论文部分内容阅读
【摘 要】汽车中的电子设备在不断地增加，将众多的电子设备在一个空间上进行有效的融合，以有效地提高车辆数据采集的准确性和实时性，是很重要的。CAN总线是一种现场总线技术，它能够有效地实现各个设备之间数据的准确转换，因此其在自动化领域的应用范围非常的广泛。论文将就车辆数据采集中CAN总线的应用情况进行详细的探讨。
【Abstract】The electronic equipment in the car is continuously increasing. It is important to integrate many electronic devices in one space to effectively improve the accuracy and real-time performance of vehicle data acquisition. CAN bus is a field bus technology， it can effectively achieve the accurate conversion of data between devices， so its application in the field of automation is very extensive. In this paper， the application of CAN bus in vehicle data acquisition is discussed in detail.
【關键词】车辆；数据采集；CAN总线；应用分析
【Keywords】vehicle； data acquisition； CAN bus； application analysis
【中图分类号】TM863 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0154-02
1 引言
目前国内外的很多汽车企业都开始将总线技术应用到汽车电控系统之中，这样可以有效地提高设备之间的联系，实现数据通信共享，从而有效地减少汽车上的线束。CAN总线就是当前汽车企业比较常用的现场控制总线之一。
2 CAN总线的概述和特点
CAN是控制器局域网——Controller Area Network的英文简称，最初是由德国BOSCH公司提出，其目的是为了能够有效地解决汽车中众多的控制设备和仪器仪表之间的资料交换的一种串行通讯协议。目前它已被广泛应用到了社会的各行各业之中，并取得了显著的成效。总的来说CAN总线的特点主要概括为以下几个方面：
2.1 灵活性强
表现为任意一个节点都能够在任意的时间段内主动向网络上的其他节点发送信息，且不分主次，通讯方式非常灵活。
2.2 需求性强
节点按照不同的原则可以分为不同的优先级，当两个节点同时向网络上发送信息的时候，采用独特的非破坏性总线仲裁技术，就可以实现优先级高的节点先发送，而优先级低的节点就会主动的停止发送，这样能够更好地满足不同的实时需求。
2.3 可靠性高
CAN总线上的每一帧信息都是8个有效的字节，这种字节的主要特点就是传输时间短，抗干扰能力强，因此每一帧信息在经过了CRC的校验措施后能够极大地提高数据传输的可靠性。
2.4 距离要求低
CAN总线显得通讯距离最远可达到10千米的距离，且通讯的速率能够达到1Mbps的程度，因此运用CAN总线在车辆数据采集系统能够大大降低对距离的要求。
3 CAN总线在车辆数据采集中的运用
3.1 车辆数据采集系统的结构设计
系统的总体结构对整个系统的设计起到主导性的作用，系统结构的合理性是系统正常运行的前提条件。在系统结构的设计过程中，我们要根据系统的整体要求来决定结构的方案设计，并且选择合适的硬件系统，因此硬件系统是整个系统设计至关重要的第一步，是软件系统的载体，对于整体系统的稳定性、数据采集的准确性具有着重要的作用。在结构设计我们主要遵循以下三点，首先要有一个或多个ECU采集各种信息；其次要通过CAN总线进行前后模块通信，并且有选择的将部分信息通过CAN总线传输到显示终端进行显示；再次要通过模拟适配卡、PC串口观察数据的传输性能。具体的系统结构框图可如图一所示。
3.2 CAN总线车辆数据采集与处理的方式分析
CAN数据采集的实现分数据采集和传输两个部分，车载设备会按照提前预设的时间间隔进行查询，并负责接收CAN总线上的相关数据进行存储，在接收到查询的命令后，将最新的各种数据传输到服务器之中，以备使用[1]。总的来说CAN总线数据采集的走向示意图如图二所示。
车载设备能够对CAN总线的数据进行接收、存储和转发。对于大部分的数据而言，我们不需要对数据自身进行逻辑性的判断与处理，只要接收最新的数据来覆盖前一次的数据就可以了。比如对于车辆速度、发动机转速、油耗等信息进行处理的时候，我们就可以以最新收集的数据覆盖前一次的数据。而对于制动性、档位等随时可能发生变化，我们要记录下每一次的数据变化，在CAN数据经过了进一步处理后才能够判断数据的有效性。车载设备会将数据发送到后台服务器上，从而完成了CAN数据的整个采集与发送的工作[2]。
3.3 CAN总线通讯协议
