1.3.1 J1939協(xié)議的報(bào)文格式

J1939協(xié)議是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏攨f(xié)議，它的功能主要分為數(shù)據(jù)的拆分打包和重組、數(shù)據(jù)傳送管理兩部分。 J1939協(xié)議遵循CAN2.0B的要求，使用擴(kuò)展幀式（29位ID）定義形成了自身的編碼系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀同步、順序控制、錯(cuò)誤控制和流控制等功能。數(shù)據(jù)單元PDU（分為PDU1格式和PDU2格式，PDU1格式報(bào)文支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)話，而PDU2格式支持大部分報(bào)文廣播發(fā)送）組織了組織信息的框架，包括優(yōu)先級(jí)（P，3）、擴(kuò)展數(shù)據(jù)頁(yè)（EDP，1）、數(shù)據(jù)頁(yè)（DP，1）、PDU格式（PF，8）、PDU特定域（PS，8）、源地址（SA，8）以及數(shù)據(jù)域（DF，8）。在開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI ）應(yīng)用層中，這七個(gè)部分被封裝成一個(gè)或多個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀，通過物理層發(fā)送到總線網(wǎng)絡(luò)的其他設(shè)備節(jié)點(diǎn)。一個(gè)CAN幀只有一個(gè)PDU，而一個(gè)PDU有時(shí)候需要多個(gè)CAN幀才能完成。

1.3.2 J1939應(yīng)用層協(xié)議

SEAJ1939協(xié)議明確規(guī)定了汽車內(nèi)部ECU的地址配置、命名、通訊方式及報(bào)文發(fā)送等。協(xié)議中的應(yīng)用層協(xié)議則對(duì)車輛應(yīng)用的信號(hào)（參數(shù)）和報(bào)文（參數(shù)組）有了新的定義。應(yīng)用層通過參數(shù)描述信號(hào)，給每個(gè)參數(shù)分配了一個(gè)十九位的SPN碼（可疑參數(shù)編號(hào)）；通過參數(shù)組描述報(bào)文，給每個(gè)參數(shù)分配了一個(gè)二十四位的PGN碼（參數(shù)組編號(hào)）（即EDP、DP、PF、PS）。其中，SPN用于識(shí)別與ECU相關(guān)的故障診斷元素、部件或參數(shù)組中的相關(guān)參數(shù)；PGN用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)特定的參數(shù)組，主要用來(lái)識(shí)別或標(biāo)識(shí)命令、數(shù)據(jù)、某些請(qǐng)求及應(yīng)答等。

2基于當(dāng)前J1939協(xié)議的汽車信息采集系統(tǒng)的探討

當(dāng)前J1939協(xié)議的汽車信息采集系統(tǒng)主要是利用車輛網(wǎng)絡(luò)中的CAN總線接口采集車輛的各項(xiàng)信息，經(jīng)過系統(tǒng)的CAN通信模塊解析之后，即可顯示汽車的信息數(shù)據(jù)。

2.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)由微控制器、CAN總線接口、信號(hào)采集處理電路、接口電路等組成，如圖1所示。

汽車通過CAN總線獲得報(bào)文格式，然后根據(jù)J1939協(xié)議的相關(guān)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、水溫以及故障代碼等信息，接著從相應(yīng)的傳感器以模擬量、開關(guān)量、脈沖量等形式獲取汽車的燃油量、轉(zhuǎn)動(dòng)泵壓力、制動(dòng)氣壓等信息，再經(jīng)過信號(hào)采集處理電路進(jìn)行分壓濾波整形處理后直接送往微控制器進(jìn)行A/D變換處理。這些信息經(jīng)過微控制器計(jì)算處理后便通過USB和UART接口傳送給車載多媒體設(shè)備或虛擬數(shù)字儀進(jìn)行顯示。

汽車信息采集系統(tǒng)以處理器為核心，實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)絡(luò)中的J1939協(xié)議的應(yīng)用層協(xié)議解析汽車工況信息功能。處理器要完成CAN通訊、RS232通訊、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，同時(shí)還要實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)并顯示。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)選用集成FLEXCAN控制器的處理器，不僅可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，還能提高產(chǎn)品的性能。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用Keil RealView MDK-ARM環(huán)境編寫，通過J-Link調(diào)試仿真器與STM32 F103C8T6 的JTAG接口連接，從而實(shí)現(xiàn)在線仿真調(diào)試。汽車信息采集系統(tǒng)通電后，先對(duì)微控制器的重啟和時(shí)鐘控制（RCC）模塊以及嵌套向量中斷控制器（NVIC）模塊進(jìn)行初始化，并使能設(shè)置CAN屏蔽碼和驗(yàn)收碼。CAN模塊的初始化過程如下：

（1）根據(jù)CAN節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息初始化一個(gè)CAN-InitTypeDef型結(jié)構(gòu)，并通用CAN-Init函數(shù)對(duì)CAN接口進(jìn)行初始化；

（2）創(chuàng)建CAN-FilterInitTypeDef結(jié)構(gòu)體，調(diào)用CAN-FilterInit函數(shù)對(duì)CAN過濾器進(jìn)行初始化；

（3）調(diào)用CAN-ITConfig函數(shù)對(duì)CAN中斷源進(jìn)行使能設(shè)置。系統(tǒng)初始化完成之后，待CAN總線接收中斷產(chǎn)生，判斷總線數(shù)據(jù)是否滿足屏蔽條件。將29位標(biāo)識(shí)符報(bào)文與驗(yàn)收碼、屏蔽碼值逐漸比較，屏蔽碼用于定位相關(guān)位（0為相關(guān)，1為不相關(guān)）。只有當(dāng)標(biāo)識(shí)符中的相關(guān)位與驗(yàn)收碼相應(yīng)位同步時(shí)，系統(tǒng)才能接收?qǐng)?bào)文。如果滿足屏蔽條件，則從寄存器讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并存入緩沖區(qū)，然后通過CAN-RECEIVE函數(shù)讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)J1939協(xié)議判斷計(jì)算車輛工況及故障代碼等信息，處理后通過USB或UART發(fā)送到車載多媒體設(shè)備或虛擬數(shù)字儀表進(jìn)行顯示。

3結(jié)語(yǔ)

基于J1939協(xié)議的汽車采集系統(tǒng)主要通過硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息的實(shí)時(shí)采集。當(dāng)前大多數(shù)車輛的ECU產(chǎn)品都遵循SEAJ1939協(xié)議的CAN總線接口，為車輛信息的快速采集和故障的在線診斷定位提供了便利。隨著電子化技術(shù)的發(fā)展，基于J1939協(xié)議的汽車信息采集系統(tǒng)將會(huì)更加廣泛的應(yīng)用于汽車中。

參考文獻(xiàn)

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