1 引言
CAN總線是控制局域網(wǎng)絡(luò)（Control Area Network）的簡稱，它最早由德國BOSCH公司提出。由于它具有傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)，硬件連接方便等突出特點(diǎn)，非常適合用于汽車系統(tǒng)中，解決眾多測試與控制儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題。

2  智能汽車系統(tǒng)簡介
智能汽車主要被用于野外環(huán)境中，它可以按照人預(yù)先設(shè)定的指令，根據(jù)地圖信息做出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過程中不斷感知周圍的環(huán)境信息，自主地制定出各種決策，引導(dǎo)自身安全地行使并完成相應(yīng)的規(guī)劃和操作任務(wù)。
它除具備普通汽車的各類功能外，還增加了測算車身位置，測算車頭方向，控制汽車自帶有向天線的方向使其與基地之間進(jìn)行無線通信等功能。如此眾多的信息，如果完全采用RS-232總線進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換顯
然有些力不從心。因而采用CAN總線作為其內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，是理所?dāng)然的。

3  系統(tǒng)設(shè)計
3.1  概述
     智能汽車的控制系統(tǒng)由擔(dān)負(fù)著檢測計算功能的下位機(jī)系統(tǒng)和擔(dān)負(fù)著控制顯示功能的上位機(jī)系統(tǒng)組成。圖1為該系統(tǒng)的功能框圖。
下位機(jī)系統(tǒng)各模塊及其功能：
〇 GPS數(shù)據(jù)采集模塊，用來測量汽車當(dāng)前位置。
〇 磁羅盤數(shù)據(jù)采集模塊，用來測量車頭的方向。
王軼，碩士生，主要研究方向：計算機(jī)控制與智能交通
〇 步進(jìn)電機(jī)控制模塊，用來驅(qū)動有向天線的旋轉(zhuǎn)。
    〇 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動角度限制模塊，用來測量有向天線相對于車頭的角度，并防止由于步
       進(jìn)電機(jī)單方向轉(zhuǎn)動角度過大而造成的線路纏繞。
〇 CAN模塊。

500)this.style.width=500;" border="0" />

注:圖1中的電位器用來測量步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度,將它的輸出電平轉(zhuǎn)換成頻率信號再發(fā)往下位機(jī)。CAN總線使用共地的雙絞線作為其傳輸介質(zhì)。

上位機(jī)系統(tǒng)各模塊及其功能：
〇 LCD模塊，用來顯示下位機(jī)傳送來的各種數(shù)據(jù)。
〇 簡易鍵盤輸入模塊，通過8鍵鍵盤完成對下位機(jī)的一些簡單控制。
〇 CAN模塊。
上位機(jī)和下位機(jī)通信由CAN模塊和CAN總線來完成。其中，下位機(jī)要傳送給上位機(jī)的數(shù)據(jù)有，汽車當(dāng)前的GPS坐標(biāo)，車頭當(dāng)前的方向，有向天線相對于車頭的角度；上位機(jī)要傳送給下位機(jī)的數(shù)據(jù)有，基地的GPS坐標(biāo)，手動模式下電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向和角度。

3.2  硬件實(shí)現(xiàn)
    系統(tǒng)上下位機(jī)均采用PIC18F258單片機(jī)，該單片機(jī)自帶CAN收發(fā)接口，它的引腳見圖2。CAN模塊相對獨(dú)立，其的主要特征如下：
    〇 通過ISO CAN標(biāo)準(zhǔn)測試。
    〇 執(zhí)行CAN協(xié)議：CAN1.2 CAN2.0A CAN2.0B。
    〇 標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展數(shù)據(jù)模式。
    〇 0-8位數(shù)據(jù)長度。
    〇 可編程速率高達(dá)1M bps。
    〇 2個數(shù)據(jù)接收緩沖器
    〇 6個完全接收濾波器，2個對應(yīng)高優(yōu)先權(quán)緩沖器，4個對應(yīng)低優(yōu)先權(quán)緩沖器。
    〇 2 個完全接收掩碼器。
    〇 3個具有優(yōu)先權(quán)的發(fā)送緩沖器
該系統(tǒng)中，上位機(jī)與其外圍設(shè)備鍵盤和LCD顯示器通過標(biāo)準(zhǔn)并行I/O總線相連，下位機(jī)與其外圍設(shè)備GPS接收器、磁羅盤以及電機(jī)驅(qū)動器通過RS-232串行總線相連，在
此不做詳細(xì)介紹。圖3是CAN通信模塊硬件簡圖。
500)this.style.width=500;" border="0" />

由于單片機(jī)的輸出電流比較弱，難以驅(qū)動光電隔離器，為保險起見，信號輸入光偶前要經(jīng)過74HC573鎖存；同樣為了增加信號驅(qū)動能力，經(jīng)過隔離的信號要再次經(jīng)過74HC573鎖存。
    使用該單片機(jī),無須擴(kuò)展CAN總線模塊，簡化了硬件設(shè)計，提高了運(yùn)行效率。

