第二章系统方案与整体结构论述
模糊规则进行定义，选择出最优的控制系数，然后计算出对应的电压信号。输出的电 压信号作为油门踏板的电压信号来控制电控发动机的转速通过CAN报文获得车载网 络自有的油门踏板位置信号和发动机的转速作为反馈信号实现发动机的转速控制。控 制框图如图9所示。
O-
图9发动机转速控制器控制框图
2.3.2通信网络设计方案
SJA1000是一种控制器，应用对象主要是移动的产品CAN通信和复杂工业环境
中的局域网设计，它是PHILIPS半导体PCA82C200 CAN控制器（BasicCAN)的替代产品[26]。PeliCAN工作模式的增加，对更多新特性的CAN2.0协议提供了硬件支 持，使器件获得了更广的应用性。位速率是位速率可达1Mbits/s。结构图如下图10 所示。
图10 SJA1000的芯片架构图
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
MCP2510完全支持CAN总线V2.0A和V2.0B技术规范，通信速率为1Mb/s。
器件内置的发送缓冲器有三个，接收器有两个，这些内置寄存器的出现，减少了单片 机内部的数据处理，解放了单片机，从而使单片机具有更高的利用率。单片机是通过 串行外设接口（ SPI)与MCP2510进行数据的读写，器件之间的数据交换能达到5Mb/s。 芯片架构如图1
1
所示。
2个RX缓冲器
CAN
I■办议I擎
3个丁X 6个接收滤波器
/\\
u\\
SPl
O
缓麗
报文货合缓冲器
Y
按口逻辑
-^CS ^^SCK—
SO
-----------------------------------?
控制逻辑
---------------------------------------------------------------------? InT
--------------------------------------------------------卜 RXOBF------------------------------------------------------------^ RX lBF--------------------------------------------------------------------------------TXORTS---------------------------------------------------------------------------------------TxTrts---------------------------------------------------------------------------TX2RTS图11 MCP2515的芯片架构MCP2515 是 Microchip 的一款独立控制器局域网络（Controller Area Network， CAN)协议控制器，完全支持CAN V2.0B技术规范。该器件能发送和接收标准和扩 展数据帧以及远程帧。MCP2515自带的两个验收屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器 可以过滤掉不想要的报文，因此减少了主单片机（MCU)的开销[27]。完全支持CAN 总线V2.0A和V2.0B技术规范，通信速率为1Mb/s。MCP2515的SPI数据传输速 率高达10Mb/s。dsPIC33F 增强型控制器局域网（Enhanced Controller Area Network，ECAN)模 块实现了 CAN 2.0B协议，该协议主要用于工业和汽车应用。该异步串行数据通信协 议能在电气噪声环境下提供可靠的通信。dsPIC33F器件系列可以集成最多两个 ECAN模块。完全符合CAN 2.0B协议。最高1 Mbps的可编程比特率；报文接收 32个报文缓冲区一一它们全都可以用于接收；16个用于报文过滤的接收过滤器； 3个用于报文过滤的接收过滤屏蔽寄存器；自动响应远程发送请求。由比较可知，CAN控制器芯片的发展是非常迅速的。现在大多数微控制器都已 经把CAN控制器集成到了微控制器芯片之中。这样既降低了 IC成本，也减少了硬件 PCB的设计，提高了抗干扰能力。CAN 收发器发展迅猛，从 82C250 到 TJA1050，再到 TJA1040UA1040，TJA1050 和C250/251[28]都是遵从ISO11898协议的高速CAN收发器。它们都满足了工业应用14
万方数据第二章系统方案与整体结构论述
的条件。先进的防电磁干扰技术，绝缘娃Silicon-on-Insulator SOI技术的应用，使 TJA1050比C250/251使用分离终端的抗电磁干扰性能提高了 20dB。
TJA1040是在TJA1050的基础上设计的，由于使用了相同的SOI技术，TJA1040
具有和TJA1050 —样出色的EMC特性，与TJA1050不同的是TJA1040像C250/251一样有待机模式，可以通过总线远程唤醒。这样TJA1040可以认为是C250/251的功 能上的后继者，TJA1040还具有和C250/251 —样的收发器引脚和功能。所以TJA1040 可以与C250/251兼容并简单地替代C250/251;特别是TJA1040还首次提供在不上电 环境下理想的无源特性。
TJA1040比C250/251有以下几个的长处：第一如果不上电在总线上完全无源(如
果VCC关闭总线上看不到)。第二在待机模式时电流消耗非常低，最大电流是15^A。 第三是改良的电磁辐射EME性能和改良的电磁抗干扰。
TJA1040可以向下兼容C250/251并且可以在很多已有的C250/251应用中使用而
硬件和软件不需要作任何修改下面的章节是讨论关于从C250/251升级到TJA1040或 TJA1050的所有问题。
下面从应用的角度列出82C250/251，TJA1050和TJA1040之间的区别。
表1 82C250/251，TJA1050和TJA1040之间的主要区别
特征
电源电压范围
PCA82C2504.5-5.5V
PCA82C2514.5-5.5V-36V 到+36V(Rs=0)190ns
TJA10504.75-5.25V-27V 到+40V250ns
TJA10404.75-5.25V-27V 到+40V255ns
总线引脚（6、7)的最大
-8V 到+18VDC电压循环延迟
(TXD--RXD)(dom.--rec.)
