基于CAN总线的LNG气瓶监测系统的研究与实现

论文摘要

本文主要概述了基于CAN总线协议的LNG低温气瓶监测系统的研究与实现过程。系统设备的实现是以MICROCHIP公司生产的PIC18F45K80单片机为主控芯片，通过协同使用精密传感器，实现了对LNG低温气瓶液位、液压、发动机压力的实时采集监控，采用CAN协议及SAE J1939标准完成数据的通信。本文详细研究了CAN总线协议，阐述了LNG低温气瓶监测系统的需求分析，对系统的硬件电路设计、数据的采集及传输也给出了充分说明。文中首先对LNG气瓶监测系统的研究背景和发展状况进行了分析，通过研究现有系统的不足提出了本系统的改进之处，然后系统的研究了目前汽车行业广泛使用的CAN总线。针对硬件电路的实现，给出了芯片选型、电路接口设计的分析，详细介绍了系统各个模块的软件实现流程，最后通过模拟测试，完成了软硬件的性能测试，对整个系统的稳定性和可用性加以了认证。本系统的实现是通过PIC18F45K80这款芯片进行的，它提供了非常丰富的外设功能。系统功能主要包括了监控数据的采集，传输以及校准。针对气瓶液位的测量，系统使用了芯片提供的CCP模块的捕捉功能，采用电容式传感器测量法得以实现。气瓶液压以及发动机压力的测量则使用了芯片提供的A/D转换模块，加之外接的高精度压力传感器完成。在数据传输方面，根据数据状态系统分为了三种情况。无误数据以正常格式帧发送，出错数据以DM1格式帧发送，这两种形式都属于主动发送。另外还有一种被请求的数据DM2，这是系统整个使用周期内的错误统计信息，根据它能够很方便对系统进行维修。数据的通信采用CAN协议以及SAE J1939标准，根据标准手册制定了详细的通信帧格式和在传输过程中的交互流程。在系统测试部分，通过模拟多种使用情况，对采集数据进行了精度测试，通过一些辅助软件观察数据通信情况，验证了系统的可靠性。随着现在以LNG为燃料的汽车的使用越来越广泛，相应的高性能配套设备的研究与实现也势在必行。本系统的完成能较好的解决了目前市场上同类设备系统误差大、效率低、使用不方便等突出特点。该系统在目前已经进入测试阶段，相信未来定会取得较好的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 LNG 车载气瓶发展状况
• 1.2 LNG 车载气瓶配套监测设备的不足
• 1.3 本文研究的选题和研究意义
• 第二章 现场总线 CAN 的原理研究
• 2.1 CAN 总线简介
• 2.2 CAN 总线的特点
• 2.3 CAN 总线的技术规范及结构
• 2.4 CAN 总线报文的传输原理及其帧结构
• 2.5 SAE J1939 协议简介
• 2.5.1 SAE J1939 报文格式
• 2.5.2 传输协议功能
• 2.5.3 应用层诊断数据
• 2.6 本章小结
• 第三章 系统硬件设计原理及方案
• 3.1 芯片选型
• 3.1.1 MCU 的选择
• 3.1.2 CAN 模块收发器的选择
• 3.2 系统功能的设计方案
• 3.2.1 压力采集
• 3.2.2 液量采集
• 3.2.3 数据传输
• 3.3 系统硬件电路设计
• 3.3.1 总体规划
• 3.3.2 采集节点 MCU 电路接口设计
• 3.3.3 接收节点 MCU 电路接口设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统软件的设计与实现
• 4.1 采集 MCU 软件实现
• 4.1.1 系统整体介绍
• 4.1.2 液位参数测量的实现
• 4.1.3 液压/缓冲罐压力参数测量的实现
• 4.1.4 出厂校准的实现
• 4.1.5 日常校准的实现
• 4.1.6 数据传输的实现
• 4.2 接收 MCU 软件实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真测试
• 5.1 软件仿真
• 5.2 模块测试
• 5.3 系统测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献