CAN总线技术在工程机械发动机检测中的应用

摘要

随着社会的发展和科学技术的进步，工程机械的品种越来越多，电气化程度也越来越高，装载机是我国产量最大的工程机械之一，它已形成了系列化产品。从发动机、变速箱、控制阀到车辆仪表基本在国内完成配套。由于国内配套厂家产品技术水平较低，影响了工程机械产品水平的快速提高。特别是仪表系统，国内配套厂家一般均为汽车仪表生产企业，生产的都是传统电磁指针式仪表，测量精度比较低。而国外进口车用电子装置造价高，国内工程机械生产企业用不起。目前我国已有近百家单位在投资开发和生产装载机，急需国内自主研发生产一套能满足工程机械可靠性要求的新型电子监测器。
　　 为了提高国内工程机械车辆的电气化水平，特别是高端出口车辆的仪表系统的先进性与可靠性，本文提出了一种开发新型电子监测器仪表系统的思路。主要是采用内置CAN控制器的AVR单片机AT90CAN128配合CAN驱动器MCP2551组成的CAN节点系统，通过该系统从发动机的CAN总线节点来读取发动机的各种信息，比如：发动机转速、冷却液温度、机油压力及故障代码等。然后通过内置180∶1减速机的步进电机来驱动表针进行信息的指示，通过点阵液晶来进行信息故障的提示。考虑到系统的核心处理器都是5V电压系统，与车上24V电源系统之间压差较大，为了提高电源利用效率，提出了采用BUCK型开关电源LM2576HV来进行电源的降压转换，并通过隔离的DC/DC模块来对CAN驱动进行电源的隔离，整个系统的可靠性大大提高，满足了工程机械恶劣环境下的可靠性要求。
　　 本文研究了国内外装载机电气化发展水平，特别是仪表系统的发展。重点研究了CAN总线技术的规范、应用原理，特别是硬件上的电路实现及可靠性研究。在此基础上分析了发动机系统普遍采用的高层应用协议SAEJ1939协议，并讨论了SAEJ1939协议的软件实现方法。完成了整个仪表系统地软硬件设计并在装载机系统上进行了试车试验，验证了本系统的设计思路的可行性及工程应用前景。

目录

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第一章 绪论

1.1装载机概述

1.1.1装载机仪表国内外发展现状

1.1.2装载机电子监测仪表系统的发展

1.1.3 CG990仪表系统的开发

1.2 CAN总线技术概述

1.3本文研究的意义和主要内容

第二章控制局域网CAN总线的原理研究

2.1 CAN总线的特点和结构

2.1.1 CAN总线的特点

2.1.2 CAN总线的技术规范

2.1.3 CAN总线上的电平方式

2.1.4 CAN总线的传输距离和速率

2.1.5 CAN节点的分层结构

2.2 CAN总线报文的传输原理及其帧结构

2.3 CAN总线有关器件

2.3.1 CAN通信控制器AT90CAN128

2.3.2 CAN总线收发接口电路MCP2551

2.4本章小结

第三章基于CAN总线仪表系统硬件设计

3.1 CG990装载机仪表系统介绍

3.2 CG990装载机仪表系统原理框图

3.3 CAN总线仪表系统硬件电路设计

3.3.1单片机CAN控制器以及CAN收发器外围的接口电路

3.3.2 AVR系列单片机AT90CAN128

3.3.3隔离电源部分

3.4单片机看门狗电路部分

3.5电源电路部分

3.6步进电机指示部分

3.7液晶显示部分

3.8可靠性研究

3.9本章小结

第四章基于CAN总线仪表系统的软件设计

4.1 CAN总线通讯协议

4.2 SAE J1939协议

4.3系统应用层程序设计

4.4软件设计中应注意的几个问题

4.5本章小结

第五章通信调试与系统实验

5.1实验目的和内容

5.2调试工具

5.2.1 AVR单片机软件仿真

5.2.2 USB-AVRISP下载线

5.2.3 USB-CAN智能接口卡

5.2.4示波器TDS2012

5.3实验结果

5.4试车试验

5.5实验中发现的一些问题与解决方法

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2存在的问题

6.3展望

致 谢

参考文献

研究成果

附 录