专利名称：汽车总线实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于车载CAN和LIN双总线的模拟汽车控制系统的实验教学装置，尤其是一种基于总线技术的模拟汽车控制系统，能够实现通过CAN总线和LIN总线对汽车发动机、传感器、灯系、收音机、车窗的控制。该实验装置是面向汽车电子、车辆工程专业的高端教学科研平台。
背景技术：
目前，汽车电子技术发展十分迅速，总线技术广泛应用于汽车制造领域。汽车电子化已经成为当前的热点，电子技术和汽车制造技术逐步融合在一起，汽车行业的发展更多的体现在汽车电子技术的发展。随着汽车行业的迅猛发展对汽车电子方面的技术人才需求将大大增加。而汽车电子专业在国内高校开设较少，目前没有针对汽车总线技术的专业实验设备。比较多的是CAN总线实验装置，主要是两种控制系统，一种是模拟现场环境(比如煤矿控制系统)的控制系统，其成本比较高且不适合用于汽车环境；一种是整车系统总线，其成本比较高且内部的总线系统不对外开放，学生做实验只能观摩不能深入编程设计，现有的两种总线模拟系统都不适合广泛作为汽车总线技术课程的本科实验教学设备。
发明内容针对没有成本比较低并且又适合作为汽车总线技术专业课程的本科实验教学设备，为了更好的促进广大师生进行理论实践教学以及科研工作者进行汽车总线技术研发， 本实用新型提供了一种便于学生实践、教师教研以及科研工作者研发的汽车总线实验装置。本装置可以很好的模拟汽车总线中的汽车LIN总线通信、汽车CAN总线通信以及汽车LIN总线和CAN总线网关通信。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是汽车总线实验装置，电路面板固定在实验箱内，实验箱使用220V电源；采用汽车CAN总线与LIN总线双总线拓扑结构，由三个独立的CAN节点，三个独立的LIN节点和两个CAN与LIN双总线节点，每个节点都由单独的 CPU主板以及相应的外围电路组成；所述三个独立的CAN节点是发动机节点、仪表节点、传感器节点；所述三个独立的LIN节点是车载收音机节点、灯系及车窗节点、收音机及灯系及车窗控制节点；所述一个CAN与LIN双总线节点是是网关节点，另一个CAN与LIN双总线节点是编程节点；在网关节点设有串行接口，方便与上位机通信；在网关节点旁设有CAN、LIN 扩展接口，方便与外界CAN、LIN总线设备通信；以上节点及电路配置在电路板上。其中发动机节点主要由车速直流电机、传感器及车速显示，发动机转速直流电机、 传感器及发动机速度显示，若干功能按键和CAN接口组成；仪表节点主要由车速、发动机转速和水温的步进电机显示，油量显示，压力显示，里程表显示，左右转向灯指示，若干功能按键和CAN接口组成；传感器节点主要由水温传感器及显示，油量传感器及显示，压力传感器及显示，加速踏板模拟，档位模拟，CAN接口组成。其中车载收音机节点主要由搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，频率显示，搜台成功指示，LIN接口组成；灯系及车窗节点主要由刹车灯指示，左转向指示，右转向指示，车窗步进电机，LIN接口组成；收音机及灯系及车窗控制节点主要由刹车控制按键，转向控制，搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，相关信息显示，LIN接口组成。所述CAN与LIN双总线节点包括网关节点，编程节点。其中网关节点主要由CAN 接口，LIN接口，CAN总线数据包指示，LIN总线数据包指示组成；编程节点主要由CAN接口， LIN接口，3. 5寸IXD，温度传感器，功能按键，LED指示，可调电位器组成。CPU主板主要由型号为飞思卡尔的8位或16位的微处理器，电源模块，串行接口模块及I/O扩展模块组成，外围电路主要根据各个节点所实现的不同功能及要求设置的各种传感器和控制对象。