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[摘 要]科技的不断进步推动了我国汽车行业的改革和发展，而车灯是保障汽车行车安全的关键部位，提高车灯设计水平对于提升汽车整体性能具有十分重要的意义。利用CAN总线可以方便快捷地获取各节点想要获取的数据，并且节点本身的数据可以通过CAN总线发送到其他任意节点，在智能车灯设计中具有重要的应用价值。本文简单对CAN总线技术进行了分析，并探讨了基于CAN总线智能车灯设计。
[关键词]汽车；CAN总线；智能车灯；设计
中图分类号：S221 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0223-01
引言
车灯是汽车的灵魂之窗，它不仅是汽车整体美的展示，还是夜间行车安全的保障。众所周知，驾驶视野的好坏直接关系到行驶安全，具有良好的照明条件路面，可有效避免交通事故的发生。然而，传统汽车的前照灯对于汽车白天或夜晚行驶时的速度、路面类型和各种天气条件改变的适应性较差。因此，人们对于车灯技术的关注程度增加，随着科学技术的不断发展，CAN总线技术在汽车制造领域得到应用，基于CAN总线智能车灯开控制系统能够通过安装在汽车前端的激光雷达来检测前方是否有行人，并且可以通过连续接收的雷达问隔时问结合汽车车速判断行人的行走方向，以此决定车灯的变换。
1 CAN总线技术分析
1.1 基本概念
CAN是“Controller Area Network"的缩写，翻译为“控制器局域网”。从字面看，CAN由2个关键词组成，即控制器和局域网。CAN总线是20世纪80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，CAN总线的应用范围很广，应用范围遍及高速网络到低速容错网络，也是车辆领域所广泛使用的数据通信协议。
1.2 网络结构
CAN总线节点一般由微处理器ECU、CAN控制器、CAN收发器3部分组成。CAN总线网络拓朴结构如图1所示，在一个CAN网络上至少需要有2个CAN总线节点存在。在CAN总线的2个终端，各需要安装1个120Ω的终端电阻，如果CAN总线节点数目大于2个，中间节点就不需要再安装120Ω终端电阻了，终端电阻的规格120Ω并非固定不变的，这和CAN总线网络使用的导线长度有关系。CAN总线的应用要点有：第一，电缆交流参数推荐值为120Ω特征电阻，5ns/m延时；第二，为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最低，使用较大的电阻有助于增加总线长度，在ISO11898标准中，提供的参考值为118Ω 1.3 应用优势
CAN总线相比于其他总线的具有很多优点，使其在汽车电控系统中得到广泛的应用，其特点如下：第一，CAN总线是唯一的一个具有国际标准的总线标准；第二，具有较高的性价比，结构简单、器件容易购置，每个节点的价格较低，开发过程中能充分利用现在的单片机开发工具，开发技术易掌握；第三，多主控制，在总线空闲时，所有的节点都可开始发送消息，实现多主控制，最先访问总线的节点可获得发送权；第四，采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间；第五，采用短帧结构，每帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰概率低，重新发送时间短，每帧的信息都有循环冗余校验码校验及验错措施，具有极好的检错效果。
2 基于CAN总线智能车灯设计
2.1 CAN总线通讯网络设计
系统中使用具有较高效率和可靠性的CAN总线，进行参数采集节点测量结果与车灯的开启/关闭命令的传输。系统设计实现了CAN的硬件结构，基于硬件结构进行了软件实现。系统还自定义了应用层协议。主要包括：第一，确定CAN标识符的分配方案，定义了各报文帧的优先级，报文的标识符不仅反映了报文的性质、含义，同时定义了报文的静态优先级，具有较高优先级报文的单元可以优先获得总线的访问权，标识符的值越低，优先级越高；第二，设定传输的数据字节数，在能实现基本功能前提下，数据长度越小，数据的传输时间越短，受干擾概率越小；第三，明确数据中信息单元的定义，明确的定义将方便报文的定义者和使用者理解数据的含义，同时明确报文中数据的类型。
2.2 硬件结构设计
2.2.1 采集节点设计
