2024年4月1日发(作者：5寸手机)

《工业控制计算机／２ｏｌ２年第２５卷第１０期　１３　

基于ＣＡＮ总线的柴油发动机参数自动监测系统　

Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｅｓｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＮ　Ｂｕｓ　

杨　韬　（湖南省公安厅警卫局，湖南长沙４１０００１）　

蒋绍武　（中南大学人事处，湖南长沙４１００８３）　

摘　要　

开发了一种ＣＡＮ总线和ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议的柴油发动机运行参数自动监测系统，设计了微控制器与ＣＡＮ总线连接　

电路、上位机通信电路设计和电源电路，实现了发动机参数的实时采集和监控，提高了发动运行的安全性。　

关键词：ＣＡＮ总线，ＳＡＥ　Ｊ１９３９，串行通信，ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　

Ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｏｆ　ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）　

ａｎｄ　ＳＡＥ　Ｊ１９３９　ｐｒｏｔｏｃｏ１．Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｍｉ—　

ｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＣＡＮ　ｂｕｓ，ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｉｔ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　

ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＡＮ　ｂｕｓ，ＳＡＥ　Ｊ１９３９，ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＭＣ９Ｓｌ２ＤＧ１２８　

目前，许多大型柴油发动机参数的监测大多是人工观察仪　

表记录的方式，或者是将这些仪表通过连线引入控制室，由控制　

通讯，工业计算机通过串口将数据发送给ＭＣ９Ｓｌ２ＤＧ１２８，继而　

发送给发动机ＭＣＵ，而发动机ＭＣＵ通过ＣＡＮ总线将数据发　

送给ＭＣ９Ｓｌ２ＤＧ１２８，然后ＭＣ９Ｓｌ２ＤＧ１２８通过串口将数据发　

室的操作人员进行观测和记录。这种观测方式自动化程度低，难　

以及时发现问题和隐患，给发动机的维护带来困难。本系统以飞　

思卡尔１６位单片机为硬件核心，开发了基于ＣＡＮ总线和ＳＡＥ　

Ｊ１９３９协议的柴油发动机运行参数自动监测系统，实现了对发　

动机转速、冷却剂温度、润滑油压力等运行参数的采集，并通过　

串口实现了与工业控制计算机的连接，为发动机的全自动监测　

和信息化管理创造了条件。　

１　ＣＡＮ总线通信电路设计　

送给工业计算机。在调试时，可以通过上位机显示微控制器是否　

准确获得了发动机数据。在系统运行过程中，也可以实时监测发　

动机各状态。　

１．１微控制器与ＣＡＮ总线连接　

下位机微控制器采用飞思卡尔ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８，该控制器　

提供了丰富的片内资源，重要的是ＭＣ９Ｓｌ２ＤＧ１２８内部集成了　

两个兼容ＣＡＮ２．０Ａ／Ｂ协议的ＭＳＣＡＮ控制器…，丰富的内部资　

源和外部接口资源可以满足系统对ＣＡＮ网络数据的发送和接　

收要求以及和上位机通信的要求。飞思卡尔ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８芯　

片作为与ＣＡＮ总线通讯的微控制器，ＰＣＡ８２Ｃ２５０作为总线收　

发器　。在实际的电路中，要把ＣＡＮ总线与控制器部分进行隔　

图２通讯模块串口部分的电路设计　

Ｔ×Ｄ０、ＲＸＤ０、Ｔ×Ｄ１、ＲＸＤ１即为微控制器的串口０，串口　

１，通过ＭＡＸ２３２Ｎ两路串口输出转换成ＲＳ２３２电平，通过　

ＲＳ２３２线与ＰＬＣ和上位机连接。　

离，以减少两部分间的相互干扰，采用的隔离芯片是６Ｎ１３７高　

速光耦。为防止信号反射，使网段运行对电子信号的影响最小，　

