汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

羅龍飛　馮亞磊

摘要：為解決汽車(chē)維修中的難題—汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)故障診斷與排除，本文提出了基于Visual C+語(yǔ)言的汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺(tái)的開(kāi)發(fā)方案，著重介紹了該平臺(tái)的組成架構(gòu)、功能模塊，同時(shí)開(kāi)發(fā)了相關(guān)的課程資源，并對(duì)該系統(tǒng)在維修實(shí)踐教學(xué)中的效果進(jìn)行了分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：CAN總線；教學(xué)平臺(tái)；課程資源

中圖分類(lèi)號(hào)：V4729-4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.062

0引言

計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在車(chē)輛上的大量應(yīng)用，無(wú)疑對(duì)車(chē)輛維修保養(yǎng)從業(yè)人員提出了新的技術(shù)要求，增添了學(xué)生在校學(xué)習(xí)的難度。我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)，汽車(chē)維修實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備卻一直緩慢發(fā)展，滿足不了培養(yǎng)與提高學(xué)生技能的要求。雖然CAN總線技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但相關(guān)的維修資料和教學(xué)素材只是一般介紹和理論講解，有關(guān)總線技術(shù)的單片機(jī)、編程、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)等課程尚未形成體系。國(guó)內(nèi)教學(xué)儀器公司生產(chǎn)的CAN總線系統(tǒng)的整車(chē)和檢測(cè)診斷設(shè)備，只能剖析結(jié)構(gòu)組成和演示工作過(guò)程，根本無(wú)法進(jìn)行運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)流顯示等教學(xué)要求。因此，我校決定聯(lián)合廣州車(chē)?yán)蚱?chē)科技有限公司，研發(fā)基于單片機(jī)和組態(tài)軟件為基礎(chǔ)的可視化汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)教學(xué)輔助平臺(tái)。

1教學(xué)平臺(tái)實(shí)物的設(shè)計(jì)

我們采用一汽大眾邁騰車(chē)窗和門(mén)鎖系統(tǒng)的電器元件為基礎(chǔ)，搭建簡(jiǎn)化的舒適系統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)臺(tái)架。實(shí)物平臺(tái)由四部分組成：顯示部件、面板裝置、主控裝置和檢測(cè)裝置。

面板裝置安裝有左前門(mén)鎖、左后門(mén)鎖、右后門(mén)鎖、左前車(chē)門(mén)控制器、左后車(chē)門(mén)控制器、右后車(chē)門(mén)控制器以及左前、左后、右后門(mén)窗電機(jī)等原車(chē)器件，在面板上有線路測(cè)試端口，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)波形測(cè)試，車(chē)門(mén)控制器上面的串行數(shù)據(jù)端口能夠擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

顯示裝置采用RS-485總線與全局網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，監(jiān)控軟件顯示屏能以各種各樣的組態(tài)方法展現(xiàn)豐富的操作界面和觸摸式的操作方式，實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)整個(gè)軟硬件接口的數(shù)據(jù)收發(fā)，并將其呈現(xiàn)在屏幕上。

控制裝置采用組從式結(jié)構(gòu)，能依照線路線束的布置需求便捷的增加輸入輸出設(shè)備，以求能夠達(dá)到設(shè)置電氣線路故障數(shù)量的目的。采集車(chē)速、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、碰撞等數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)，組態(tài)系統(tǒng)接收到這些數(shù)據(jù)后，將把車(chē)窗、門(mén)鎖實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作情況動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出來(lái)。

檢測(cè)裝置具有CAN-BUS標(biāo)準(zhǔn)端口，內(nèi)含自診斷功能模塊，連接故障診斷儀后，可以進(jìn)行故障碼、數(shù)據(jù)流讀取、編碼匹配、激活元件等功能。