本实用新型的有益效果是通过对每个节点的中的CPU主板的串行接口模块下载程序实现对单个节点的控制，也可以通过编程节点中CPU主板中的串行接口模块下载程序实现对LIN总线和CAN总线的各个节点的控制。在收音机及灯系及车窗控制节点和编程节点设有IXD显示可以实现网络监视功能，设置的串行接口和CAN、LIN扩展接口可以与上位机或外接仪表设备实现实验装置的功能扩展。实验装置中每个节点的CPU主板接口设计充分考虑了产品升级的兼容性，除了具有丰富的接口资源，良好的可扩展性也是该装置的一大特色，减轻了用户扩展新功能的负担。
图1是本实用新型所述的汽车总线实验装置的结构框图。图2是本实用新型所述的汽车总线实验装置的拓扑结构图。图3是本实用新型所述的汽车总线实验装置的系统连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细介绍。如附图1所示，本实用新型所述的汽车总线实验装置由实验箱体及电路面板组成。其中电路面板由电源模块，发动机节点，仪表节点，传感器节点，网关节点，车载收音机节点，灯系及车窗节点，收音机及灯系及车窗控制节点，编程节点及CAN、LIN扩展接口组成。如附图2所示，本实用新型所述的汽车总线实验装置采用双总线拓扑结构，电路面板上半区域包括CAN总线的发动机节点，仪表节点，传感器节点和CAN与LIN双总线的网关节点；电路面板下半区域包括LIN总线的车载收音机节点，灯系及车窗节点，收音机及灯系及车窗控制节点和CAN与LIN双总线的编程节点。本实验装置实现了汽车LIN总线通信， 汽车CAN总线通信以及汽车LIN总线和CAN总线网关通信。并且实验装置在网关节点设有串行接口方便与上位机通信，在网关节点旁设有CAN、LIN扩展接口方便与外界CAN、LIN总线设备通信。如附图2所示，每一个节点都由单独的CPU主板以及相应的外围电路组成。CPU主
4板主要由型号为飞思卡尔的8位或16位的微处理器，电源模块，串行接口模块及I/O扩展模块组成，其中串行接口模块用于调试或下载程序。如附图2所示，发动机节点为CAN节点，主要由车速直流电机、传感器及车速显示， 发动机转速直流电机、传感器及发动机速度显示，若干功能按键和CAN接口组成。此节点用于模拟发动机的控制与显示，通过此节点的CPU主板的串行接口模块下载程序或者由编程节点的CPU主板的串行接口模块下载程序，可以实现发动机的控制和显示功能。若干功能按键控制直流电机(模拟发动机的转速)的转速，采用对应的4位数码管显示直流电机的转速(表示当前发动机转速)，以及控制直流电机(模拟车速转速)的转速，采用对应的4位数码管显示直流电机的转速(表示当前发动机车速)。如附图2所示，仪表节点为CAN节点，主要由车速、发动机转速和水温的步进电机显示，油量显示，压力显示，里程表显示，左右转向灯指示，若干功能按键和CAN接口组成。 此节点用于模拟对各种仪表的控制和显示，通过此节点的CPU主板的串行接口模块下载程序或者由编程节点的CPU主板的串行接口模块下载程序，可以实现车速、发动机转速、水温、油量、压力、里程表和左右转向灯的显示。其中显示的数据可以由程序事先设定的值决定，也可以通过CAN通信显示传感器节点各个传感器所对应的数据。此外若干功能按键用于此节点的功能扩展。如附图2所示，传感器节点为CAN节点，主要由水温传感器及显示，油量传感器及显示，压力传感器及显示，加速踏板模拟，档位模拟和CAN接口组成。此节点用于模拟水温、 油量、压力和档位传感器，此节点中的可调电位器用来模拟加速踏板、油量、压力传感器，五档开关用来模拟汽车档位，3个4位数码显示管用来显示3个可调电位器所对应电压的A/D 转换值。此外传感器节点和仪表节点可以用于实现CAN通信，根据仪表节点CAN接口的应用层协议实现两个节点之间的通信，使仪表节点中步进电机和LED光柱显示传感器节点中的车速、水温、压力、油量的数据。