車輛數(shù)據(jù)采集中CAN總線的應(yīng)用

吳大勇

【摘 要】汽車中的電子設(shè)備在不斷地增加，將眾多的電子設(shè)備在一個(gè)空間上進(jìn)行有效的融合，以有效地提高車輛數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，是很重要的。CAN總線是一種現(xiàn)場總線技術(shù)，它能夠有效地實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換，因此其在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用范圍非常的廣泛。論文將就車輛數(shù)據(jù)采集中CAN總線的應(yīng)用情況進(jìn)行詳細(xì)的探討。

【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(guān)鍵詞】車輛；數(shù)據(jù)采集；CAN總線；應(yīng)用分析

【Keywords】vehicle； data acquisition； CAN bus； application analysis

【中圖分類號】TM863 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0154-02

1 引言

目前國內(nèi)外的很多汽車企業(yè)都開始將總線技術(shù)應(yīng)用到汽車電控系統(tǒng)之中，這樣可以有效地提高設(shè)備之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信共享，從而有效地減少汽車上的線束。CAN總線就是當(dāng)前汽車企業(yè)比較常用的現(xiàn)場控制總線之一。

2 CAN總線的概述和特點(diǎn)

CAN是控制器局域網(wǎng)——Controller Area Network的英文簡稱，最初是由德國BOSCH公司提出，其目的是為了能夠有效地解決汽車中眾多的控制設(shè)備和儀器儀表之間的資料交換的一種串行通訊協(xié)議。目前它已被廣泛應(yīng)用到了社會(huì)的各行各業(yè)之中，并取得了顯著的成效?？偟膩碚fCAN總線的特點(diǎn)主要概括為以下幾個(gè)方面：

2.1 靈活性強(qiáng)

表現(xiàn)為任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠在任意的時(shí)間段內(nèi)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，且不分主次，通訊方式非常靈活。

2.2 需求性強(qiáng)

節(jié)點(diǎn)按照不同的原則可以分為不同的優(yōu)先級，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息的時(shí)候，采用獨(dú)特的非破壞性總線仲裁技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)先發(fā)送，而優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)就會(huì)主動(dòng)的停止發(fā)送，這樣能夠更好地滿足不同的實(shí)時(shí)需求。

2.3 可靠性高

CAN總線上的每一幀信息都是8個(gè)有效的字節(jié)，這種字節(jié)的主要特點(diǎn)就是傳輸時(shí)間短，抗干擾能力強(qiáng)，因此每一幀信息在經(jīng)過了CRC的校驗(yàn)措施后能夠極大地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.4 距離要求低

CAN總線顯得通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)到10千米的距離，且通訊的速率能夠達(dá)到1Mbps的程度，因此運(yùn)用CAN總線在車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠大大降低對距離的要求。

3 CAN總線在車輛數(shù)據(jù)采集中的運(yùn)用

3.1 車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)對整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到主導(dǎo)性的作用，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性是系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，我們要根據(jù)系統(tǒng)的整體要求來決定結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)，并且選擇合適的硬件系統(tǒng)，因此硬件系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要的第一步，是軟件系統(tǒng)的載體，對于整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性具有著重要的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)我們主要遵循以下三點(diǎn)，首先要有一個(gè)或多個(gè)ECU采集各種信息；其次要通過CAN總線進(jìn)行前后模塊通信，并且有選擇的將部分信息通過CAN總線傳輸?shù)斤@示終端進(jìn)行顯示；再次要通過模擬適配卡、PC串口觀察數(shù)據(jù)的傳輸性能。具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖可如圖一所示。

3.2 CAN總線車輛數(shù)據(jù)采集與處理的方式分析

CAN數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)據(jù)采集和傳輸兩個(gè)部分，車載設(shè)備會(huì)按照提前預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔進(jìn)行查詢，并負(fù)責(zé)接收CAN總線上的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，在接收到查詢的命令后，將最新的各種數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器之中，以備使用[1]?？偟膩碚fCAN總線數(shù)據(jù)采集的走向示意圖如圖二所示。

車載設(shè)備能夠?qū)AN總線的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。對于大部分的數(shù)據(jù)而言，我們不需要對數(shù)據(jù)自身進(jìn)行邏輯性的判斷與處理，只要接收最新的數(shù)據(jù)來覆蓋前一次的數(shù)據(jù)就可以了。比如對于車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油耗等信息進(jìn)行處理的時(shí)候，我們就可以以最新收集的數(shù)據(jù)覆蓋前一次的數(shù)據(jù)。而對于制動(dòng)性、檔位等隨時(shí)可能發(fā)生變化，我們要記錄下每一次的數(shù)據(jù)變化，在CAN數(shù)據(jù)經(jīng)過了進(jìn)一步處理后才能夠判斷數(shù)據(jù)的有效性。車載設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺服務(wù)器上，從而完成了CAN數(shù)據(jù)的整個(gè)采集與發(fā)送的工作[2]。

