基于SAE J1939协议的柴油机传动箱测控装置

基于SAE J1939协议的柴油机传动箱测控装置

肖红翼（1） 翁惠辉（1） 刘洪亮（2）

(1、长江大学电信学院 湖北 荆州 434023 2、中石化第四石油机械厂自动化

所 湖北 荆州 434024)

摘要：文中较详细的介绍了J1939协议的原理和帧格式；以及基于J1939协议实现柴油机、传动箱测控装置的总体设计思路；硬件设计方面介绍了以PIC18F458单片机为基础的J1939总线电路；软件部分主要论述了实现柴油机、传动箱控制器的方法及流程。

关键词：SAE J1939 柴油机传动箱控制器 PIC18F458

The Monitoring and Control Device of Disel and Transmission Based on SAE J1939

Xiao Hong_yi（1） Wen hui hui（1） Liu Hong_liang（2）

(1、College of Electrical and Information Engineering . Yangtzeu university , Jingzhout Hubei , 434023 2、SJ Petroleum Machinery CO SINOPEC, Jingzhout Hubei , 434024)

abstract: The principle and frame format of J1939 is introduced in this paper; the overall design

ideas about the monitoring and control device of disel and transmission which is based on SAE J1939 is also presented. On the hardware design, the circuit of J1939 which is based on MCU of PIC18F458 is presented in particular. On the software the methode and process about how to control the disel and perform a shift device of transmisiion is also dissertated.

keywords: J1939 The Monitoring and Control Device of Disel and Transmission PIC18F458 1、引言

近年来，出于节能、环保及自动控制的需要，国外柴油机、传动箱生产厂商（如卡特、底特律、ALLISSION、EATON等）纷纷将其产品的测控系统由原先的机械模式改为ECU(Electronic Control Unit）或TCM(Transmission Control Module)模式，且其电控方式都遵守SAE J1939协议。本文针对这些具有SAE J1939接口的发动机及传动箱，开发了基于J1939协议的测控装置。该装置除可实现发动机、传动箱参数显示及故障诊断显示外, 还可实现基于总线的发动机发动机调速、传动箱挡位切换等功能。

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2、总体设计

2.1 SAE J1939 协议简介

SAE J1939协议是以CAN2.0B扩展帧协议（如表1所示）为基础,其在柴油机及传动箱系统中规定的通讯速率为125kbps。该协议采用协议数据单元PDU ( Protocol Data Unit) 传送信息, 每个PDU由16位标识符（如表2所示）组成，比较表一与表二可以知道，J1939协议实质是将CAN2.0扩展帧协议的29位标识符进行了相应的具体定义。例如，J1939协议中具体规定了柴油机油温其P(优先级)=000(最高)，R(保留位)=0,DP(数据页=0),PDU=65263,柴油机SA＝0(传动箱的SA为03),每帧数据发送间隔为500ms，另外还对数据域的每个字节也进行了定义。

表1：CAN2.0B扩展帧格式

表2：SAE J1939协议 29位标识符

2.2系统结构

本系统主要完成三个任务，一是通过J1939取得柴油机及传动箱的各项数据（包括柴油机转速、油温、水温，传动箱档位、油位、输出转速等），并由LCD进行显示，二是通过对柴油机及传动箱的故障代码的分析，采取相应的应急措施（如报警、柴油控制回怠速等）。三是对柴油机的转速及传动箱的档位(通过J1939)进行控制。根据以上的任务要求，本文设计了一套以PIC18F458单片微机为主的测控系统（具体结构如图1所示）。通常CAN总线的设计中采用的是微控制器加SJ1000芯片（CAN总线收发器）的设计方案，而本文中采用PIC18F458单片微机是因其已内置了CAN总线收发器，并且有内置的10位AD及PWM等功能模块，这样就大大减少了软硬件设计的工作量。

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图1 系统结构框图

3、硬软件电路设计

本装置中的硬件电路设计除了常用的AD，DA及开关量的电路设计之外，重点就是J1939总线的硬件实现。根据CAN总线的结构及原理，其硬件部分主要由两部分组成，即CAN总线收发器（总线电平转换器），CAN总线通讯控制器。本系统中CAN总线收发器采用PCA82C250，它也是CAN总线收发器中使用最多的一款芯片。在电路设计中还增加高速光耦HCPL0720，目的是为了实现收发器与控制器之间的电气隔离, 保护控制系统电路，具体电路组成如图2 所示。另外系统中加入了备用电池与电源之间的转换电路，以提高系统的安全性。

在软件的设计中重点完成的是通过J1939总线与发动机的ECU及传动箱的TCM之间的数据交换，从而达到对发动机及传动箱的控制。发动机及传动箱的控制步骤在J1939的规定不尽相同，但大体的步骤都是首先申明控制器的存在及类型，在得到响应确认后，发出控制命令，控制命令得到响应后，以后再发出的都是保持现有状态的命令，当然这此命令的发出间隔都有一定的时间规定，如传动箱的控制命令发出间隔为50ms

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。图3为以传动箱控制器为例的软件流程图。

图2： CAN总线硬件电路组成

图3：传动箱换档控制器的软件流程

4、结论

本装置的最大特点是将发动机及传动箱的数据传输及控制置于一体，其已先后应用于CAT、底特律发动机及ALLISSION、EATON传动箱，大量应用后的数据表明，本装置使用安全可靠、功能完善，达到了系统的设计要求及目的。

参考文献：

[1] 阳宪惠《工业数据通信与控制网络》，2003年，清华大学出版社 [2] 刘和平《PIC18FXXX 单片机原理及接口程序设计》，2004年，北京航空航天大学出版社 [3] 邬宽明《CAN总线原理和应用系统设计》，1998年，北京航空航天大学出版社

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