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基于CAN总线的半挂车安全预警系统设计

发布时间:2020-07-21 17:25:09 阅读: 来源:输送线厂家

1 引言半挂车指“其设计和技术特性需汽车牵引,才能正常使用的一种无动力的道路车辆,用于载运人员和货物”(GB/T3730.1-2001标准)。 半挂车的种类很多,包括厢式半挂车、罐式半挂车、平板半挂车、集装箱半挂车、车辆运输半挂车等等。随着我国公路物流运输业的发展,半挂车以其运输效率高、运载量大、燃油经济性好、运输成本低等优势使用越来越广泛。随之而来的是半挂车的安全问题。据2006年公安交通部门统计,全国半挂车的数量约占整个机动车保有量的5%左右,重大交通事故中,涉及到半挂车等大型货运机动车辆的事故占到约47%,造成的人员死亡率占总数的约30%。半挂车的安全隐患主要来自两个方面:一是超载现象。超载现象不仅对高速公路等交通设施造成破坏,而且使得汽车轮胎处在极大的负荷下,易引发爆胎事故;货车超载也使得货物更容易变得不平衡,导致车辆发生侧翻倾覆的事故。二是轮胎安全,缺乏轮胎压力温度监测系统;因此建立半挂车的安全预警系统非常必要。2 总体设计半挂车车身长度一般在 6―14 米,车身长,电磁干扰大,汽车电子单元多而复杂,采用传统的四轮轿车独立的TPMS 方案信号传输易受干扰屏蔽,而且与其它汽车电子单元无法进行信息交换,系统的可靠性和扩展性不好。因此设计采用基于CAN 总线的方式,将各轮胎气压、温度监测装置和其它诸如ABS、发动机、仪表盘的汽车电子单元都作为一个个CAN 总线上的结点, 由一个中心预警模块统一监测控制,可提高系统可靠性和监测效率,节省各模块重复开发费用。如图1 所示。

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3 系统硬件设计3.1 CAN 总线的特点CAN 全称为Controller Area Network,即控制器局域网,是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN与其它总线结构相比有较优越的特点[1]:(1)CAN总线为多主站总线,各结点均可在任意时刻主动向网络上的其他结点发送信息,不分主从,通信灵活;(2)CAN总线上每帧有效字节数最多为8个,传输时间短,受干扰概率低,并有CRC及其他校验措施,具有极好的检错效果,数据出错率极低。(3)CAN总线只有两根导线,系统扩充时,不需要应用层以及任何结点软件和硬件的任何改变,可直接将新结点挂在总线上即可,因此走线少,系统扩充容易,改型灵活;网络构建成本低,总线利用率极高;(4)数据传输距离可满足5-15米的汽车系统,数据传输速率高达1Mbit/s,也可满足长达10km工业应用。3.2 CAN 总线地址分配如何来区分总线上的各个结点呢?在 CAN 总线上发送的每一条报文都具有唯一的一个11 位(标准帧)或29 位(扩展帧)数字的ID,可采用静态分配地址的方法,将ID 的前3―4 位定义为结点地址,其余各位自行定义,写入各结点发送的帧消息中。中央结点接收到一个CAN 数据帧后通过检查前3―4 为确定数据是从哪个结点发出的,从而做出响应的处理。CAN 总线状态取决于二进制数“0”而不是“1”,所以ID 号越小,则该报文拥有越高的优先权。一般后轮轮胎的负荷大于前轮,因经常靠右行驶,右侧的轮胎负荷可能大于左侧[2],因此在轮胎结点地址分配时,可以将负荷较大的轮胎分配为小地址,优先发送该结点数据。3.3 中央预警模块中央控制模块的硬件设计如图 2 所示,分五个部分:一是处理器的选取和使用。处理器要求选取性能高,体积小,价格比较低,功耗小,安装方便,安全可靠的产品。目前嵌入式系统中比较常用的32 位基于ARM7 框架的S3C44B0X 处理器比较符合要求。二是存储部件的扩展,主要用于程序烧制和运行。三是要有输入输出部件,使用触摸屏作为输入设备,LCD和音频播放器作为输出设备,实现胎压和温度门限值的输入和实际监测数据输出预警。四是CAN 接口电路设计,如果选取的处理器自带CAN 接口电路当然更好,如果选取的处理器本身不带CAN 接口功能,可通过外接CAN 控制器的方式实现数据收发(图2 采用S3C44B0X 处理器SPI 同步串行接口与MCP2510 控制器、TJA1050 收发器相连实现CAN 接口功能)。五是要有模块调试电路,主要是串行口和JTAG 接口的设计。500)this.style.width=500;" border="0" />

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