第一，车速采集节点，采集汽车当前车速信息，通过CAN总线将远光灯、近光灯智能控制所需的车速值；第二，光强采集节点，采集雾天的光强度信息，通过CAN总线将计算得出的后雾灯智能控制所需的雾天光强级别；第三，湿度采集节点，采集雾天的相对湿度信息，通过CAN总线将计算得出的近光灯、后雾灯智能控制所需的雾的级别。
2.2.2 中央控制节点设计
系统设计了中央控制节点，它是系统的核心节点，控制着CAN总线上的信息传输。中央控制节点定时读取参数采集节点的结果数据，并将接收到的信息存储到相应的缓冲区内。同时，定时扫描车灯开关的开启与关闭状态，当扫描到车灯开关状态为开启时，通过CAN总线连同开启车灯命令一起传递给相应的车灯控制节点；当扫描到车灯开关状态为关闭时，通过CAN总线发送关闭车灯命令。
2.2.3 车灯控制节点设计
远光灯、近光灯除控制策略不同外，它们控制电路的硬件结构相同。另外，后雾灯的光强控制电路可以使用远光灯、近光灯的控制电路实现。因此，这三种灯的车灯控制节点的硬件电路可分解成光强控制与角度控制两部分来实现。车灯控制节点的光强控制使用数模转换器和放大电路实现。车灯控制节点的角度控制通过对步进电机的控制实现。由于捷达车灯系统结构的限制，这里没有对车灯机械结构进行改造。
2.3 软件设计
CAN总线节点要快速、实时地完成通信任务，软件的设计起到至关重要的作用，利用程序的结构化设计，具有较好的模块性、可理解性和移植性等特点。设计的软件部分主要包括主程序、发送程序和接收程序，软件主要包括1个主节点和2个从节点。激光雷达作为从节点将采集到的数据经过验收滤波器和屏蔽滤波器传至主节点，另外主节点发送远程帧向汽车的车速从节点发送请求车速报文，该从节点接收到主节点的请求信号，会立即做出响应，向主节点发送带有车速信息的报文，这样主节点的单片机接收到2个从节点传递来的数据进行分析，判断行人的行走方向，然后主节点的单片机分别向代表汽车远光灯的绿灯和代表汽车近光灯的红灯发送高电平信号，通过LED灯的显示信息可以方便快捷地实现智能车灯的控制。
结束语
总而言之，CAN总线具有良好的信息传递和控制功能，应用CAN总线设计智能车灯控制系统，可有效防止外界的干扰，并且当其中1根CAN线破坏时不影响系统的正常工作，具有很好的稳定性，在汽车行驶中，能够提高车灯控制效果，减少交通事故的发生。
参考文献
[1] 陈小虎.基于CAN总线的乘用车车灯控制系统设计[D].苏州大学，2016.
[2] 郭豫鹏.基于CAN总线的车灯系统的研究与设计[D].电子科技大学，2011.
[3] 范伯策.基于CAN总线的车身后部车灯控制系统设计[D].吉林大学，2010.
[关键词]汽车；CAN总线；智能车灯；设计
中图分类号：S221 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）14-0223-01
引言
车灯是汽车的灵魂之窗，它不仅是汽车整体美的展示，还是夜间行车安全的保障。众所周知，驾驶视野的好坏直接关系到行驶安全，具有良好的照明条件路面，可有效避免交通事故的发生。然而，传统汽车的前照灯对于汽车白天或夜晚行驶时的速度、路面类型和各种天气条件改变的适应性较差。因此，人们对于车灯技术的关注程度增加，随着科学技术的不断发展，CAN总线技术在汽车制造领域得到应用，基于CAN总线智能车灯开控制系统能够通过安装在汽车前端的激光雷达来检测前方是否有行人，并且可以通过连续接收的雷达问隔时问结合汽车车速判断行人的行走方向，以此决定车灯的变换。
1 CAN总线技术分析
1.1 基本概念
CAN是“Controller Area Network"的缩写，翻译为“控制器局域网”。从字面看，CAN由2个关键词组成，即控制器和局域网。CAN总线是20世纪80年代初德国Bosch公司为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络，CAN总线的应用范围很广，应用范围遍及高速网络到低速容错网络，也是车辆领域所广泛使用的数据通信协议。
1.2 网络结构
CAN总线节点一般由微处理器ECU、CAN控制器、CAN收发器3部分组成。CAN总线网络拓朴结构如图1所示，在一个CAN网络上至少需要有2个CAN总线节点存在。在CAN总线的2个终端，各需要安装1个120Ω的终端电阻，如果CAN总线节点数目大于2个，中间节点就不需要再安装120Ω终端电阻了，终端电阻的规格120Ω并非固定不变的，这和CAN总线网络使用的导线长度有关系。CAN总线的应用要点有：第一，电缆交流参数推荐值为120Ω特征电阻，5ns/m延时；第二，为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最低，使用较大的电阻有助于增加总线长度，在ISO11898标准中，提供的参考值为118Ω