在总线的每个终端都应连接终端电阻。　

１．３数据通信波特率的设定　

ＭＳＣＡＮ是通过设置总线定时寄存器ＣＡＮＢＴＲ０和　

ＣＡＮＢＴＲ１来设置波特率的。ＣＡＮＢＴＲ０设置同步跳转宽度　

ＳＪＷ和波特率预分频系数。ＣＡＮＢＴＲ１设置相位缓冲段。　

ＭＳＣＡＮ波特率计算公式：　

Ｂｉｔ　Ｔｉｍｅ：　Ｐｒｅｓｃａｌｅｒ　ｖａｌｕｅ　ｘ（１＋ＴｉｍｅＳｅｇｍｅｎｔ１＋ＴｉｍｅＳｅｇｍｅｎｔ２）　（１）　

ＩＣＡＮＣＬＫ　

在本方案中，波特率为２５０Ｋ，因此根据公式得出：ＳＪＷ＝２，　

图１　ＣＡＮ控制器接ｒｌ与ＰＣＡ８２Ｃ２５０组成的收发电路　

Ｐｒｅｓｃａｌｅｒ　ｖａｌｕｅ＝４，ＴＳＥＧ１＝７，ＴＳＥＧ２＝８。因此设置：　

ＣＡＮＢＴＲ０＝０ｘ４３；　

ＲＸＣＡＮ与Ｔ×ＣＡＮ接飞思卡尔微控制器，ＣＡＮＬ与ＣＡＮＨ　

就是转换电平后的ＣＡＮ收发端，与ＣＡＮ总线上的ＣＡＮＨ与　

ＣＡＮＬ相连。　

ＣＡＮＢＴＲ１＝０ＸＦ６：／／ＣＡＮ波特率设置为２５０Ｋ。　

２电源模块设计　

１－２上位机通信电路设计　

上位机工业计算机与ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８之间采用串口进行　

电源模块是给整个系统提供电能的模块，是整个系统设计　

中重要的一个步骤。电能质量好坏直接关系到整个系统运行正　

１４　

常与否，也关系到电子元器件的寿命。电源模块电路原理图如图　

３所示。　

表１所示　。　

基于ＣＡＮ总线的柴油发动机参数自动监测系统　

在ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议中，ＳＯＦ、ＣＲＣ、ＡＣＫ以及ＥＯＦ均由　

ＣＡＮ总线数据链路层自动完成。Ｒ、ＤＰ、ＲＴＲ　

也没有重新作定义，均遵从ＣＡＮ标准。　

～　

罄　墨器蕊蕊蔷　

图３电源模块电路原理图　

通过对ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议的研究，美国　

汽车工程协会（ＳＡＥ）对各个ＥＣＵ，以及各　

ＥＣＵ下的参数量都进行了参考编号定义，我　

们称其为参数群编号ＰＧＮ。各汽车生产厂家　

大都数都会按照该规范对产品进行定义。如　

发动机转速的参考编号如下：　

ＰＧＮ　６１４４４　

图３中Ｂａｔｔｅｒｙ＿ＩＮ是蓄电池输入，一般为２４Ｖ，经过　

ＬＭ３１７ＢＴ可调电压芯片转换成需要的电压。　

优先级：３　

第４—５字节发动机转速　

数据长度：２字节　

（２）　

ＬＭ３１７的一般接法如图４所示。　

Ⅲ＝１　２５Ｖ（１＋　／Ｒ　）＋ｌａｄ／Ｒ２　

分辨率：０．１２５　ｒｐｍ／位递增，从Ｏ　ｒｐｍ开始计算　

数据范围：Ｏ到８０３１．８７５　ｒｐｍ　

在确定这些数据后，就可以对应翻译成ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议的　

２９位ＩＤ码。　

４结束语　

而在实际应用中，因为Ｉ　．　

比较小，往往将其忽略，所以要　

获得所需要的输出电压，只需　

要控制ＲＪＲ　的比值。　

本系统设计中，所需要供　

电的电压等级比较多。５Ｖ控制　

器电路，１２Ｖ传感器检测电路，　

２４Ｖ控制面板及继电器电路。且　图４　ＬＭ３１７电路接线图　

本系统基于ＣＡＮ总线和ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议，开发了柴油发　

动机运行状态自动监测系统，下位机采用飞思卡尔　

ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８微控制器，设计了ＣＡＮ总线通信模块电路和　

电源模块电路，实现了柴油发动机状态参数的采集。下位机采集　

的发动机参数通过串口发送给上位机，实现了对发动机实时运　

行状态的监控，提高了柴油发动机运行过程中的可靠性和监测　

在需要供电的电子元件也较多，特别是５Ｖ电压等级的电子元　

件。所以在电源设计中，提供两个５Ｖ电源ＶＣＣ—ＭＣＵ，　

Ｃ０Ｍ

ＶＣＣ，传感器部分专门设置一个１２Ｖ的电源，以提高电源　

—

的自动化管理。　

参考文献　

［１］孙同景，陈桂友．Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　９Ｓｌ２十六位单片机原理及嵌入式开发　

