車輛數據采集中CAN總線的應用

吳大勇

【摘 要】汽車中的電子設備在不斷地增加，將眾多的電子設備在一個空間上進行有效的融合，以有效地提高車輛數據采集的準確性和實時性，是很重要的。CAN總線是一種現場總線技術，它能夠有效地實現各個設備之間數據的準確轉換，因此其在自動化領域的應用范圍非常的廣泛。論文將就車輛數據采集中CAN總線的應用情況進行詳細的探討。

【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.

【關鍵詞】車輛；數據采集；CAN總線；應用分析

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

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

1 引言

目前國內外的很多汽車企業都開始將總線技術應用到汽車電控系統之中，這樣可以有效地提高設備之間的聯系，實現數據通信共享，從而有效地減少汽車上的線束。CAN總線就是當前汽車企業比較常用的現場控制總線之一。

2 CAN總線的概述和特點

CAN是控制器局域網——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備和儀器儀表之間的資料交換的一種串行通訊協議。目前它已被廣泛應用到了社會的各行各業之中，并取得了顯著的成效。總的來說CAN總線的特點主要概括為以下幾個方面：

2.1 靈活性強

表現為任意一個節點都能夠在任意的時間段內主動向網絡上的其他節點發送信息，且不分主次，通訊方式非常靈活。

2.2 需求性強

節點按照不同的原則可以分為不同的優先級，當兩個節點同時向網絡上發送信息的時候，采用獨特的非破壞性總線仲裁技術，就可以實現優先級高的節點先發送，而優先級低的節點就會主動的停止發送，這樣能夠更好地滿足不同的實時需求。

2.3 可靠性高

CAN總線上的每一幀信息都是8個有效的字節，這種字節的主要特點就是傳輸時間短，抗干擾能力強，因此每一幀信息在經過了CRC的校驗措施后能夠極大地提高數據傳輸的可靠性。

2.4 距離要求低

CAN總線顯得通訊距離最遠可達到10千米的距離，且通訊的速率能夠達到1Mbps的程度，因此運用CAN總線在車輛數據采集系統能夠大大降低對距離的要求。

3 CAN總線在車輛數據采集中的運用

3.1 車輛數據采集系統的結構設計

系統的總體結構對整個系統的設計起到主導性的作用，系統結構的合理性是系統正常運行的前提條件。在系統結構的設計過程中，我們要根據系統的整體要求來決定結構的方案設計，并且選擇合適的硬件系統，因此硬件系統是整個系統設計至關重要的第一步，是軟件系統的載體，對于整體系統的穩定性、數據采集的準確性具有著重要的作用。在結構設計我們主要遵循以下三點，首先要有一個或多個ECU采集各種信息；其次要通過CAN總線進行前后模塊通信，并且有選擇的將部分信息通過CAN總線傳輸到顯示終端進行顯示；再次要通過模擬適配卡、PC串口觀察數據的傳輸性能。具體的系統結構框圖可如圖一所示。

3.2 CAN總線車輛數據采集與處理的方式分析

CAN數據采集的實現分數據采集和傳輸兩個部分，車載設備會按照提前預設的時間間隔進行查詢，并負責接收CAN總線上的相關數據進行存儲，在接收到查詢的命令后，將最新的各種數據傳輸到服務器之中，以備使用[1]?？偟膩碚fCAN總線數據采集的走向示意圖如圖二所示。

車載設備能夠對CAN總線的數據進行接收、存儲和轉發。對于大部分的數據而言，我們不需要對數據自身進行邏輯性的判斷與處理，只要接收最新的數據來覆蓋前一次的數據就可以了。比如對于車輛速度、發動機轉速、油耗等信息進行處理的時候，我們就可以以最新收集的數據覆蓋前一次的數據。而對于制動性、檔位等隨時可能發生變化，我們要記錄下每一次的數據變化，在CAN數據經過了進一步處理后才能夠判斷數據的有效性。車載設備會將數據發送到后臺服務器上，從而完成了CAN數據的整個采集與發送的工作[2]。

3.3 CAN總線通訊協議

對于CAN總線來講，遵循一致的通訊協議，才能夠有效地實現車載終端與外設備的合理對接，將數據實時傳入車載一體機中，然后通過網絡將采集的數據傳輸到系統中心，這樣能夠便于人們按照車輛的數據，及時地調整車輛運行狀態。

CAN總線的接口協議是由報文ID域和報文數據域兩個部分構成的，報文ID域是標識一個報文的唯一編號。CAN報文傳輸使用的是四種不同的幀類型，數據幀（將數據從CAN總線的發送器發送到CAN總線的接收器上）、遠程幀（從遠程發送信息，用于由一個節點主動的向其他的節點進行信息發送的需要）、錯誤幀和過載幀（這兩種幀主要用于差錯處理，若是節點檢查到CAN總線協議中定義了錯誤的信息，那么它就會發送錯誤幀；若是一個節點正忙于處理其他的接收信息的時候，就會發送過載幀，以便通知其他的節點暫停發送新的信息，待處理完上一幀信息后再進行發送）。

3.4 CAN總線的硬件接口要求

車載智能服務終端與擴展設備的數據交換，要采用串行數據總線，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總線在車輛數據采集中的發展趨勢

CAN總線在車輛數據采集中的應用越來越廣泛，對于提高車輛自動化水平，減輕車輛布線束縛具有著重要的作用。目前各個汽車生產廠商都將這一技術應用到生產之中，且大部分的功能都得到了有效的實現，下一步我們的發展趨勢可以總結為以下幾個方面：

4.1 進一步完善信息采集模塊

隨著車載電子設備的飛速發展，汽車上的各種應用信息越來越多，因此我們需要配置各種不同的信息采集模塊來進行數據的采集，以便滿足人們更多的行車要求。

4.2 進一步完善信息顯示模塊

對于顯示模塊的應用目前還存在著很多待改善的地方，比如顯示數據存在滯后性，無法及時的反映車輛運行的及時數據，這都需要我們進一步的進行分工，并將收集的數據嚴格的以CAN總線的格式要求發送到CAN總線上，這樣可以大大的提高數據顯示的效率。

4.3 實現與PC的通信，實現在線計算機故障檢測

社會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、輪船中的黑匣子，它能夠準確地記錄行車的歷史數據，以及發生事故時的重要實時數據，這樣可以大大提高故障檢測效率，盡早解決車輛的問題。

5 結語

總線技術更快、更廣的應用到汽車生產企業之中，為汽車自動化、數字化、智能化發展提供了技術保障。CAN總線是現場控制總線技術之一其在現代車輛中的應用最為廣泛，大大提高了車輛數據采集的效率和準確率，增加了數據的存儲量，成為了現代車輛數據采集系統中不可或缺的一部分。

【參考文獻】

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

【2】劉遵勇，黨瑞寧.車輛道路試驗數據實時采集系統研究[J].汽車實用技術，2014（10）：52-54.