CAN总线相比于其他总线的具有很多优点，使其在汽车电控系统中得到广泛的应用，其特点如下：第一，CAN总线是唯一的一个具有国际标准的总线标准；第二，具有较高的性价比，结构简单、器件容易购置，每个节点的价格较低，开发过程中能充分利用现在的单片机开发工具，开发技术易掌握；第三，多主控制，在总线空闲时，所有的节点都可开始发送消息，实现多主控制，最先访问总线的节点可获得发送权；第四，采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突仲裁时间；第五，采用短帧结构，每帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰概率低，重新发送时间短，每帧的信息都有循环冗余校验码校验及验错措施，具有极好的检错效果。
2 基于CAN总线智能车灯设计
2.1 CAN总线通讯网络设计
系统中使用具有较高效率和可靠性的CAN总线，进行参数采集节点测量结果与车灯的开启/关闭命令的传输。系统设计实现了CAN的硬件结构，基于硬件结构进行了软件实现。系统还自定义了应用层协议。主要包括：第一，确定CAN标识符的分配方案，定义了各报文帧的优先级，报文的标识符不仅反映了报文的性质、含义，同时定义了报文的静态优先级，具有较高优先级报文的单元可以优先获得总线的访问权，标识符的值越低，优先级越高；第二，设定传输的数据字节数，在能实现基本功能前提下，数据长度越小，数据的传输时间越短，受干擾概率越小；第三，明确数据中信息单元的定义，明确的定义将方便报文的定义者和使用者理解数据的含义，同时明确报文中数据的类型。
2.2 硬件结构设计
2.2.1 采集节点设计
第一，车速采集节点，采集汽车当前车速信息，通过CAN总线将远光灯、近光灯智能控制所需的车速值；第二，光强采集节点，采集雾天的光强度信息，通过CAN总线将计算得出的后雾灯智能控制所需的雾天光强级别；第三，湿度采集节点，采集雾天的相对湿度信息，通过CAN总线将计算得出的近光灯、后雾灯智能控制所需的雾的级别。
2.2.2 中央控制节点设计
系统设计了中央控制节点，它是系统的核心节点，控制着CAN总线上的信息传输。中央控制节点定时读取参数采集节点的结果数据，并将接收到的信息存储到相应的缓冲区内。同时，定时扫描车灯开关的开启与关闭状态，当扫描到车灯开关状态为开启时，通过CAN总线连同开启车灯命令一起传递给相应的车灯控制节点；当扫描到车灯开关状态为关闭时，通过CAN总线发送关闭车灯命令。
2.2.3 车灯控制节点设计
远光灯、近光灯除控制策略不同外，它们控制电路的硬件结构相同。另外，后雾灯的光强控制电路可以使用远光灯、近光灯的控制电路实现。因此，这三种灯的车灯控制节点的硬件电路可分解成光强控制与角度控制两部分来实现。车灯控制节点的光强控制使用数模转换器和放大电路实现。车灯控制节点的角度控制通过对步进电机的控制实现。由于捷达车灯系统结构的限制，这里没有对车灯机械结构进行改造。
2.3 软件设计
CAN总线节点要快速、实时地完成通信任务，软件的设计起到至关重要的作用，利用程序的结构化设计，具有较好的模块性、可理解性和移植性等特点。设计的软件部分主要包括主程序、发送程序和接收程序，软件主要包括1个主节点和2个从节点。激光雷达作为从节点将采集到的数据经过验收滤波器和屏蔽滤波器传至主节点，另外主节点发送远程帧向汽车的车速从节点发送请求车速报文，该从节点接收到主节点的请求信号，会立即做出响应，向主节点发送带有车速信息的报文，这样主节点的单片机接收到2个从节点传递来的数据进行分析，判断行人的行走方向，然后主节点的单片机分别向代表汽车远光灯的绿灯和代表汽车近光灯的红灯发送高电平信号，通过LED灯的显示信息可以方便快捷地实现智能车灯的控制。
结束语
总而言之，CAN总线具有良好的信息传递和控制功能，应用CAN总线设计智能车灯控制系统，可有效防止外界的干扰，并且当其中1根CAN线破坏时不影响系统的正常工作，具有很好的稳定性，在汽车行驶中，能够提高车灯控制效果，减少交通事故的发生。
参考文献
[1] 陈小虎.基于CAN总线的乘用车车灯控制系统设计[D].苏州大学，2016.
[2] 郭豫鹏.基于CAN总线的车灯系统的研究与设计[D].电子科技大学，2011.
[3] 范伯策.基于CAN总线的车身后部车灯控制系统设计[D].吉林大学，2010.