基于GPS的CAN通訊在汽車電子測試設(shè)備中的應(yīng)用探析

羅洋坤

摘要：CAN通訊技術(shù)在汽車電子設(shè)備中有著極為重要的應(yīng)用，同時，GPS技術(shù)有利于汽車的定位服務(wù)，兩者結(jié)合有利于實現(xiàn)汽車電子的高效通信，本文對其展開探討。

關(guān)鍵詞：GPS；CAN通訊；汽車電子測試

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0243-02

我國汽車綜合性能測試工作主要由各地的汽車檢測站執(zhí)行，是汽車車輛管理的主要內(nèi)容，是檢查、鑒定車輛技術(shù)狀況和維修質(zhì)量的重要手段，是促進維修技術(shù)發(fā)展、實現(xiàn)視情修理的重要保證。汽車綜合性能測試主要包括汽車動力性、經(jīng)濟性、安全性、可靠性和排氣污染物等的檢測、評價。加強汽車綜合性能測試不僅具有直接的經(jīng)濟效益，而且具有重大的社會效益。汽車電子測試設(shè)計技術(shù)發(fā)展迅速，因其易用性、穩(wěn)定性、快捷性受到廣大科研人員和工業(yè)控制生產(chǎn)人員的歡迎。我國各層次的開發(fā)研究人員正不斷地改善當(dāng)前汽車電子測試設(shè)計的通訊技術(shù)，為了充分利用計算機的價值。大量用戶的使用同時對其發(fā)展也有促進作用，汽車電子測試平臺的通訊技術(shù)對于工業(yè)的發(fā)展將起著越來越重要的作用。

1 CAN總線

CAN總線是由德國Bosch公司于20世紀(jì)80年代初開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，主要用于解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換問題。目前，CAN總線是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，具有優(yōu)先級的多主結(jié)構(gòu)、可靠的錯誤檢測和處理機制等優(yōu)點，且CAN總線標(biāo)準(zhǔn)支持自動配置，為系統(tǒng)的易用性奠定了基礎(chǔ)。一個局域網(wǎng)可以構(gòu)造在技術(shù)上不同，通常，CAN的布線，從一定的大小作為結(jié)構(gòu)化布線進行?？焖僖蕴W(wǎng)100BASE-TX和千兆位以太網(wǎng)是以太網(wǎng)家庭中最常見的，主要用于數(shù)據(jù)中心和快速互連100千兆以太網(wǎng)。CAN是包含多個中繼網(wǎng)絡(luò)中的分發(fā)節(jié)點，如果連接在網(wǎng)絡(luò)中兩臺以上的計算機，這可以通過CAN來實現(xiàn)。CAN總線不同于用于承載較低頻率信號的其它屏蔽電纜，因為電纜的尺寸被控制以提供精確而恒定的導(dǎo)體間距，這是其作為傳輸線有效地起作用所需要的。CAN總線使用由絕緣層包圍并且部分屏蔽包圍的內(nèi)部導(dǎo)體傳導(dǎo)電信號。通常，CAN總線屏蔽層保持在低電位并且將信號承載電壓施加到中心導(dǎo)體，電纜的特性阻抗由內(nèi)絕緣體的介電常數(shù)和內(nèi)外導(dǎo)體的半徑確定。CAN總線的缺點在于不能忍受來自環(huán)境的干擾弱信號，只能傳輸耦合到相鄰結(jié)構(gòu)或電路中的較強電信號。一些網(wǎng)絡(luò)電纜可以被路由到一個區(qū)域，這就是它在星形結(jié)構(gòu)物理層的原因。在邏輯意義上，每個參與者被連接到所有其它的設(shè)備商。在局域網(wǎng)中，多個CAN可以用來增加連接部件的數(shù)量。它從一個端口的數(shù)據(jù)包接收，并將其發(fā)送到所有的端口，并等待下一個數(shù)據(jù)分組，同時獲取兩個數(shù)據(jù)包，可能會出現(xiàn)碰撞與沖突，此時兩個數(shù)據(jù)分組丟失和重傳。路由器能夠?qū)⒉煌膮f(xié)議和架構(gòu)的多個網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在TCP / IP模型中，路由器作為在網(wǎng)絡(luò)的外部邊界并將其連接到Internet或其他網(wǎng)絡(luò)。在有線廣播和無線CAN上，要捕獲單播流量以外的流量到機器正在監(jiān)視的多播組，網(wǎng)絡(luò)適配器必須處于混雜模式。捕獲的信息從原始數(shù)字形式解碼為人類可讀的格式，使用戶可以輕松查看交換的信息。CAN總線現(xiàn)在已成為汽車總線的事實標(biāo)準(zhǔn)，在ISO11898、SAE1939以及ISO11783等標(biāo)準(zhǔn)中也都規(guī)定了CAN作為車輛數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。CAN測試設(shè)備遠(yuǎn)端機裝置在CAN測試系統(tǒng)的運作中有著不可取代的作用，可以在信號傳輸運行中進行高速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并及時處理調(diào)度信號，同時可以減小故障波及范圍。但是由于以CAN信號線路系統(tǒng)運行的環(huán)境特點，使其很容易受到干擾。為此，要通過人工智能的應(yīng)用、先進數(shù)字控制器件的應(yīng)用以及故障應(yīng)對措施的制定等措施不斷加強CAN測試設(shè)備設(shè)備的保護，并通過監(jiān)測環(huán)節(jié)的構(gòu)建來盡量減少信號傳輸運行中受到的干擾。分散式工業(yè)控制系統(tǒng)就是為適應(yīng)這種需要而發(fā)展起來的。這類系統(tǒng)是以微型機為核心，將 5C技術(shù)--COMPUTER（計算機技術(shù)）、CONTROL（自動控制技術(shù)）、COMMUNICATION（通信技術(shù)）、CRT（顯示技術(shù)）和 CHANGE（轉(zhuǎn)換技術(shù)）緊密結(jié)合的產(chǎn)物。它在適應(yīng)范圍、可擴展性、可維護性以及抗故障能力等方面，較之分散型儀表控制系統(tǒng)和集中型計算機控制系統(tǒng)都具有明顯的優(yōu)越性。典型的分散式控制系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、接口與計算設(shè)備以及通信設(shè)備組成。現(xiàn)場總線（FIELDBUS）能同時滿足過程控制和制造業(yè)自動化的需要，因而現(xiàn)場總線已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域中最為活躍的一個領(lǐng)域?，F(xiàn)場總線的研究與應(yīng)用已成為工業(yè)數(shù)據(jù)總線領(lǐng)域的熱點。

