基于CAN总线和PIC单片机的汽车开关电器盒设计

　　摘 要：以Microchip公司的PIC18F45K80芯片为核心，给出了具有低成本。高扩展性的实用型多功能汽车开关电器盒的设计方法。该开关电器盒除了具有对汽车启动过程和行驶状态参数实时监测的功能外，与其他同类产品相比，还更加注重产品的实用性和扩展性，同时具备与汽车其他设备进行通信的特有功能。

　　0 引 言

　　随着现代汽车工业技术的不断发展进步，车上安装的电子设备在不断增加，从而使汽车综合控制系统中，有大量控制信号需要进行实时交换。CAN 总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线，已经被广泛地推广到汽车控制系统的各个应用领域。将CAN 总线技术应用到汽车开关电器盒中，可使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN 总线得到开关电器盒中的工作数据，又能对开关电器盒的各个继电器进行精准的控制，从而达到减少汽车线束、提高通信可靠性、降低系统成本、避免系统功能重复、提高系统工作效率的目的。

　　1 汽车开关电器盒设计方案

　　本开关电器盒采用的是基于Microchip 公司生产的PIC18F45K80 芯片作为主芯片的设计方案。该芯片不仅具有一般单片机所具有的全部功能，还集成有硬件CAN 协议模块，芯片内部即可完成CAN 总线通信。采用本方案具有以下几点优势：其一是硬件集成了CAN 协议模块，无需外接芯片，从而降低了产品制造成本；二是无需编写SPI 接口驱动，缩短了开发周期，提高了产品竞争力；三是本系统使用主流PIC 芯片，具有强大的可扩展性，程序可移植性高。

　　PIC18F45K80 为主控制芯片，负责系统的综合事务处理。

　　系统功能主要分为四大部分，分别是模拟信号采样。数字信号采集。控制信号输出和CAN 模块通信。模拟信号的采集包括电源电压采样。温度传感器和电流传感器采样。数字信号采集各个熔断保险丝的通断。控制信号的输出是对整车电源继电器K1。启动电源继电器K2。启动电机继电器K3 的控制。CAN模块通信是单片机通过CAN 接口芯片与车上的其他设备进行通信，也是本系统研究的重点。图1 所示是本系统的整体框图。

　　2 汽车开关电器盒的硬件设计

　　2.1 系统主处理器PIC18F45K880

　　PIC18F45K80 系列是Microchip 的PIC18F8680。PIC18F4680 和PIC18F4580 增强型CAN 系列产品的低成本扩展产品。该单片机工作电压范围宽，为1。8~5。5 V，且片上内置3。3 V 稳压器， 可作为电源基准电压。工作温度范围大：-40~+125 ℃，适合汽车工作环境。工作速度最高达64 MHz，具有最大64 KB 的片内闪存程序存储器，1 024 字节的数据EEPROM，3。6 KB 的通用寄存器（SRAM）。设有2 个内部振荡器：INTRC （31 kHz） 和INTOSC（16 MHz）。带扩展的看门狗定时器（WatchdogTimer， WDT），可编程周期为4 ms~131 s。

　　PIC18F45K80 包含一个增强型控制器局域网（EnhancedController Area Network ，ECAN） 模块。 ECAN 总线模块符合ISO 11898-1 规范。具有3 种工作模式：传统模式（ 与现有PIC18CXX8/FXX8 CAN 模块完全向下兼容）。增强模式。FIFO 模式或可编程发送/ 接收缓冲区。报文比特率最高可达1 Mb/s，具有6 个缓冲区可用作接收和发送报文缓冲区，3 个带有优先级的发送报文缓冲区，2 个接收报文缓冲区和1 个接收报文组合缓冲区。

　　2.2 CAN 接口电路模块设计与实现

　　本开关电器盒采用的是恩智浦半导体公司CAN 总线收发器芯片TJA1050 作为CAN 协议控制器和物理总线之间的接口。

　　TJA1050 可以为总线提供不同的发送性能，为CAN 控制器提供不同的接收性能。TJA1050 完全符合ISO11898 标准，传送速度高（ 最高可达1M 波特）。具有良好的电磁兼容性和低电磁辐射（EME） 性能，并带有宽输入范围的差动接收器，可抗电磁干扰（EMI）。

　　图2 所示是TJA1050 的接口应用电路。电路中的一个120 俚牡缱鑂9，对于匹配总线阻抗起着相当重要的作用，否则，数据通信的抗干扰性和可靠性将大大降低，甚至无法通信。

　　2.3 信号采集及输出控制电路设计

　　汽车的各种电气工作状态检测是开关电器盒的重要工作职能之一，主要是由保险丝状态采集电路。电源电压和温度采集电路。启动电动机电流检测电路组成。

　　汽车保险丝的工作状态检测。为了可靠。准确地检测各保险丝的通断情况，本系统采用了光耦隔离的方式检测保险丝的通断。该电器盒共有充电保险丝。暖风1~2 保险丝。开关电源保险丝。常火电源保险丝。ON 档1~10 号保险丝。常火1~8 号保险丝等共24 路保险丝。保险丝检测采用了光耦隔离的检测方式，避免车上其他用电设备对电器盒系统的干扰。

开关电器盒需对电源电压进行实时监测。