对于CAN总线来讲，遵循一致的通讯协议，才能够有效地实现车载终端与外设备的合理对接，将数据实时传入车载一体机中，然后通过网络将采集的数据传输到系统中心，这样能够便于人们按照车辆的数据，及时地调整车辆运行状态。
CAN总线的接口协议是由报文ID域和报文数据域两个部分构成的，报文ID域是标识一个报文的唯一编号。CAN报文传输使用的是四种不同的帧类型，数据帧（将数据从CAN总线的发送器发送到CAN总线的接收器上）、远程帧（从远程发送信息，用于由一个节点主动的向其他的节点进行信息发送的需要）、错误帧和过载帧（这两种帧主要用于差错处理，若是节点检查到CAN总线协议中定义了错误的信息，那么它就会发送错误帧；若是一个节点正忙于处理其他的接收信息的时候，就会发送过载帧，以便通知其他的节点暂停发送新的信息，待处理完上一帧信息后再进行发送）。
3.4 CAN总线的硬件接口要求
车载智能服务终端与扩展设备的数据交换，要采用串行数据总线，比如RS485、CAN总线。而半双工的RS485总线接口适宜使用的速率为19200bps，CAN总线接口适宜使用250kbps的速率。
4 CAN总线在车辆数据采集中的发展趋势
CAN总线在车辆数据采集中的应用越来越广泛，对于提高车辆自动化水平，减轻车辆布线束缚具有着重要的作用。目前各个汽车生产厂商都将这一技术应用到生产之中，且大部分的功能都得到了有效的实现，下一步我们的发展趋势可以总结为以下几个方面：
4.1 进一步完善信息采集模块
随着车载电子设备的飞速发展，汽车上的各种应用信息越来越多，因此我们需要配置各种不同的信息采集模块来进行数据的采集，以便满足人们更多的行车要求。
4.2 進一步完善信息显示模块
对于显示模块的应用目前还存在着很多待改善的地方，比如显示数据存在滞后性，无法及时的反映车辆运行的及时数据，这都需要我们进一步的进行分工，并将收集的数据严格的以CAN总线的格式要求发送到CAN总线上，这样可以大大的提高数据显示的效率。
4.3 实现与PC的通信，实现在线计算机故障检测
社会对安全性的要求越来越高，汽车的行车记录仪就是类似于飞机、轮船中的黑匣子，它能够准确地记录行车的历史数据，以及发生事故时的重要实时数据，这样可以大大提高故障检测效率，尽早解决车辆的问题。
5 结语
总线技术更快、更广的应用到汽车生产企业之中，为汽车自动化、数字化、智能化发展提供了技术保障。CAN总线是现场控制总线技术之一其在现代车辆中的应用最为广泛，大大提高了车辆数据采集的效率和准确率，增加了数据的存储量，成为了现代车辆数据采集系统中不可或缺的一部分。
【参考文献】
【1】安连华，管德永，程鹏.CAN总线在智能公交系统中的应用[J].城市公共交通，2016（01）：36-39.
【2】刘遵勇，党瑞宁.车辆道路试验数据实时采集系统研究[J].汽车实用技术，2014（10）：52-54.
【Abstract】The electronic equipment in the car is continuously increasing. It is important to integrate many electronic devices in one space to effectively improve the accuracy and real-time performance of vehicle data acquisition. CAN bus is a field bus technology， it can effectively achieve the accurate conversion of data between devices， so its application in the field of automation is very extensive. In this paper， the application of CAN bus in vehicle data acquisition is discussed in detail.
【關键词】车辆；数据采集；CAN总线；应用分析
【Keywords】vehicle； data acquisition； CAN bus； application analysis
【中图分类号】TM863 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0154-02
1 引言
目前国内外的很多汽车企业都开始将总线技术应用到汽车电控系统之中，这样可以有效地提高设备之间的联系，实现数据通信共享，从而有效地减少汽车上的线束。CAN总线就是当前汽车企业比较常用的现场控制总线之一。
2 CAN总线的概述和特点
CAN是控制器局域网——Controller Area Network的英文简称，最初是由德国BOSCH公司提出，其目的是为了能够有效地解决汽车中众多的控制设备和仪器仪表之间的资料交换的一种串行通讯协议。目前它已被广泛应用到了社会的各行各业之中，并取得了显著的成效。总的来说CAN总线的特点主要概括为以下几个方面：
2.1 灵活性强
表现为任意一个节点都能够在任意的时间段内主动向网络上的其他节点发送信息，且不分主次，通讯方式非常灵活。
2.2 需求性强