2 GPS技術(shù)

隨著全球定位系統(tǒng)（GPS）的出現(xiàn)以及差分GPS（DGPS）系統(tǒng)的部署，海事導(dǎo)航已經(jīng)革命化。雖然現(xiàn)在可以通過DGPS來滿足海洋導(dǎo)航的大部分精密要求，但是用戶使用的可靠性往往被忽略。海洋導(dǎo)航是通過海洋多徑模擬來回答的。航路相關(guān)器模擬有99.9%的誤差限制為43 m，而窄相關(guān)器只有11m。在模擬過程中也發(fā)生雙重失誤，但第二次失誤小于4米（99.9%的概率）。這表明可能會發(fā)生重大失誤。需要進行軟件仿真，以評估在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GLONASS）、伽利略、地球靜止衛(wèi)星以及各種掩蔽環(huán)境下的高度、時鐘和動態(tài)約束下DGPS增強時的可用性和可靠性改進。這些模擬實驗可以清楚地表明增加衛(wèi)星的DGPS優(yōu)點，特別是在中等到極限的掩蔽條件下。如果用戶的接收機不使用實時可靠性算法，則增強改進是無關(guān)緊要的。因此，使用DGPS信號模擬器測試四個代表性的海洋用戶接收機的可靠性，沒有一個測試的接收機采用可靠性算法。盡管較高端接收機減輕了多路徑失誤，但總位置誤差仍然發(fā)生。在后任務(wù)中運行一個簡單的可靠性算法來證明可能已經(jīng)檢測到錯誤。增加DGPS還不夠好，用戶的接收機也必須采用實時可靠性算法。GPS系統(tǒng)包括中央站、多個信號源、多個子站和中央站控制設(shè)備，可以使得用戶有選擇性地從傳感器中接收預(yù)定的信號源，其中至少一個用戶被提供有用于發(fā)起信號傳輸?shù)难b置，用于通過相同的信號導(dǎo)體將信號傳輸返回到系統(tǒng)的控制設(shè)備，借助這樣的裝置，用戶能夠在中心站接收信號源，并且裝置用于使用戶向至少一個其他用戶發(fā)起信號傳輸。endprint