(Rs=0) 190ns (Rs=24K)320ns
有远程唤醒功能的待机模 式斜率控制
没上电的无源特性（VCC =0V时的总线引脚电流）
<170^A<275 uA不支持
EMC优化的<250 w A (VCANH/L = 7V)
<15 ^AEMC优化的<0^A (VCANH/L = 7V)
可变
< 170mA
(VCANH/L = 7V)
可变
<2mA (VCANH/L = 7V)
共模电压的DC稳压
无无无无
由功能比较可知，选用TJA1040作为收发器。
2.3.3电源系统的设计方案
电路系统的EMC干扰主要是由启动电机、雨刮电机、发电机之类的感性负载产 生的电磁干扰[29]。这里通过雨刮电机对电路的影响来探讨如何解决车中的电磁干扰对 发动机转速控制器的硬件系统的影响。
雨刮器由控制电路、电机、传动机构和雨刮构成。按照红线接正极的惯例推测，
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万方数据汽车队列中发动机转速控制系统的设计与实现
雨刮电路如图12所示。图中5根引线端B1、B2、B3、L1、L2分别对应雨刮电机引 出的绿线（慢档电极)、蓝线（快档电极)、红线、黄线、黑线。
图12雨刮电机结构示意图
经测量，在雨刮稳定工作时，当进行快档、慢档互换时对电源网络无明显干扰。 强烈干扰出现在电机停止工作的瞬间。多数情况如图13是测得的干扰波形形状相似。
CH2:Frequency = 5.79kHz CH2:Maj ?--h 图13雨刮器关断瞬间干扰波形 图13为电机两端B3—B1端电压。由于电机是感性负载，在电源断开时会产生 负的瞬态高压，之后反向产生正跳变，这时开关未完全断开或者通过别的方式传导到 16 万方数据第二章系统方案与整体结构论述 电源线上，使电源受到正脉冲电压干扰（偶有负脉冲或两个方向都有）。电机端电压 后面会等间隔地出现正脉冲，这是电机内部换相时产生的，由于此时电机已与电源完 全断开，对电源无影响。一般常用如下解决方案。 (1)并联电容 电容具有稳压特性，可以在B1—B3间并联电容以延长电机关断时间，同时吸收 反向脉冲电流，从而消除对电源的影响。或者并在电源线上（图中M—N之间），吸 收传导到电源线上的尖峰电压而不管电机上的电压情况（这需要更大的电容）。 试验得到的最佳方法：在BI—B3间并电容，同时在B1-N点间并电容（约1uF)。 只有在电源线上并联电容(如M—N之间）的容值要足够大才能起到满意的稳压效果， 最终电容器的容值大小需根据具体干扰大小来确定。并联在电机上的电容有可能承受 反向电压，因此需要选用无极性电容。 (2)并联瞬变抑制二极管 瞬态抑制二极管（TVS)具有响应速度非常快、电压准确性好、无衰老特性等优 点。TVS具有和稳压二极管类似的特性，瞬态功率更大。利用它的反向电压嵌位特 性，在途中M—N之间并联一只TVS (TVS正极接N，负极接M)，可以起到瞬变电 压抑制作用。TVS若并联在电源网络上M—N之间，则对车内其他未知原因或意外 情况引起的峰值电压也能起到抑制作用。再者并接二极管存在安全隐患，若电源误操 作而加反时会出现短路消除。可在雨刮电源线与雨刮系统之间（比如图中M点处） 串接二极管防止电压反向。 (3)电机反向并接普通二极管 在电机的两端B3—B1间并接二极管，二极管正极接B1，负极接B3。电机工作 时，二极管受反向电压，处于反向关断状态，电源断开时，电机中不能突变的电流由 此二极管续流，从而避免产生高压。如果高速档和低速档互换时也有干扰，就在 B3-B1间也并联一只二极管。此方法消除关断时产生的干扰有一定削弱作用，对稳 态工作时的干扰不起作用。也存在电源反接时可能断路的危险。 (4)并联压敏电阻 压敏电阻能够抑制并联电路中的瞬态电压，压敏电阻并联在被保护电路当中，当 压敏电阻两端的电压高于某一阈值时，压敏电阻的阻值就会瞬间增大，从而通过降低 串联电路中的电流而对电路中的瞬态电压进行抑制。压敏电阻从功能上讲具有瞬态抑 制二极管的作用，也可以同齐纳二极管和电容共同使用来提高电路的电气特性。压敏 电阻可以对芯片其他用电设备的电路进行保护，避免因为静电放电、浪涌电流和其他 类似雷击等瞬态电流的冲击对内部电路的损坏。压敏电阻两端的电压低于压敏电阻的 工作电压的阈值时，压敏电阻的阻值极高，流过压敏电阻的电流很小，压敏电阻近乎 17 万方数据