节点按照不同的原则可以分为不同的优先级，当两个节点同时向网络上发送信息的时候，采用独特的非破坏性总线仲裁技术，就可以实现优先级高的节点先发送，而优先级低的节点就会主动的停止发送，这样能够更好地满足不同的实时需求。
2.3 可靠性高
CAN总线上的每一帧信息都是8个有效的字节，这种字节的主要特点就是传输时间短，抗干扰能力强，因此每一帧信息在经过了CRC的校验措施后能够极大地提高数据传输的可靠性。
2.4 距离要求低
CAN总线显得通讯距离最远可达到10千米的距离，且通讯的速率能够达到1Mbps的程度，因此运用CAN总线在车辆数据采集系统能够大大降低对距离的要求。
3 CAN总线在车辆数据采集中的运用
3.1 车辆数据采集系统的结构设计
系统的总体结构对整个系统的设计起到主导性的作用，系统结构的合理性是系统正常运行的前提条件。在系统结构的设计过程中，我们要根据系统的整体要求来决定结构的方案设计，并且选择合适的硬件系统，因此硬件系统是整个系统设计至关重要的第一步，是软件系统的载体，对于整体系统的稳定性、数据采集的准确性具有着重要的作用。在结构设计我们主要遵循以下三点，首先要有一个或多个ECU采集各种信息；其次要通过CAN总线进行前后模块通信，并且有选择的将部分信息通过CAN总线传输到显示终端进行显示；再次要通过模拟适配卡、PC串口观察数据的传输性能。具体的系统结构框图可如图一所示。
3.2 CAN总线车辆数据采集与处理的方式分析
CAN数据采集的实现分数据采集和传输两个部分，车载设备会按照提前预设的时间间隔进行查询，并负责接收CAN总线上的相关数据进行存储，在接收到查询的命令后，将最新的各种数据传输到服务器之中，以备使用[1]。总的来说CAN总线数据采集的走向示意图如图二所示。
车载设备能够对CAN总线的数据进行接收、存储和转发。对于大部分的数据而言，我们不需要对数据自身进行逻辑性的判断与处理，只要接收最新的数据来覆盖前一次的数据就可以了。比如对于车辆速度、发动机转速、油耗等信息进行处理的时候，我们就可以以最新收集的数据覆盖前一次的数据。而对于制动性、档位等随时可能发生变化，我们要记录下每一次的数据变化，在CAN数据经过了进一步处理后才能够判断数据的有效性。车载设备会将数据发送到后台服务器上，从而完成了CAN数据的整个采集与发送的工作[2]。
3.3 CAN总线通讯协议
对于CAN总线来讲，遵循一致的通讯协议，才能够有效地实现车载终端与外设备的合理对接，将数据实时传入车载一体机中，然后通过网络将采集的数据传输到系统中心，这样能够便于人们按照车辆的数据，及时地调整车辆运行状态。
CAN总线的接口协议是由报文ID域和报文数据域两个部分构成的，报文ID域是标识一个报文的唯一编号。CAN报文传输使用的是四种不同的帧类型，数据帧（将数据从CAN总线的发送器发送到CAN总线的接收器上）、远程帧（从远程发送信息，用于由一个节点主动的向其他的节点进行信息发送的需要）、错误帧和过载帧（这两种帧主要用于差错处理，若是节点检查到CAN总线协议中定义了错误的信息，那么它就会发送错误帧；若是一个节点正忙于处理其他的接收信息的时候，就会发送过载帧，以便通知其他的节点暂停发送新的信息，待处理完上一帧信息后再进行发送）。
3.4 CAN总线的硬件接口要求
车载智能服务终端与扩展设备的数据交换，要采用串行数据总线，比如RS485、CAN总线。而半双工的RS485总线接口适宜使用的速率为19200bps，CAN总线接口适宜使用250kbps的速率。
4 CAN总线在车辆数据采集中的发展趋势
CAN总线在车辆数据采集中的应用越来越广泛，对于提高车辆自动化水平，减轻车辆布线束缚具有着重要的作用。目前各个汽车生产厂商都将这一技术应用到生产之中，且大部分的功能都得到了有效的实现，下一步我们的发展趋势可以总结为以下几个方面：
4.1 进一步完善信息采集模块
随着车载电子设备的飞速发展，汽车上的各种应用信息越来越多，因此我们需要配置各种不同的信息采集模块来进行数据的采集，以便满足人们更多的行车要求。
4.2 進一步完善信息显示模块
对于显示模块的应用目前还存在着很多待改善的地方，比如显示数据存在滞后性，无法及时的反映车辆运行的及时数据，这都需要我们进一步的进行分工，并将收集的数据严格的以CAN总线的格式要求发送到CAN总线上，这样可以大大的提高数据显示的效率。
4.3 实现与PC的通信，实现在线计算机故障检测
社会对安全性的要求越来越高，汽车的行车记录仪就是类似于飞机、轮船中的黑匣子，它能够准确地记录行车的历史数据，以及发生事故时的重要实时数据，这样可以大大提高故障检测效率，尽早解决车辆的问题。
5 结语
总线技术更快、更广的应用到汽车生产企业之中，为汽车自动化、数字化、智能化发展提供了技术保障。CAN总线是现场控制总线技术之一其在现代车辆中的应用最为广泛，大大提高了车辆数据采集的效率和准确率，增加了数据的存储量，成为了现代车辆数据采集系统中不可或缺的一部分。
【参考文献】
【1】安连华，管德永，程鹏.CAN总线在智能公交系统中的应用[J].城市公共交通，2016（01）：36-39.
【2】刘遵勇，党瑞宁.车辆道路试验数据实时采集系统研究[J].汽车实用技术，2014（10）：52-54.