摘 要：隨著汽車電子化的發(fā)展，CAN總線通信系統(tǒng)在汽車維修專業(yè)中的重要性日益凸顯。本文探討了基于CAN的車窗控制系統(tǒng)，結合硬件電路和軟件程序設計以及示波器和CAN分析儀的使用，來加深學生對CAN總線通信系統(tǒng)原理和協(xié)議及數(shù)據(jù)收發(fā)過程的理解。這種實踐性學習方法能夠增強學生的學習興趣，提高學生的創(chuàng)新能力，為未來做好汽車維修等崗位工作打下堅實基礎。

關鍵詞：汽車維修專業(yè)；CAN總線通信系統(tǒng)；車窗控制系統(tǒng)；硬件電路設計；軟件程序設計

汽車CAN總線通信系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車中廣泛應用的一種通信技術，它可以實現(xiàn)車輛各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享。也就是說不論是汽車維修專業(yè)，還是汽車電器以及汽車設計專業(yè)，汽車CAN總線通信系統(tǒng)都是繞不過去的必須學習的系統(tǒng)，那么如何學習CAN總線通信系統(tǒng)才能高效掌握CAN總線通信系統(tǒng)的原理呢？

筆者認為帶學生設計一個CAN總線通信系統(tǒng)比單純講解CAN總線通信系統(tǒng)的組成、原理、檢測方法要有效，這也是“行勝于言”的教學思想的體現(xiàn)，同時在“設計—完成”中體現(xiàn)出教學的價值，學生有了學習成果，有了輸出，這樣的教學才是更高效的。

在CAN總線通信系統(tǒng)的教學中，筆者選取一個“基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)的設計”為課題，帶領學生完成了這一課題，并用于教學實踐中，這樣學生學得容易，教師教得輕松，學習達到事半功倍的效果?，F(xiàn)就具體的設計方案與同行們分享一下，旨在拋磚引玉，供同行參考。

一、系統(tǒng)硬件電路設計

本系統(tǒng)的硬件設計主要包括STC32單片機、CAN總線收發(fā)器、車窗電機驅動電路和按鍵輸入電路等部分。最終實現(xiàn)與車上車窗控制功能一致的功能，能夠實現(xiàn)車窗的主控與分控、單觸上升與下降、鑰匙聯(lián)動等功能。

我們采用嘉立創(chuàng)EDA進行PCB設計，并與學生共同完成電子元件的焊接。

系統(tǒng)電路組成主要由電源電路、四個單片機最小系統(tǒng)、CAN總線收發(fā)器、各車窗的按鍵開關輸入電路、各個車窗電機的正反轉控制電路組成。

本系統(tǒng)選用STC3 2G1 2K1 2 8-LQFP32系列單片機作為主控制器，具有高性能、低功耗的特點。該單片機集成了CAN模塊和GPIO模塊，能夠滿足系統(tǒng)的需求。

本系統(tǒng)采用TJA1050作為CAN總線通信系統(tǒng)收發(fā)器，實現(xiàn)單片機與車窗電機之間的通信。TJA1050具有高速傳輸和抗干擾能力強的特點，能夠保證系統(tǒng)的可靠性和實時性。為了使教學不至于枯燥乏味，教師使用了連線操作，讓學生了解模塊的供電及通信線路連接，這也是一個必要的互動環(huán)節(jié)。

按鍵輸入電路，用于實現(xiàn)車窗的控制功能。按鍵輸入電路包括上升鍵、下降鍵、自動鍵和分控鎖止鍵、車門鑰匙聯(lián)動開關等。通過按鍵輸入電路，用戶可以實現(xiàn)對車窗的控制操作。

車窗電機的正反轉控制電路采用兩個五腳繼電器來切換，而繼電器的驅動采用ULN2003A芯片來驅動，電路簡單而穩(wěn)定可靠。

整個電路板采用按功能進行分區(qū)設計，讓人一看就能明白這一塊電路的主要功能。如駕駛側車窗控制模塊下方的按鈕與開關區(qū)域，分別是鑰匙聯(lián)動開關、各車窗的上升、下降及自動按鈕，自動上升與下降需同時按下自動按鈕與上升或下降按鈕。

二、系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的軟件設計主要包括主程序、 CAN總線接收中斷程序和按鍵處理程序等部分。

主程序主要負責系統(tǒng)的初始化和狀態(tài)檢測。在主程序中，首先進行系統(tǒng)初始化，包括CAN總線的初始化和GPIO模塊的初始化。然后進行狀態(tài)檢測，判斷是否有按鍵輸入和CAN總線接收到的數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的狀態(tài)，執(zhí)行相應的操作。