2開(kāi)發(fā)課程資源，破解教學(xué)難題

開(kāi)發(fā)組總共調(diào)研了十幾家車(chē)輛維修公司和有關(guān)部門(mén)，通過(guò)與一線人員的座談交流、訪問(wèn)、問(wèn)卷調(diào)查等方式開(kāi)展研究調(diào)查，并多次組織專(zhuān)業(yè)委員會(huì)成員一起開(kāi)會(huì)討論，結(jié)合往屆學(xué)生反饋情況，確定了本門(mén)課就業(yè)職位的技能素質(zhì)規(guī)格。

邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員和相關(guān)老師，對(duì)車(chē)輛維修企業(yè)廣泛使用的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)總線診斷與修理工藝進(jìn)行分析，制定出車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目和任務(wù)工單。

同時(shí)我們依據(jù)職位對(duì)理論、技能和素養(yǎng)要求，明確了本課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，將汽車(chē)單片機(jī)、汽車(chē)車(chē)身網(wǎng)絡(luò)總線系統(tǒng)故障的檢修作為學(xué)生核心技能訓(xùn)練標(biāo)準(zhǔn)，還要加強(qiáng)以學(xué)生為主體的全面職業(yè)能力的培養(yǎng)，和團(tuán)隊(duì)協(xié)作共同完成集體工作的素質(zhì)。

以完成工作過(guò)程、符合學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律為依據(jù)，對(duì)課程內(nèi)容重構(gòu)、選取維修實(shí)例、職業(yè)資格考核內(nèi)容等。既滿足了社會(huì)對(duì)相關(guān)人才的需求，又能夠讓學(xué)生的個(gè)性得到充分的發(fā)展。

本課程主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

（1）車(chē)載電腦組成、元件認(rèn)識(shí)；

（2）車(chē)載電腦控制原理；

（3）車(chē)載電腦的檢修；

（4）汽車(chē)CAN-BUS總線系統(tǒng)組成、原理與故障檢修；

（5）LIN網(wǎng)絡(luò)及其它總線系統(tǒng)組成、工作原理與故障檢修；

（6）常用診斷儀器設(shè)備及維修保養(yǎng)工具的使用；

（7）有關(guān)技術(shù)參考資料、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選用。

另外，在掌握主流車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常見(jiàn)故障現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，進(jìn)行歸納、序化、整合，設(shè)計(jì)了7個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)，按照90課時(shí)講授。

任務(wù)1：?jiǎn)纹瑱C(jī)電路檢修

任務(wù)2：汽車(chē)電腦通信故障檢修

任務(wù)3：汽車(chē)電腦檢修

任務(wù)4 典型汽車(chē)電腦版檢修

任務(wù)5：車(chē)載CAN-BUS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修

任務(wù)6：LIN總線及其總線系統(tǒng)檢修

任務(wù)7：典型車(chē)載網(wǎng)絡(luò)故障診斷與維修

學(xué)習(xí)任務(wù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：凸顯了以工作過(guò)程為導(dǎo)向的思想，將職業(yè)工作作為一個(gè)整體化的行動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析，將所學(xué)知識(shí)與技能融合為一體，任務(wù)工單內(nèi)容的選擇，充分彰顯了實(shí)用性、先進(jìn)性、趣味性和可操作性，同時(shí)在學(xué)習(xí)的實(shí)施中，也考慮對(duì)學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，促進(jìn)職業(yè)素養(yǎng)的形成。

3可實(shí)現(xiàn)的教學(xué)功能

3.1車(chē)窗門(mén)鎖CAN總線控制系統(tǒng)認(rèn)知教學(xué)

實(shí)物平臺(tái)集成了汽車(chē)車(chē)窗電機(jī)、門(mén)鎖控制器、車(chē)門(mén)控制器等各部件，能夠模擬車(chē)窗升降、門(mén)鎖開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，直觀呈現(xiàn)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、車(chē)速、碰撞等信號(hào)傳送過(guò)程；CAN總線系統(tǒng)線路連接和各節(jié)點(diǎn)硬件電路的設(shè)置，讓初學(xué)者生動(dòng)形象了解控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