3.3  軟件實(shí)現(xiàn)
PIC18F258的CAN模塊帶有眾多控制和數(shù)據(jù)寄存器，為方便起見，可以將它們做以下分類：
    〇控制和狀態(tài)寄存器
    〇發(fā)送緩沖寄存器
    〇接收緩沖寄存器
    〇波特率控制寄存器
    〇I/O控制寄存器
    〇中斷標(biāo)志和控制寄存器
    CAN模塊可工作于6種模式下，配置模式，禁止模式，正常工作模式，監(jiān)聽模式，自循環(huán)模式，錯誤識別模式。本系統(tǒng)涉及到了2種模式，配置模式和正常工作模式。
    首先在配置模式下將控制和狀態(tài)寄存器，波特率控制寄存器，I/O控制寄存器，中斷標(biāo)志和控制寄存器，接收掩碼器和接受濾波器按照系統(tǒng)要求設(shè)定好，以保證CAN總線暢通。這些寄存器只能在配置模式下進(jìn)行設(shè)定。設(shè)定完畢后，進(jìn)入正常工作模式。上位機(jī)和下位機(jī)都將各自的CAN接收中斷打開，等待CAN總線傳送來的數(shù)據(jù)。所不同的是，上位機(jī)只在需要進(jìn)行人工干預(yù)的情況下，向總線發(fā)送控制信號；而下位機(jī)是循環(huán)向總線發(fā)送采集到的信息的。
    圖4是CAN模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的程序流程圖：

500)this.style.width=500;" border="0" />

CAN模塊數(shù)據(jù)接收是通過中斷方式實(shí)現(xiàn)的，即每傳來一個報文，就發(fā)生一個中斷，然后將收到的數(shù)據(jù)從接收寄存器中轉(zhuǎn)移到指定的存儲區(qū)域內(nèi)并保存起來 ，最后中斷返回。
圖5是下位機(jī)CAN模塊接收數(shù)據(jù)的中斷服務(wù)程序流程圖：

500)this.style.width=500;" border="0" />

4   關(guān)于設(shè)計中的幾個問題
（1）下位機(jī)是循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)的，在每一個報文發(fā)送出去后，要等待充足的時間再發(fā)送下一個報文。否則，可能出現(xiàn)上次報文未發(fā)送完畢，就裝載下一個報文的情況。從而，造成報文丟失，甚至每次報文都不能成功發(fā)送。等待的時間與微處理器的時鐘頻率和報文發(fā)送的波特率有關(guān)。
   （2）報文發(fā)送過程中可能會產(chǎn)生種種錯誤，CAN協(xié)議提供了成熟的錯誤檢驗(yàn)機(jī)制。這些錯誤可能包括：CRC錯誤、應(yīng)答錯誤、形式錯誤、位錯誤、填充位錯誤，引起這些錯誤的原因各不相同。對PIC18F258而言，每發(fā)生一次錯誤，CAN模塊內(nèi)部的錯誤計數(shù)器就會加1，一旦錯誤計數(shù)器的值大于255，就會進(jìn)入總線關(guān)斷狀態(tài)，這時CAN總線將不能用來收發(fā)數(shù)據(jù)。它會等待128組連續(xù)的11位隱性位后，再恢復(fù)到正常狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中不允許有間斷，所以應(yīng)當(dāng)在進(jìn)入總線關(guān)閉狀態(tài)前，將錯誤計數(shù)器清零或恢復(fù)到允許總線正常工作的范圍內(nèi)。
   （3）本系統(tǒng)中需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，相對于CAN總線強(qiáng)大的功能而言是有限的。但是，考慮到今后系統(tǒng)的改進(jìn)和擴(kuò)充，必然需要更多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，也必然會傳輸更多的數(shù)據(jù)，所以，系統(tǒng)在設(shè)計時預(yù)留了很多軟硬件資源，以備日后使用。
5  結(jié)束語
本文中的智能汽車系統(tǒng)，在普通汽車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了功能擴(kuò)展，涉及到了人工智能領(lǐng)域的一些技術(shù)。上位機(jī)與下位機(jī)之間由CAN總線來傳輸數(shù)據(jù)，RS-232接口只與外圍檢測和控制設(shè)備相連，分工明確，不會造成串行總線過于繁忙，從而引起數(shù)據(jù)傳輸錯誤。
用CAN總線組建的通信網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高、而且具有自診斷和監(jiān)控能力，既提高了通信質(zhì)量，又方便了軟硬件設(shè)計。本例中所使用的PIC18F258單片機(jī)自帶CAN總線接口，性能優(yōu)越、價格低廉，必然會受到設(shè)計師的青睞。