D01：10.19557/jki.l001-9944.2021.03.019
基于CAN总线的&车诊)糸统设-
陶曾杰，桂馨，王舟，龙林，李格
(湖南信息学院电子科学与工程学院，长沙410151)
烟台汽车贴膜摘要：为了使汽车行业有一个美好的未来，在安全度、舒适度、便捷性和成本低、少污染等
方面满足人们的要求，该文设计了一款基于CAN总线的汽车诊断系统#该设计采用
STM32F103C8T6单片机为主控芯片，CAN为通信系统，上位机为后台监控系统，实行对车
辆的实时监控以及对各个模块的控制$TFT显示屏作为液晶显示模块，通过按键模块与蓝
牙通信达到对诊断系统的操作$系统实现了车辆信息的实时查看以及对汽车故障的检测
和修复；保障了汽车的安全性，改善了传统诊断手法，达到了方便、快捷的目的$此项研究
结果表示，CAN总线网络通信技术的加入，使整个系统的可靠性得到了提高，达到了信息
共享、简化布线、降低成本、提高系统稳定性与安全性的目的$
关键词:CAN总线；汽车诊断系统；STM32；上位机
中图分类号：TP29；TN919.6文献标志码:A文章编号：1001-9944(2021)03-0086-04 Design of the Automobile Diagnosis System Based on CAN bus
TAO7eng-jie,GUI Xin,WANG Zhou,LONG Lin,LI Ge
(College of Electronic Science and Engineering,Hunan Institute of Information Technology,Changsha410151,China) Abstract:In order to make the automobile industry have a bright future and meet people%s requirements in safety, comfort, convenience, low cost and less pollution, an automobile diagnosis system based on CAN bus is designed.The design uses STM32F103C8T6single chip microcomputer as the main control chip, can as the communication system, As the advanced computer of the background monitoring system,it is used for real!time vehicle monitoring of each module.TFT display as a LCD module, through the key module and Bluetooth communication to achieve the opera­tion of the diagnostic system.The system realizes the real-time inspection of vehicle information and the detection and repair of vehicle faults,ensures the safety of the vehicle,improves the traditional diagnostic methods,and achieves the purpose of conve
nience and quickness.The results show that the development of bus-to-bus communication tech­nology has improved the reliability of the entire system.Realize the goal of information sharing,simplifying wiring, re­ducing costs and improving system stability and safety.
Key words:CAN bus;automobile diagnosis system；STM32；upper computer
随着汽车电子的广泛应用，汽车网络化进程的加快*电子控制单元(ECU"控制的组件数量正在增加，这些电子控制系统的增加极大地改善了现代车辆的动力、经*然，在改善车辆的
的，的控制系统车辆故障越来越困难，降低了车辆的可增加了难*统、
方面的叫CAN网络的性能、的
收稿日期:2020-12-15"修订日期：2021-01-25