3.2車(chē)窗門(mén)鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與分析教學(xué)

便于測(cè)量總線系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)及波形，開(kāi)展教學(xué)分析；將計(jì)算機(jī)與CAN-BUS實(shí)驗(yàn)臺(tái)連接，可通過(guò)計(jì)算機(jī)觀察CAN信息的傳遞過(guò)程，能開(kāi)展CAN系統(tǒng)的正常狀態(tài)與故障狀態(tài)下高低信號(hào)和睡眠狀態(tài)的波形分析，并提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)送命令。

3.3編程教學(xué)

采用學(xué)生了解的51單片機(jī)作為控制芯片，能夠在PC機(jī)上采用C語(yǔ)言編寫(xiě)CAN總線教學(xué)平臺(tái)各節(jié)點(diǎn)控制器的程序，完成不同的控制指令，提升初學(xué)者獨(dú)自編程調(diào)試能力，又能讓學(xué)習(xí)者從軟件系統(tǒng)方面深入了解CAN總線通訊的實(shí)質(zhì)。endprint

3.4故障設(shè)置與排除教學(xué)

配置單片機(jī)故障設(shè)置系統(tǒng)，故障設(shè)置操作方法簡(jiǎn)單、隱蔽、自動(dòng)保存考核成績(jī)。

4教學(xué)效果評(píng)價(jià)

（1）驗(yàn)證了新模式在教學(xué)實(shí)踐上能夠?qū)崿F(xiàn)， 能達(dá)到本課程學(xué)習(xí)的任務(wù)目標(biāo)， 達(dá)到在工單引導(dǎo)下的學(xué)習(xí)， 從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)過(guò)程與工作過(guò)程、理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)一體化的教學(xué)。

（2）探究了以自我評(píng)價(jià)為主的評(píng)價(jià)反饋方法。目前普遍存在的問(wèn)題是： 以師評(píng)為主的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法根深蒂固， 學(xué)生責(zé)任心不強(qiáng)、職業(yè)意識(shí)不濃、沒(méi)有進(jìn)行過(guò)實(shí)質(zhì)性的自我評(píng)價(jià)。此次改革針對(duì)以上存在的問(wèn)題， 找到了一個(gè)以老師引導(dǎo)加評(píng)價(jià)可信度機(jī)制相組合的新型自評(píng)辦法。

（3） 新實(shí)驗(yàn)設(shè)備的教學(xué)實(shí)施， 使學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和興趣愛(ài)好得到較大提升。同學(xué)們從要我學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槲乙獙W(xué)，學(xué)習(xí)有了方向， 開(kāi)始自己搜集學(xué)習(xí)素材， 小組學(xué)習(xí)氛圍濃厚， 學(xué)習(xí)效果比變革前有明顯提升。

5結(jié)論

結(jié)合實(shí)際使用?；诒O(jiān)控軟件的可視化教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，具有如下幾個(gè)特征：

（1）美觀、直觀性。因?yàn)閷⑸婕暗降膶?shí)訓(xùn)電路圖重新進(jìn)行了整合，以圖形化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，所以學(xué)生理解掌握起來(lái)更加容易，導(dǎo)航及控制滿足一般軟件的需求。

（2）教學(xué)性。利用可視化教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)者都能在課上課下通過(guò)自學(xué)，完成對(duì)相關(guān)的知識(shí)和能力的培養(yǎng)及鍛煉，實(shí)踐起來(lái)操作性較強(qiáng)。

（3）功能性、實(shí)用性。能達(dá)到人與機(jī)器良好互動(dòng)、情景化授課。使原先的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)練習(xí)。使老師、學(xué)生、系統(tǒng)融為一體，架設(shè)起“教—學(xué)”、“理論—實(shí)踐”的多元化授課新模式。

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