基于GPS的CAN通訊在汽車電子測試設備中的應用探析

羅洋坤

摘要：CAN通訊技術在汽車電子設備中有著極為重要的應用，同時，GPS技術有利于汽車的定位服務，兩者結合有利于實現汽車電子的高效通信，本文對其展開探討。

關鍵詞：GPS；CAN通訊；汽車電子測試

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：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行，是汽車車輛管理的主要內容，是檢查、鑒定車輛技術狀況和維修質量的重要手段，是促進維修技術發展、實現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濟效益，而且具有重大的社會效益。汽車電子測試設計技術發展迅速，因其易用性、穩定性、快捷性受到廣大科研人員和工業控制生產人員的歡迎。我國各層次的開發研究人員正不斷地改善當前汽車電子測試設計的通訊技術，為了充分利用計算機的價值。大量用戶的使用同時對其發展也有促進作用，汽車電子測試平臺的通訊技術對于工業的發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80年代初開發的一種串行數據通信協議，主要用于解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換問題。目前，CAN總線是國際上應用最廣泛的現場總線之一，具有優先級的多主結構、可靠的錯誤檢測和處理機制等優點，且CAN總線標準支持自動配置，為系統的易用性奠定了基礎。一個局域網可以構造在技術上不同，通常，CAN的布線，從一定的大小作為結構化布線進行。快速以太網100BASE-TX和千兆位以太網是以太網家庭中最常見的，主要用于數據中心和快速互連100千兆以太網。CAN是包含多個中繼網絡中的分發節點，如果連接在網絡中兩臺以上的計算機，這可以通過CAN來實現。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部導體傳導電信號。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體，電纜的特性阻抗由內絕緣體的介電常數和內外導體的半徑確定。CAN總線的缺點在于不能忍受來自環境的干擾弱信號，只能傳輸耦合到相鄰結構或電路中的較強電信號。一些網絡電纜可以被路由到一個區域，這就是它在星形結構物理層的原因。在邏輯意義上，每個參與者被連接到所有其它的設備商。在局域網中，多個CAN可以用來增加連接部件的數量。它從一個端口的數據包接收，并將其發送到所有的端口，并等待下一個數據分組，同時獲取兩個數據包，可能會出現碰撞與沖突，此時兩個數據分組丟失和重傳。路由器能夠將不同的協議和架構的多個網絡連接在一起，在TCP / IP模型中，路由器作為在網絡的外部邊界并將其連接到Internet或其他網絡。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視的多播組，網絡適配器必須處于混雜模式。捕獲的信息從原始數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總線現在已成為汽車總線的事實標準，在ISO11898、SAE1939以及ISO11783等標準中也都規定了CAN作為車輛數據傳輸標準。CAN測試設備遠端機裝置在CAN測試系統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發數據并及時處理調度信號，同時可以減小故障波及范圍。但是由于以CAN信號線路系統運行的環境特點，使其很容易受到干擾。為此，要通過人工智能的應用、先進數字控制器件的應用以及故障應對措施的制定等措施不斷加強CAN測試設備設備的保護，并通過監測環節的構建來盡量減少信號傳輸運行中受到的干擾。分散式工業控制系統就是為適應這種需要而發展起來的。這類系統是以微型機為核心，將 5C技術--COMPUTER（計算機技術）、CONTROL（自動控制技術）、COMMUNICATION（通信技術）、CRT（顯示技術）和 CHANGE（轉換技術）緊密結合的產物。它在適應范圍、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和集中型計算機控制系統都具有明顯的優越性。典型的分散式控制系統由現場設備、接口與計算設備以及通信設備組成。現場總線（FIELDBUS）能同時滿足過程控制和制造業自動化的需要，因而現場總線已成為工業數據總線領域中最為活躍的一個領域。現場總線的研究與應用已成為工業數據總線領域的熱點。