CAN總線接收中斷程序主要用于處理CAN總線接收到的數(shù)據(jù)。當CAN總線接收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)中斷并進入中斷程序。在中斷程序中，首先判斷接收到的數(shù)據(jù)是否有效，然后根據(jù)數(shù)據(jù)的內容進行相應的操作。例如，如果接收到的是上升指令，則控制車窗電機上升；如果接收到的是下降指令，則控制車窗電機下降。

按鍵處理程序主要用于處理按鍵輸入的操作。當有按鍵輸入時，觸發(fā)中斷并進入中斷程序。在中斷程序中，首先判斷按鍵的類型，然后根據(jù)按鍵的類型進行相應的操作。例如，如果按下的是上升鍵，則控制車窗電機上升；如果按下的是下降鍵，則控制車窗電機下降。

三、系統(tǒng)測試與分析

為了驗證系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，進行了一系列的測試和分析。測試結果表明，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)車窗的主控與分控、單觸上升與下降、鑰匙聯(lián)動等功能。同時，系統(tǒng)具有較高的可靠性和實時性，能夠滿足車窗控制的需求。

四、CAN總線通信系統(tǒng)的教與學

在教學過程中，有條件的學校教師可先把原理圖分享給學生，并要求學生按原理圖畫出PCB，并自行定制電路板，焊接元件。對時間與條件不允許的學校，可直接發(fā)電路板給學生，讓學生按要求焊接電子元件，接著準備編程。

筆者推薦使用“天問BLOCKER”進行編程，因為它能采用圖形化編程，簡單易學易用。

首先，學生需要了解CAN總線通信系統(tǒng)的基本原理和通信協(xié)議?？梢詫W習CAN總線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式、錯誤檢測和糾正等基本概念。然后，可以學習如何使用CAN總線控制器和CAN總線收發(fā)器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。如先發(fā)送ID為01數(shù)據(jù)為00的標準幀，再依次改變數(shù)據(jù)，同時用示波器測量其波形，可把多個波形及標準幀的組成格式合成一個圖片，這樣便于觀察，學生按這樣的圖來理解CAN的報文就容易多了。

對于汽車上真實的數(shù)據(jù)長度可能不止一個字節(jié)，示波器在同一屏幕上不太好完整顯示同一幀數(shù)據(jù)，除了通過波圖理解CAN報文格式，還使用CAN分析儀進行數(shù)據(jù)的讀取?？赏瑫r使用CAN分析儀與示波器進行車窗控制系統(tǒng)調試。

通過硬件電路設計和軟件程序設計來學習CAN總線通信系統(tǒng)。同時，結合示波器測量波形和CAN分析儀的使用，學生可以更好地理解CAN總線通信系統(tǒng)的協(xié)議和數(shù)據(jù)收發(fā)過程。

學生需要設計車窗控制系統(tǒng)的硬件部分?？梢赃x擇適合的微控制器和傳感器來實現(xiàn)車窗的控制功能，也可直接參考我們的電路進行PCB設計，做出自己的電路板，焊接電子元件后，進行軟件編程。使用“天問BLOCKER”進行編程，CAN發(fā)送函數(shù)的核心代碼可由教師講授，弄懂一個車窗控制模塊的編程，其他車窗控制模塊的編程基本類似，只是ID號與數(shù)據(jù)不同。教師會給出關鍵的代碼，供學生參考。然后，學生需要編寫程序來實現(xiàn)車窗控制系統(tǒng)的功能。學生可以使用“天問BLOCKER”進行編程或C語言來編寫程序，通過CAN總線通信系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，來實現(xiàn)車窗的開關控制等功能。

學生需要進行系統(tǒng)的測試和調試?？梢允褂檬静ㄆ骱瓦壿嫹治鰞x等工具來監(jiān)測CAN總線通信系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信號，檢查系統(tǒng)的工作情況。還可以進行故障排除和性能優(yōu)化，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。接好車窗馬達，進行實物測試，觀察是否實現(xiàn)車窗控制功能。這樣，就完成了一個基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)的設計任務，同時也完成了CAN總線通信系統(tǒng)的學習。

通過設計一個基于CAN總線通信系統(tǒng)的車窗控制系統(tǒng)，學生能夠更加深入地理解和學習CAN總線通信系統(tǒng)的原理與檢修方法。這種實踐性的學習方法不僅能夠提高學生的學習興趣和動力，還能夠培養(yǎng)學生的問題解決能力和團隊合作精神，能夠有效地提升學生對CAN總線通信系統(tǒng)的掌握程度。希望本文能夠對汽車維修專業(yè)、汽車電器以及汽車設計專業(yè)的教師與學生在講授與學習CAN總線通信系統(tǒng)知識方面提供一定的借鑒和幫助。

（作者：李清明、梁業(yè)慶，深圳技師學院教師）