基金项目：2020年湖南省自然科学基金面上项目(2020JJ4451)；2020年湖南省大学生创新创业训练计划项目(4297)；2019年湖南省教学改革研究项目(1189)；2019年湖南省科学研究一般项目(18C1570)
作者简介：陶曾杰(1978-)，女，硕士，副教授，研究方向为现代网络与通信技术、物联网技术。
计、高速的通信速率、灵活的通信方式，在车载网络领域得到了广泛的应用。与此同时，基于CAN总线的汽车故障诊断技术蓬勃发展，其智能化和网络程度的突出优势，使CAN总线早已被一些著名的汽车制造厂商应用于汽车诊断、控制和通信中叫根据目前社会大势所需，本文设计了一套基于CAN总线的汽车诊断系统$人们可以实时掌握车辆信息，
传统诊断方式的不便，人们在：度、舒适度、便捷性和成本低、少污染等面的要，于汽车的和到重大$
1诊断系统总体设计
本目所车CAN网络设计的故障诊断系统。由微控制器(STM32F103C8T6)、ECU、、CAN通信、、系统、
和其等成了本系统的成$控制的信息通CAN 与$ECU在汽车诊断系统中，其诊断$汽车故障时，
用诊断设诊断$在诊断的过程中，根据通信实现诊断设与ECU的通信$诊断设需发出诊断，一个ID的信息，网信息，
CAN网络的ECU$ECU诊断系统中的
控制信息，，
应，与汽车诊断系统通信$诊断系统到应的诊断信息，在控系统中成数值与总线数值的转换，结果以数值或图形曲线的形式输出，呈在屏上叫系统总体框图如图1所示$
图1系统总体框图
Fig.1Block diagram of system
2硬件设计
2.1微处理器模块的设计
采用STM32F103C8T6作为主控芯片构成本系统的微型处理器。STM32是基于超低耗的ARM Cortex-M内核，工作温度在-40°C~85"之间，工作频率最高可达72MHz，工作电压为2V~3.6V。拥有多 达11个定时器，13通信接口、USB接口、CAN、内置多达512KB的嵌入式Flash[41$使用STM32F103C8T6主控芯片高能的CAN总线通信系统，能够达到速度更快、更具安的要求$
2.2Flash存储模块的设计
STM32通过一路SPI驱动Flash从而控制Flash的读写$能够存储声音、文本、数据等$卜部Flash采用W25Q128FB芯片，该芯片支持SPI接口，以及更高性能的DUAL/QUAD SPI$25系列的灵活和能比一
般的串行Flash设高，芯片容量为128Mbit/16Mbyte，时钟频率小于133MHz，供电范围为2.7V~3.6V，工作温度在-40°C~+85C ，价格宜，通用性强$电路如图2所示$
3.3V
!24
104
GND
3.3
3.3V
U5
F CS1CS VCC8
SP12—MISO2SO RESET7代拍上海车牌
I3WP SCK6SP12SCK
14
GND SI5SP12MOSI
W25Q128FV
2.3
GND
图2Flash存储模块电路
Fig.2Flash memory module circuit
液晶显示模块的设计
本设计中，采用TFT液晶显示屏作为液晶显示模块，屏支持SPI口通信，尺寸  2.8寸，供电电压为3.2V，最大工作电流60mA，分辨率达到240x320，屏亮度好、颜鲜艳、使用
便灵活、功耗低、寿命长[51$STM32F103C8T6通过I/O 口与TFT液晶显示模块相连，实现数据通信$单片机的FSMC_D1~FSMC_D15端口分别与显示屏的DB1~DB5端口相连作为数据通信口,STM32F1
03C8T6其他相应端口连接芯片的RET、RD、WR、RS和CS 端，实复位、读写、指令数据切换、片选等功能，接口电路如图3所$
2.4报警电路的设计
发动机出现故障时，显示屏会显示故障灯标志出警报信号$报警电路通用
主$于流控，使
的响度大，能设定在定范流的电流值大$同时电路的TTL电驱动不了，
FSMC NE41 FSMC NWE3 RESET5 FSMC D17 FSMC D39 FSMC D511 FSMC D713 FSMC D915 FSMC D1117 FSMC D1319 FSMC D1521 LCD BL23
25
27 T MISO29 T PEN31 T CS33LCD1
LCD_CS RS
WR/CLK RD
RST DB0
DB1DB2
DB3DB4
DB5DB6
DB7DB8
DB9DB10
DB11DB12
DB13DB14
DB15GND
BL VDD3.3
VDD3.3GND
GND BL VDD
MISO MOSI
T PEN MO
T CS CLK
2FSMC A10
4FSMC NOE
6FSMC D0
8FSMC D2
10FSMC D4
12FSMC D6
14FSMC D8
