隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車上越來(lái)越多地采用了各種復(fù)雜的電子設(shè)備。為了提高信號(hào)的利用率，要求大量的數(shù)據(jù)信息能在不同的ECU中共享，大量的控制信號(hào)能夠?qū)崟r(shí)交換， 而傳統(tǒng)線束已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種需求。CAN總線和基于它的車輛網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)提供了解決上述問(wèn)題的途徑。[1] SAE J1939協(xié)議是美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)發(fā)布的以CAN總線為核心的車輛網(wǎng)絡(luò)串行通訊和控制協(xié)議，供卡車及其拖車、大客車、建筑設(shè)備以及農(nóng)業(yè)設(shè)備使用，是用來(lái)支持分布在車輛各個(gè)不同位置的電控單元之間實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制功能的高速通信標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率為250Kb/s，通信物理層和數(shù)據(jù)鏈路層以CAN2.0為基礎(chǔ)，并定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的協(xié)議。[2-3]

　　針對(duì)J1939協(xié)議教學(xué)和培訓(xùn)要求，構(gòu)建了一個(gè)基于J1939協(xié)議的汽車教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車CAN總線的數(shù)據(jù)并能完整記錄、顯示波形和打印。

　　1  系統(tǒng)原理及硬件結(jié)構(gòu)

　　1.1系統(tǒng)原理

　　系統(tǒng)中，CAN總線模塊系統(tǒng)通過(guò)CAN總線分析儀與計(jì)算機(jī)通訊，實(shí)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，用于教學(xué)和培訓(xùn)。學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，直觀了解數(shù)據(jù)收發(fā)，掌握CAN總線和J1939協(xié)議的特點(diǎn)，理解物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的含義和作用，最后進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

　　CAN總線模塊系統(tǒng)能采集卡車道路行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)能控制車燈、門(mén)窗電機(jī)、電磁閥等功率設(shè)備。其中，儀表板模塊通過(guò)與車身通用控制模塊、車窗控制模塊進(jìn)行CAN通訊，采集車輛開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)LED燈、液晶屏、轉(zhuǎn)盤(pán)指針顯示整車狀態(tài)、故障信息、報(bào)警信息等各種信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，對(duì)卡車進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

　　1.2  系統(tǒng)硬件組成

　　系統(tǒng)包括3個(gè)部分：基于J1939的汽車CAN總線模塊系統(tǒng)，包括儀表板模塊、車身通用模塊、車身專用模塊（車窗控制模塊）；CAN總線分析儀，包括由基于USB的Kvaser USB CANⅡ總線適配器和軟件Warwick X-Analyser組成；筆記本電腦（計(jì)算機(jī)）。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示：

圖1  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　2  系統(tǒng)硬件

　　基于J1939的汽車CAN總線模塊系統(tǒng)中，儀表板具有整車參數(shù)的顯示、存儲(chǔ)，與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU通信的功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的過(guò)程控制，根據(jù)儀表板上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及連接在車身通用控制模塊的開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)，產(chǎn)生功率輸出，并與車身通用控制模塊通訊；車身通用控制模塊負(fù)責(zé)將所屬區(qū)域的開(kāi)關(guān)和傳感器狀態(tài)通過(guò)CAN總線反饋給儀表板模塊，并接收控制指令，驅(qū)動(dòng)功率輸出接口實(shí)現(xiàn)通斷控制。

　　實(shí)車上的儀表板控制器位于駕駛室司機(jī)座位正前方；前部控制模塊位于駕駛室司機(jī)座位與副駕駛座位之間的操作臺(tái)下；車身通用模塊位于車架上；車窗控制模塊位于駕駛室司機(jī)座位與副駕駛座位之間的操作臺(tái)下。

　　2.1  儀表板模塊

　　儀表板模塊可以數(shù)字化顯示車輛行駛速度、油量、水溫、氣壓和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等參數(shù)。儀表板模塊可以提供可編程圖標(biāo)顯示功能，如當(dāng)車速大于3Km/h而車門(mén)未關(guān)好時(shí)，在最下行顯示提示信息“請(qǐng)關(guān)閉車門(mén)”，關(guān)好車門(mén)后，該信息消失。具有9個(gè)高亮度LED符號(hào)指示燈；具有故障診斷功能，能夠?qū)偩€狀態(tài)、電氣負(fù)載短路/斷路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)故障后以中文信息顯示；能夠獲取、顯示、存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)參數(shù)；液晶屏可實(shí)時(shí)顯示整車當(dāng)前狀態(tài)信息；具有48路非隔離開(kāi)關(guān)量輸入，6路電阻型模擬量輸入，3路模塊地址線輸入，1路ACC檔開(kāi)關(guān)輸入，1路一線式溫度傳感器輸入，4路控地型系統(tǒng)喚醒信號(hào)輸入；6路高端開(kāi)關(guān)輸出，1路常有電功率輸出，2路ACC檔電源輸出，3路B7信號(hào)輸出，1路里程傳感器仿真信號(hào)輸出，3路休眠信號(hào)輸出。

　　2.2  車身通用控制模塊

　　車身通用控制模塊具有12路非隔離開(kāi)關(guān)量輸入，1路脈沖量輸入，1路帶勵(lì)磁電流供應(yīng)的充電指示檢測(cè)輸入；4路電阻型模擬量輸入，4路模塊地址線輸入。具有11路高端開(kāi)關(guān)輸出， 2路常有電功率輸出，1路帶反向電流防護(hù)的功率輸出，模塊具有安全運(yùn)行模式。

　　車身通用控制模塊測(cè)量車輛行駛速度以及行程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫、前后橋氣壓、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力報(bào)警、左右轉(zhuǎn)向控制與顯示等。

　　2.3  車窗控制模塊

　　車窗控制模塊支持433 MHz、868 MHz和915 MHz通信頻率；2路大功率全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)通道；4路大功率高端開(kāi)關(guān)輸出通道；12路開(kāi)關(guān)量輸入接口；具有短路、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)功能；具有車窗驅(qū)動(dòng)的防夾功能；具有功率接口故障診斷功能。

　　輸入接口有24路非隔離開(kāi)關(guān)量輸入和4路模塊地址線輸入。輸出接口有4路高端開(kāi)關(guān)輸出、2路常有電功率輸出和8路全橋開(kāi)關(guān)輸出。

　　2.4  CAN總線分析儀

　　Kvaser USB-CAN Ⅱ是基于USB的雙通 道CAN總線分析儀，一個(gè)通道用于測(cè)量高速CAN信號(hào)，另一個(gè)通道可用于測(cè)量高速CAN、低速CAN或單線CAN。本系統(tǒng)采用雙通道高速CAN分析儀（兼容ISO 11898，收發(fā)器為T(mén)JA1050）。

　　主要特點(diǎn)：安裝快速、簡(jiǎn)易，即插即用；支持11位標(biāo)識(shí)符的標(biāo)準(zhǔn)幀和29位標(biāo)識(shí)符的擴(kuò)展幀。每個(gè)CAN消息均標(biāo)有10μs精度的時(shí)間標(biāo)簽。自動(dòng)開(kāi)關(guān)電源為CAN（初級(jí)）、USB（次級(jí)）供電，減少筆記本的電源消耗。支持分析工具的“只聽(tīng)”模式。

　　支持主要的操作系統(tǒng)Windows、WinCE和Linux。應(yīng)用支持Kvaser CanKing、Warwick XA、ATI Apollo、National Instruments（NI） LabVIEW、NI DIAdem等應(yīng)用軟件。