如附图2所示，网关节点为CAN与LIN双总线节点，主要由CAN接口，LIN接口，CAN 总线数据包指示，LIN总线数据包指示和串行接口组成。此节点用于实现CAN、LIN数据包的监视以及转发功能，此节点中的串行接口可以与上位机或外接仪表设备相连实现实验设备的功能扩展。如附图2所示，车载收音机节点为LIN节点，主要由搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，频率显示，搜台成功指示，天线接口和LIN接口组成。此节点用于模拟车载收音机的控制和显示，4位数码管用于显示收音机频率，LED灯用于指示搜台成功，并且设有自动搜台按键，若干个预置频点按键、存台确认按键、手动调台加按键、手动调台减按键以及静音按键。如附图2所示，灯系及车窗节点为LIN节点，主要由刹车灯指示，左转向指示，右转向指示，三档开关，若干功能按键，车窗步进电机和LIN接口组成。此节点用于模拟车灯及车窗的控制，其中三档开关模拟左右转向开关，LED灯指示左转向灯和右转向灯，功能按键模拟刹车，LED灯等表示刹车指示灯，步进电机模拟车窗的升降，并通过功能按键控制车窗步进电机。如附图2所示，收音机及灯系及车窗控制节点为LIN节点，主要由转向控制，刹车控制按键，搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，车窗控制按键，相关信息显示和LIN接口组成。此节点用于对车载收音机节点和灯系及车窗节点的控制，通过LIN 通信完成由此节点中的功能按键控制车载收音机节点和灯系及车窗节点的相关功能，其中 LED显示屏用于显示相关信息。如附图2所示，编程节点为CAN与LIN双总线节点，主要由CAN接口，LIN接口，3. 5 寸LCD，温度传感器，若干按键，LED指示和可调电位器组成。此节点用于实现对各节点的控制，通过对各节点进行程序下载和调试从而实现CAN、LIN通信。如附图3所示，本实用新型所述的汽车总线实验装置使用220V外接电源，实验装置通过基于USB接口的BDM Debugger与主机的USB接口相连，另一端通过三针接头与实验装置上各节点的CPU主板相连，进行程序的下载和调试，使各可编程节点按照设定程序工作。本实用新型所述的汽车总线实验装置采用汽车LIN总线通信、汽车CAN总线通信以及汽车LIN总线和CAN总线网关通信的教学实验方法。本实验装置可以通过对单个模块以及控制模块写入程序来控制LIN总线和CAN总线的各个节点，从而达到对LIN总线通信和CAN总线通信的灵活运用。在收音机及灯系及车窗控制节点和编程节点设有LCD显示可以实现网络监视功能，在网关节点设有串行接口方便与上位机通信，在网关节点旁设有 CAN、LIN双总线扩展口方便与外界CAN、LIN总线设备通信。本实用新型所述的汽车总线实验装置可开设出以下实验汽车LIN总线基础通信实验，可单独对车载收音机节点或者灯系及车窗节点的 CPU主板下载程序完成对单个节点的控制，也可通过编程节点实现对车载收音机节点或者灯系及车窗节点的控制。通过此类实验了解LIN总线协议及特点，掌握LIN总线的物理特性，掌握LIN总线驱动器与控制器之间的硬件连接方法，编写基于串口的LIN总线驱动程序，并完成驱动测试。汽车CAN总线基础通信实验，可单独对发动机节点、仪表节点或者传感器节点的 CPU主板下载程序完成对单个节点的控制，也可通过编程节点实现对发动机节点、仪表节点、传感器节点的控制。通过此类实验深入了解CAN总线的特点，掌握CAN总线物理特性， 掌握CAN总线协议报文结构，了解CAN总线的数据收发过程，了解CAN控制器的结构，掌握基于C语言的编程方法。汽车LIN总线模拟控制实验，可以通过收音机及灯系及车窗控制节点完成对车载收音机、灯系和车窗的控制，通过此类实验在了解LIN总线协议、特点及物理特性的基础上，通过自主设计简单的应用层协议，控制LIN节点上的模拟车灯、车窗和收音机控制对象。汽车CAN总线模拟控制实验，可以实现发动机节点、仪表节点和传感器节点的联动，在了解CAN总线协议、特点及物理特性的基础上，通过自主设计简单的应用层协议，控制CAN节点上的模拟发动机、车速、水温、油量、压力等控制对象。LIN总线和CAN总线网关通信实验通过此类实验了解网关的概念，掌握LIN总线和 CAN总线互相通信的方法，并通过实际控制验证通信的正确性。