16FSMC D10
18FSMC D12
20FSMC D14
22GND
243V3
26GND
28  3.3V
30T MOSI
32
34T SLK
实现微处理器与之间的通信°
CAN收发器采用TJA1050,TJA1050是CAN高
收发器，、功、性、
扰能力强特点⑹。TJA1050主要用来CAN控
制器和物理总线，发通TXD发〔
朗逸性价比
据，RXD总线状态°TJA1050的RXD和
TXD与CAN控制器的信收端RX和发
TX，实现路CAN采功能,CAN电
路如图5所示°
TFT_LCD2"
图3液晶显示模块接口电路
Fig.3In t erface circuit of LCD module circuit
了确保流经蜂鸣器的电流要足够大，必须要利用三极管的放大能力使电流放大。该电路设计所用的三极管是S8050NPN型三极管，128倍放大值更加容易实现饱和度°并且电路中使用1+!电阻!23作为限流电阻来预防三极管烧坏。报警电路如图4所示°
I'GND
TJA1050
图5CAN接口电路
Fig.5CAN interface circuit
GCANH7
GCANL6
U3
STB TXD
CANH GND
C ANL V CC
Vref RXD
3.3V
图4报警电路Fig.4Alarm circuit 3软件设计
器采用JAVA发，用消息、线、Soc+et来实现°为器和
控°的，通处理
信息(信息：型的基本信息和信息)的，用器，线的存储；
通大，的
Web用，现在°主流如图6所示°
2.5CAN总线的硬件设计
CAN总线的硬件电路主要是完成CAN通信控制器与微处理器之间和CAN收发器与物理总线之间的信息通信⑹。在该电路中,MCU采用功能强大、性能好、存储空间大的STM32F103C8T6作为CAN 总线收发模块，主要用于对MCU自带的CAN控制器的，控制CAN控制器通信，实现数据的收和发，以及实现CAN总线的：协议与PC的交换叫
CAN控制器采用STM32F103C8T6自带的bx Can，该CAN控制器的波特率最高可达1Mbps，支间触发通信°CAN控制器能够实现CAN总线的协议及路所功能，是CAN总线电路的关键器件°CAN控制器从微处理器中收，处理 CAN收发器°4监控与操作平台设计
控主要实现后台监控，液晶显示屏显示°按模块通蓝牙实现诊断系统的操作°
4.1总体功能说明
(1)选择型表，车型主要有宝马、路虎、捷豹、奔驰等°
30万suv车型推荐
(2)选择添加系统，系统主要有发动机系统、冷却系统、悬挂系统、转向系统等°
(3)选择功能表：流信息、故障码信息、清除码、版信息°
(4)动流，数据流是发动机运转时的各项参值，如辆的置、的度、油1情况°
!场忌线与&'(络
(2)选择车型列表，如图8所示
图8车型列表
Fig.8 List  of  vehicle  types
图6主流程
Fig.6 Main  flow  chart
(5) 可以查看发动机转速和冷却液温度波形， 并且可以自行设置发动机转速和冷却液温度。
(6) 数据流可以以文件的形式储存和记录，便
于查看$
(7) 当发动机出现故障时，显示屏会显示故障
灯标志并且发出警报。
(8 "读取故障码信息和清除故障码$
(9)可以自行查询故障码的记录，更清楚的了 解车辆具体的故障信息$
4.2液晶屏界面设计与功能展示
廊坊汽车网
液晶显示模块和按键模块的配合使用能实现
操作系统的人机相互，用户可根据自己的选择与要
, 按键进行液晶屏 的操作$
(1)进入诊断页面，如图7所示$
(3)选择系统列表，如图9所示
Fig.9 System  list
⑷选择功能列表，如图10所示
图10功能列表
Fig.10 Feature  list
( 5) 查看数据流信息 , 11 示
图11数据流信息
Fig.11 Data  flow  information
(6)检测故障码信息并清除故障码，如图12
所示$
(下转第103页)
图7诊断页面
Fig.7 Diagnostic  page
况下，变换器的最低效率也有91.6%。效率曲线所展现出的，并功的升现显的，的在总
o
5结语
设计的具有宽增益特性的双向DC-DC变换，于分布式发电储能系统蓄电池与压直流母线之间o控制策
略包括了PI电压闭环控制和能量理算法，从可以适应至40-80V的蓄电池电压范围，同时将直流母线电压精确地稳定在300V，改分布式能源功率波动性的问题，实现对功的“削峰填谷”。文对于提的性能分析内容限，涉及的建模和分析等工作尚待进一步完成[14]，后续研究将围绕这一问题进行更加深刻的挖掘。
参考文献：
[1&季阳，艾h，解大•分布式发电技术与智能电网技术的协同发展趋势[J].电网技术,2010,34(12)：15-23.