的驱动能力。　

３　ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议分析　

ＣＡＮ总线ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议是现代汽车中的通用协议　３＿，且因　

为非常的高效方便，已经扩展至工业，医疗等多个领域。ＳＡＥ　

Ｊ１９３９是建立在ＣＡＮ总线物理层和数据链路层的应用层协议　］，　

其完全遵从ＣＡＮ２．ＯＢ扩展协议，只是对ＣＡＮ２．０Ｂ规定的２９　

位标识符作了具体的定义。Ｊ１９３９帧格式与ＣＡＮ帧对应关系如　

表１　Ｊ１９３９帧格式与ＣＡＮ帧对应关系表　

技术ＩＮ］北京：机械工业出版社，２００８　

［２］广州周立功单片机发展有限公司．ＰＣＡ８２Ｃ２５０　ＣＡＮ收发器应用指　

南［Ｋ］２００３　

［３］高燕，高松，赵明ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议在客车上的应用现状及展望［Ｊ］　

工业控制计算机，２００６，１９（４）：６８—６９　

［４］张涛，李珍珍，王思山，等．ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议的研究及其协议栈的实　

｝　儿位识一位　　ｆ【。位ｒ晨．１掰位　ｆＲ　

现［Ｊ］湖北汽车工业学院学报，２０１１，２５（１）：２５—２９　

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［５］王锦坚，洪添胜．基于ＳＡＥ　Ｊ１９３９协议的客车ＣＡＮ总线发动机测试　

系统［Ｊ］．工业控制计算机，２００９，２２（４）：８２—８４　

［收稿日期：２０１２．６１１］　

．

；　

（上接第１２页）　

ＢＡＳ系统，在ＢＡＳ系统的屏幕上显示这些信息，运营工作人员　

可以通过ＢＡＳ系统了解照明系统的相关信息，并且能够在需要　

８）当发生火灾时，由车控室确认后，强制切断有关非消防电　

源，接通报警装置、火灾应急照明灯和疏散指示灯，转入火灾模　

式。火灾模式下，智能照明控制系统只监视不控制（即只显示系　

统的工作状态），可有选择地手动切断有关非消防照明电源。火　

灾模式下，广告照明全部切断，车站工作照明（公共区工作照明、　

公共区节电照明、设备区照明）延时切除，延时时间可调。　

４结束语　

时调整照明系统的运营模式。　

参考文献　

［１］ＧＢ　５０５１７－２００３地铁设计规范［Ｓ］．北京：中国计划出版社，２００３　

［２］ＡＢＢ（中国）有限公司．Ｉ－ｂｕｓ智能建筑控制系统设计手册［Ｋ］．２０１０　

［３］熊俊峰．Ｉ－ｂｕｓ智能控制系统在轨道交通中的应用［Ｊ］．铁道勘测与设　

计，２０１０，２２（２）：８３—８５　

［４］ＧＢ　５００５４－９５低压配电设计规范［Ｓ］北京：中国计划出版社，１９９５　

［５］周伟．ＥＩＢ智能照明控制系统在地铁中的应用［Ｊ］现代城市轨道交　

通，２０１１，１８（１）：４０—４２　

Ｉ－ｂｕｓ智能照明控制系统可以将车站的照明大概分为上述　

多种模式，当然也可以根据需要通过计算机进一步细化或减少　

运营模式。另外，Ｉ－ｂｕｓ智能照明控制系统可以通过网关与车站　

的环境与设备监控系统（ＢＡＳ）连接，实现系统的集中控制。Ｉ—　

ｂｕｓ智能照明控制系统上传运营模式、支路状态、故障等信号给　

［收稿日期：２０１２．６．１１］