3.3 CAN總線通訊協(xié)議

對于CAN總線來講，遵循一致的通訊協(xié)議，才能夠有效地實(shí)現(xiàn)車載終端與外設(shè)備的合理對接，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳入車載一體機(jī)中，然后通過網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中心，這樣能夠便于人們按照車輛的數(shù)據(jù)，及時(shí)地調(diào)整車輛運(yùn)行狀態(tài)。

CAN總線的接口協(xié)議是由報(bào)文ID域和報(bào)文數(shù)據(jù)域兩個(gè)部分構(gòu)成的，報(bào)文ID域是標(biāo)識一個(gè)報(bào)文的唯一編號。CAN報(bào)文傳輸使用的是四種不同的幀類型，數(shù)據(jù)幀（將數(shù)據(jù)從CAN總線的發(fā)送器發(fā)送到CAN總線的接收器上）、遠(yuǎn)程幀（從遠(yuǎn)程發(fā)送信息，用于由一個(gè)節(jié)點(diǎn)主動(dòng)的向其他的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息發(fā)送的需要）、錯(cuò)誤幀和過載幀（這兩種幀主要用于差錯(cuò)處理，若是節(jié)點(diǎn)檢查到CAN總線協(xié)議中定義了錯(cuò)誤的信息，那么它就會(huì)發(fā)送錯(cuò)誤幀；若是一個(gè)節(jié)點(diǎn)正忙于處理其他的接收信息的時(shí)候，就會(huì)發(fā)送過載幀，以便通知其他的節(jié)點(diǎn)暫停發(fā)送新的信息，待處理完上一幀信息后再進(jìn)行發(fā)送）。

3.4 CAN總線的硬件接口要求

車載智能服務(wù)終端與擴(kuò)展設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，要采用串行數(shù)據(jù)總線，比如RS485、CAN總線。而半雙工的RS485總線接口適宜使用的速率為19200bps，CAN總線接口適宜使用250kbps的速率。

4 CAN總線在車輛數(shù)據(jù)采集中的發(fā)展趨勢

CAN總線在車輛數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用越來越廣泛，對于提高車輛自動(dòng)化水平，減輕車輛布線束縛具有著重要的作用。目前各個(gè)汽車生產(chǎn)廠商都將這一技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)之中，且大部分的功能都得到了有效的實(shí)現(xiàn)，下一步我們的發(fā)展趨勢可以總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

4.1 進(jìn)一步完善信息采集模塊

隨著車載電子設(shè)備的飛速發(fā)展，汽車上的各種應(yīng)用信息越來越多，因此我們需要配置各種不同的信息采集模塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，以便滿足人們更多的行車要求。

4.2 進(jìn)一步完善信息顯示模塊

對于顯示模塊的應(yīng)用目前還存在著很多待改善的地方，比如顯示數(shù)據(jù)存在滯后性，無法及時(shí)的反映車輛運(yùn)行的及時(shí)數(shù)據(jù)，這都需要我們進(jìn)一步的進(jìn)行分工，并將收集的數(shù)據(jù)嚴(yán)格的以CAN總線的格式要求發(fā)送到CAN總線上，這樣可以大大的提高數(shù)據(jù)顯示的效率。

4.3 實(shí)現(xiàn)與PC的通信，實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算機(jī)故障檢測

社會(huì)對安全性的要求越來越高，汽車的行車記錄儀就是類似于飛機(jī)、輪船中的黑匣子，它能夠準(zhǔn)確地記錄行車的歷史數(shù)據(jù)，以及發(fā)生事故時(shí)的重要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這樣可以大大提高故障檢測效率，盡早解決車輛的問題。

5 結(jié)語

總線技術(shù)更快、更廣的應(yīng)用到汽車生產(chǎn)企業(yè)之中，為汽車自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化發(fā)展提供了技術(shù)保障。CAN總線是現(xiàn)場控制總線技術(shù)之一其在現(xiàn)代車輛中的應(yīng)用最為廣泛，大大提高了車輛數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確率，增加了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，成為了現(xiàn)代車輛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

【參考文獻(xiàn)】

【1】安連華，管德永，程鵬.CAN總線在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].城市公共交通，2016（01）：36-39.

【2】劉遵勇，黨瑞寧.車輛道路試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2014（10）：52-54.