[2]张岩波.分布式能源接入对配电网的影响[J&.现代电子技术,
2012,35(21)：173-175.
[3]金红光，隋军.变革性能源利用技术——分布式能源系统[J]•分
布式能源,2016,1(1):1-5.[4]王建，李兴源，邱晓燕•含有分布式发电装置的电力系统研究综
述[J].电力系统自动化，2005,29(24):90-97.
[5]范，蒲天骄，刘广一，等.主动配电网中分布式发电系统接入
技术及其进展[J].电工技术学报,2016,31(S2)：92-101.
[6]李晓明，刘淑琼.分布式发电对配电网的影响及对策[J].高科技与
产业化,2009,16(11):80-83.
[7]李延宾，陈峰泉.基于复合式发电系统的双向DC/DC变换器研
究[J].机电工程技术,2019,48(5):221-223,254.
[8]陈，段善旭，殷进军，等.基于发电预测的分布式发电能量管
理系统[J].电工技术学报,2010,25(3):150-156.
[9]吴雄，王，刘世民，等•微电网能量管理系统研究综述[J]•电力
自动化设备,2014,34(10):7-14.
[10]雷志方，汪飞，高艳霞，等.面向直流微网的双向DC-DC变换器
研究现状和应用分析[J].电工技术学报,2016,31(22)：137-147.
上海奇瑞
[11]Fang X P(房绪鹏)，Zhao Y(赵扬)，Yu Z X(于志学).Applica-
tion of new bidirectional DC/DC converter in uninterruptible power supply system[J].Dianzi Jishu Yingyong(电子技术应用：英文版),2018,44(9):141-145.
[12]Wang Z S,Wang P,Bi H K,et al.A bidirectional DC/DC
converter with wide-voltage gain range and low-voltage stress for hybrid-energy storage systems in electric vehicles[J].Journal of Power Electronics,2020,20(1):76-86.
[13]Babaei E,Saadatizadeh Z,Cecati    C.High step-up high step-down
bidirectional DC/DC converter[J].IET Power Electronics,2017,10
(12):1556-1571.
[14]，峰.CD的并Boost直流
换器拓扑分析[J]•中国电机工程学报,2020,40(15):5000-5011.
(上接第89页)
5结语
本文介绍CAN总线的基本工作原理、技术特点及在汽车上的应用o设计了基于CAN总线的汽车控制系统，开发了汽车诊断系统的软件，实行了软件功能的调试，并完成了该系统硬件电路的设计。通过测试，液晶显示模块和按键模块能实现对该诊断系统的显示和操作，能够显示汽车运行的状态数据与故障信息，选择车型、系统、功能等列表，查看和调节发动机转速、温度冷却液以及读和故障码o 该系统、信度、功能完和成：等优点，能够较好地满足汽车诊断系统的工作要求。
参考文献：
[1]王聪，张学超，王忠林，等.一种汽车故障诊断冲突的协调机制[J].
汽车实用技术,2019,26(12):189-190+204.
[2]张宏，詹德凯，林长如.基于CAN总线的汽车故障诊断系统研究
与设计[J].汽车工程,2008,45(10):934-937.
⑶朱正礼，任少云，殷承良，等.CAN总线系统在电动轿车上的应用
[J].汽车工程,2003,40(4):380-383.
[4]陶曾杰，宋春雨，黄攀，等.基于STM32的智能浇水系统[J].西华
：自然科学版,2019,38(5):84-88.
⑸王敏.CAN控制器与单片机的电路设计[J]•石油管材与仪
,2011,25(2):76-77+80.
⑹刘义平，公飞.基于STM32的CAN总线接口设计与实现[J].信息
与电脑：理论版,2016,23(8):154-157.
[7]张英，张仁杰•基于CAN总线的汽车远程故障诊断系统研究[J].
信息技术,2003,21(10):86-90.■