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 測試模塊

系統(tǒng)中有一個主控模塊和多個汽車性能參數(shù)測試模塊，各個模塊間以CAN總線連接，為一主多子節(jié)點結(jié)構(gòu)。其基本工作原理是：各個子節(jié)點完成多種汽車參數(shù)的測試獲取，并將參數(shù)通過CAN總線發(fā)送給主控節(jié)點，主控節(jié)點對來自各個子節(jié)點的數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理后，通過USB實時發(fā)送給人機交互設(shè)備，以實現(xiàn)對汽車參數(shù)的實時監(jiān)測。CAN主要是通過IEEE 802.11協(xié)議中，這是與有線以太網(wǎng)很大程度上兼容的標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)的。由于無線網(wǎng)絡(luò)并不在建筑物邊界停止，所以還需要特殊的加密技術(shù)。最初的標(biāo)準(zhǔn)是WEP（WEP 64或WEP-128），但現(xiàn)在安全性較差，因此較少被使用。WPA2使用一個更好的加密機制即AES（高級加密標(biāo)準(zhǔn)），作為更安全的方法，應(yīng)該是以下集中無線技術(shù)（WEP、WPA、WPA2）通過與IPsec的VPN的專業(yè)技術(shù)相結(jié)合。

3.2 校驗?zāi)K

在CAN測試系統(tǒng)中，將正常運行設(shè)備為參考對象，分析其各項技術(shù)參數(shù)，然后將分析結(jié)果同故障設(shè)備的檢測結(jié)果做對比分析，根據(jù)對比結(jié)果便可以確定故障發(fā)生位置。此種檢測方法主要適用于定值校驗過程中實測值與整定值存在較大偏差，同時又不能準(zhǔn)確確定故障發(fā)生原因的故障類型。另外，選擇此種方法對CAN測試系統(tǒng)的CAN測試設(shè)備定值進行校驗時，如果CAN測試設(shè)備實測值與整定值存在較大偏差時，要選擇用相同儀器對其他相同回路同類CAN測試設(shè)備進行診斷，然后將兩個CAN測試設(shè)備的診斷結(jié)果進行對比，確定是否真的存在運行故障，而不是在第一次診斷后直接斷定該CAN測試設(shè)備不合格，或者對參數(shù)進行調(diào)整。CAN測試設(shè)備決定著CAN測試系統(tǒng)的高效運行，將通信線路的暫穩(wěn)態(tài)運行與中繼環(huán)節(jié)的保護結(jié)合起來，這個貫穿于CAN測試系統(tǒng)的維護處理過程中。對于線路的調(diào)整需要特別留意，信號傳輸效率與具體線路相關(guān)。在突然發(fā)生故障的情況下，可以在較短的時間內(nèi)調(diào)整好信號強度，緊急狀態(tài)下可以通過自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，保障其穩(wěn)定運行。通過CAN測試設(shè)備，CAN測試系統(tǒng)系統(tǒng)可以在更長度距離進行工作并且避免失真，在完整的運行流程中，數(shù)據(jù)的同步性與穩(wěn)定性有著極為重要的作用。

4 結(jié)語

汽車電子測試設(shè)備和CAN通訊有著眾多優(yōu)點，例如減少了用于更高功率和不必要的齒輪箱的安裝空間。加強CAN測試設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸效率是極為重要的，新技術(shù)在信息方面的應(yīng)用已經(jīng)大大改變了信號產(chǎn)生與傳輸?shù)姆椒ǎ珻AN測試設(shè)備安全傳輸這一技術(shù)的可靠性對于CAN信號的傳輸還是必要的。這些優(yōu)點適用于多個領(lǐng)域，并且集中用于汽車、壓縮機和電能產(chǎn)生工業(yè)中。設(shè)計和生產(chǎn)這些設(shè)備是一項令人興奮的任務(wù)，其中用于開發(fā)過程的大多數(shù)現(xiàn)代計算方法的使用與廣泛的經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù)一樣重要，以安全的方式擴展實際操作限制。只有通過現(xiàn)場經(jīng)驗的結(jié)合，才能使得汽車電子測試設(shè)備的生產(chǎn)與制造向著科學(xué)合理的發(fā)展方向邁進。

參考文獻

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[2]李業(yè)德.基于單片機的汽車制動性能檢測儀的設(shè)計[J].微計算機信息，2007，23（20）：239-240.

Abstract：CAN communication technology in automotive electronic equipment has a very important application， at the same time， GPS technology is conducive to automobile positioning services， both conducive to the realization of efficient communication of automotive electronics， this paper discusses on the.

Key Words：GPS； CAN communication； automobile electronic testendprint