CAN总线与J1939协议在燃料电池电动公交车上的实现

摘要

为解决电动公交车各控制器之间的信息交换问题，从CAN总线的起源和发展来看，CAN无疑是最佳的选择。与一般的通信总线相比，CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。本文以燃料电池电动公交车为应用平台，通信标准遵照CAN2.OB及J1939协议，根据燃料电池电动公交车复杂的计算机控制结构及实际的工况要求，设计了一个比较完整的通信系统。 首先分析了CAN作为主流现场总线的重要作用和技术特点，讨论了CAN应用在燃料电池电动公交车上的巨大潜力和发展前景。针对电动公交车总线系统的通信机制，提出了合理有效的仲裁解决方案。同时，详细地分析了位定时技术的基本原理和设定方法，并对CAN总线传输过程中的延迟时间做出计算。 深入剖析了J1939协议的基本格式和通信原理，通过与CAN协议比较，突出了其在应用层的重要作用；通过对电动公交车的通信单元分析，结合J1939协议，制定了电动公交车上通信节点间的具体应用协议。对电动公交车的实际工况要求进行了独特性分析，提出了电动公交车CAN总线通信系统的完整框架，同时，分析了主要模块的功能，设计出一种基于光纤介质的双环冗余网络结构，提出了具体的实现方案。 研究了CAN总线的四种主要的拓扑结构，通过分析CAN的协议标准，定义了电动公交车上光纤通信的协议规则，设计了一种适合于电动公交车的CAN总线节点，同时进行了相应的硬件结构和软件的设计。最后，给出了基于TI公司的DSP芯片 TMS320F2812的系统改进方案，并对方案的具体细节做了比较深刻的阐述。 最后，针对设计的电动公交车CAN通信系统进行可行性测试实验，得到了比较理想的结果，充分证明了系统的可行性和有效性。该方案在电动公交车总线控制、信息传输等方面，有着广泛的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题来源

1.2课题的背景

1.2.1燃料电池电动汽车的国内外动态

1.2.2 CAN总线技术的起源与发展

1.2.3分布式控制系统和CAN总线技术的特点

1.3课题研究的目的和意义

1.4课题研究的主要内容、目标和重点

1.5课题研究的主要难点和关键技术

1.6课题研究的前景

2电动公交车CAN总线系统需求分析

2.1电动公交车CAN总线系统的设计原则

2.2电动公交车CAN总线底层设计规范要求

2.3针对本系统的总线仲裁机制的解决方案

2.4位定时技术及设定方法研究

2.5电动公交车CAN应用层协议(J1939协议)研究

2.6电动公交车CAN应用层协议(J1939协议)通信原理及技术优势

2.6.1 J1939与CAN的比较

2.6.2数据传转协议

2.6.3 J1939协议的应用及实例

2.7电动公交车通信节点高层协议的制定

2.8本章小结

3基于CAN的电动公交车通信系统总体框架设计

3.1电动公交车CAN总线系统设计的理论基础

3.1.1双层CAN总线结构的提出

3.1.2双总线系统的概念

3.2电动公交车总线通信系统设计

3.2.1总体框架设计

3.2.2电动公交车各主要电子控制单元ECU模块功能

3.2.3 CAN总线拓扑结构分析

3.2.4 CAN总线光纤环型网络的设计

3.2.5双环光纤CAN总线网络的实现方案

3.3本章小结

4电动公交车CAN通信接口的设计

4.1电动公交车CAN通信接口的基本硬件分析

4.1.1微处理器选择

4.1.2 CAN控制器选择

4.1.3 CAN收发器性能比较与选择

4.1.4数字隔离器的选择

4.2电动公交车CAN节点的硬件电路设计

4.3电动公交车CAN网关的硬件电路设计

4.4电动公交车CAN网络通信系统软件设计

4.4.1初始化程序设计

4.4.2发送程序设计

4.4.3接收程序设计

4.5 CAN控制器异常情况的处理

4.6关于电动公交车CAN通信节点设计中的几个问题

4.7电动公交车CAN接口设计的改进方案

4.7.1 TMS320F2812中CAN控制器的技术优势

4.7.2改进方案的基本思想

4.7.3电动公交车CAN接口改进电路的设计

4.7.4 eCAN通信程序设计的基本流程

4.8本章小结

5电动公交车CAN系统设计可行性测试仿真

5.1电动公交车CAN系统测试软件的设计

5.2电动公交车CAN系统的测试过程

5.2.1软件配置

5.2.2通信协议的构建

5.2.3测试原理及过程

5.3结果分析

5.4本章小结

6结论

参考文献

在学研究成果

致谢