权利要求1.汽车总线实验装置，电路面板固定在实验箱内，实验箱使用220V电源；其特征在于 采用汽车CAN总线与LIN总线双总线拓扑结构，由三个独立的CAN节点，三个独立的LIN节点和两个CAN与LIN双总线节点，每个节点都由单独的CPU主板以及相应的外围电路组成； 所述三个独立的CAN节点是发动机节点、仪表节点、传感器节点；所述三个独立的LIN节点是车载收音机节点、灯系及车窗节点、收音机及灯系及车窗控制节点；所述一个CAN与LIN 双总线节点是网关节点，另一个CAN与LIN双总线节点是编程节点；在网关节点设有串行接口，方便与上位机通信；以上节点及电路配置在电路板上。
2.根据权利要求1所述的汽车总线实验装置，其特征在于CPU主板由型号为飞思卡尔的8位或16位的微处理器，电源模块，串行接口模块及I/O扩展模块组成。
3.根据权利要求1所述的汽车总线实验装置，其特征在于所述的发动机节点由车速直流电机、传感器及车速显示，发动机转速直流电机、传感器及发动机速度显示，若干功能按键和CAN接口组成；所述的仪表节点由车速、发动机转速和水温的步进电机显示，油量显示，压力显示，里程表显示，左右转向灯指示，若干功能按键和CAN接口组成；所述的传感器节点由水温传感器及显示，油量传感器及显示，压力传感器及显示，加速踏板模拟，档位模拟，CAN接口组成。
4.根据权利要求1所述的汽车总线实验装置，其特征在于所述的车载收音机节点由搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，频率显示，搜台成功指示，LIN接口组成；所述的灯系及车窗节点由刹车灯指示，左转向指示，右转向指示，车窗步进电机，LIN接口组成；所述的收音机及灯系及车窗控制节点由刹车控制按键，转向控制，搜台按键，存台按键，上步进调台按键，下步进调台按键，相关信息显示，LIN接口组成。
5.根据权利要求1所述的汽车总线实验装置，其特征在于所述的网关节点由CAN接口，LIN接口，CAN总线数据包指示，LIN总线数据包指示组成；所述的编程节点由CAN接口，LIN接口，3. 5寸IXD，温度传感器，功能按键，LED指示，可调电位器组成。
6.根据权利要求1所述的汽车总线实验装置，其特征在于在网关节点旁设有CAN、LIN 扩展接口，方便与外界CAN、LIN总线设备通信。
专利摘要本实用新型提出了汽车总线实验装置，是一种基于车载CAN和LIN双总线的汽车控制系统的实验教学装置。本装置采用汽车CAN与LIN双总线拓扑结构，由三个独立的CAN节点，三个独立的LIN节点和两个CAN与LIN双总线节点组成，所述独立CAN节点包含发动机节点、仪表节点、传感器节点；所述独立LIN节点包含车载收音机节点、灯系及车窗节点、收音机及灯系及车窗控制节点；所述CAN与LIN双总线节点包括网关节点、编程节点。本实验装置可以很好的模拟汽车总线中的汽车LIN总线通信，汽车CAN总线通信以及汽车LIN总线和CAN总线网关通信。该汽车总线实验装置成本比较低，且适合作为汽车总线技术专业课程的教学实验装置。
文档编号G09B23/18GK201965787SQ201120089129
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者江学焕, 王思山, 米燕, 蒋伟荣, 陈宇峰, 黄连丽 申请人:湖北汽车工业学院