2 GPS技術

隨著全球定位系統（GPS）的出現以及差分GPS（DGPS）系統的部署，海事導航已經革命化。雖然現在可以通過DGPS來滿足海洋導航的大部分精密要求，但是用戶使用的可靠性往往被忽略。海洋導航是通過海洋多徑模擬來回答的。航路相關器模擬有99.9%的誤差限制為43 m，而窄相關器只有11m。在模擬過程中也發生雙重失誤，但第二次失誤小于4米（99.9%的概率）。這表明可能會發生重大失誤。需要進行軟件仿真，以評估在全球導航衛星系統（GLONASS）、伽利略、地球靜止衛星以及各種掩蔽環境下的高度、時鐘和動態約束下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星的DGPS優點，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生。在后任務中運行一個簡單的可靠性算法來證明可能已經檢測到錯誤。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系統包括中央站、多個信號源、多個子站和中央站控制設備，可以使得用戶有選擇性地從傳感器中接收預定的信號源，其中至少一個用戶被提供有用于發起信號傳輸的裝置，用于通過相同的信號導體將信號傳輸返回到系統的控制設備，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起信號傳輸。endprint

3 系統結構

3.1 測試模塊

系統中有一個主控模塊和多個汽車性能參數測試模塊，各個模塊間以CAN總線連接，為一主多子節點結構。其基本工作原理是：各個子節點完成多種汽車參數的測試獲取，并將參數通過CAN總線發送給主控節點，主控節點對來自各個子節點的數據進行相關處理后，通過USB實時發送給人機交互設備，以實現對汽車參數的實時監測。CAN主要是通過IEEE 802.11協議中，這是與有線以太網很大程度上兼容的標準來實現的。由于無線網絡并不在建筑物邊界停止，所以還需要特殊的加密技術。最初的標準是WEP（WEP 64或WEP-128），但現在安全性較差，因此較少被使用。WPA2使用一個更好的加密機制即AES（高級加密標準），作為更安全的方法，應該是以下集中無線技術（WEP、WPA、WPA2）通過與IPsec的VPN的專業技術相結合。

3.2 校驗模塊

在CAN測試系統中，將正常運行設備為參考對象，分析其各項技術參數，然后將分析結果同故障設備的檢測結果做對比分析，根據對比結果便可以確定故障發生位置。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，同時又不能準確確定故障發生原因的故障類型。另外，選擇此種方法對CAN測試系統的CAN測試設備定值進行校驗時，如果CAN測試設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測試設備進行診斷，然后將兩個CAN測試設備的診斷結果進行對比，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測試設備不合格，或者對參數進行調整。CAN測試設備決定著CAN測試系統的高效運行，將通信線路的暫穩態運行與中繼環節的保護結合起來，這個貫穿于CAN測試系統的維護處理過程中。對于線路的調整需要特別留意，信號傳輸效率與具體線路相關。在突然發生故障的情況下，可以在較短的時間內調整好信號強度，緊急狀態下可以通過自動控制系統調節，保障其穩定運行。通過CAN測試設備，CAN測試系統系統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，數據的同步性與穩定性有著極為重要的作用。

4 結語

汽車電子測試設備和CAN通訊有著眾多優點，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測試設備的數據傳輸效率是極為重要的，新技術在信息方面的應用已經大大改變了信號產生與傳輸的方法，CAN測試設備安全傳輸這一技術的可靠性對于CAN信號的傳輸還是必要的。這些優點適用于多個領域，并且集中用于汽車、壓縮機和電能產生工業中。設計和生產這些設備是一項令人興奮的任務，其中用于開發過程的大多數現代計算方法的使用與廣泛的經驗和專業技術一樣重要，以安全的方式擴展實際操作限制。只有通過現場經驗的結合，才能使得汽車電子測試設備的生產與制造向著科學合理的發展方向邁進。

參考文獻

[1]李全利，遲榮強.單片機原理及接口技術[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]李業德.基于單片機的汽車制動性能檢測儀的設計[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