基于CAN总线的汽车电子实验室建设现状分析

李媛媛 梁鉴如 罗晓 陈小龙 阚秀

摘 要 CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。根据自动化（汽车电子工程）（中美合作）专业的需求，建设基于CAN总线的汽车电子实验室，本文对实验室建设一年来在学生培养、教学科研、国际国内交流中取得的成果及实验室现状进行总结和分析，为下一步的专业发展奠定基础。

关键词 汽车电子 CAN总线 实验室建设

中图分类号：TP273文献标识码：A

Research on the Status of Automotive Electronics

Laboratory Construction with CAN Bus

LI Yuanyuan， LIANG Jianru， LUO Xiao， CHEN Xiaolong， KAN Xiu

（College of Electronic and Electrical Engineering，Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract CAN bus is an international standard field bus with higher communication rate， cost-effective， and easy to implement. According to the demand of Automation （Automotive Electronics Engineering）， our department had constructed the laboratory of Automotive Electronics with CAN bus. This paper has analyzed and summarized the achievements of students training， teaching， researching and international exchanges in the past， and to lay the foundation for further development.

Key words Automotive Electronics; CAN Bus; Construction of laboratory

CAN总线是一种专门用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信协议，与一般的通信总线相比，具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，在北美和西欧，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线，并且拥有以CAN为底层协议专为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。①同时，世界上一些著名的汽车制造厂商，如BENZ（奔驰）、BMW（宝马）、PORSCHE（保时捷）、ROLLS-ROYCE（劳斯莱斯）和JAGUAR（美洲豹）等都采用了CAN总线来实现汽车内部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。②

因此，学习和研究CAN总线对自动化尤其是汽车电子工程专业学生具有一定的意义。在学校的支持下，本专业申报基于CAN总线的汽车电子实验室建设项目，经过一年时间的建设，该实验室已初具规模，现将实验室建设现状作以分析，并对取得的成果进行总结。

1 项目建设的目的、意义及对社会发展的贡献

自动化（汽车电子工程）（中美合作）专业，是我校与劳伦斯理工大学合作成立的专业，双方共同合作办学已有近10年时间，该专业主要以培养汽车电子类研发、技术人才为主，借鉴美国工程师培养的模式，强调学生的实践动手及创新能力，为社会提供了大量优秀的具有汽车电子知识背景的专业技术人员。目前该专业有汽车故障诊断及检测实验室、汽车发动机电控实验平台、汽车仪表实验台架、汽车起动系实验台架、汽车发动机拆装等实验设备。当今CAN总线已经作为主流现场总线之一的工业环境下，有必要建立一整套基于CAN总线的汽车电子实验平台，通过CAN总线/LIN总线完成汽车内部不同测量元件、执行部件与主控单元之间的数据通信与控制，实现数据采集、故障诊断等功能，并可根据教学与科研需要进行后续扩展。

2 项目建设解决主要问题

2.1 加强本科生教育

汽车电子专业现设专业课程主要包括：汽车电子控制技术、汽车发动机控制系统、汽车底盘控制系统、汽车电器及仪表、汽车微控制器应用、嵌入式系统及应用等。实验室建设完成，可以为学生提供基本涵盖CAN总线课程的相关实验平台，加强学生对理论知识的掌握，服务于教学。在此基础上，还可以通过广泛开展大学生创新活动、开设创新实验等手段，增强学生动手能力、提高创新意识、培养高水平实用性人才。

2.2 研究生培养

该实验室建设完成后，可以在硬件上增强我院汽车电子专业竞争实力，为机械电子专业研究生的教育打下坚实基础，并为申报控制工程专业硕士学位点提供可靠保障。

2.3 服务教师科研

实验室建设完成后，由于其本身的先进性和完整性，可以为教师的科研活动提供一整套完善可靠的实验解决方案，可以帮助教师增强科研能力，提升科研水平，提高教学质量。

3 建设目标

3.1 人才培养

以培養适应社会需求的高素质汽车电子专门人才为首要目标。通过车身电子总线系统实验平台的建立，为提高研究生及本科生的实践动手能力提供有力保障，让学生不仅有所学，而且有所为、有所思、有所获。学生通过该平台的亲身操作，能够理论联系实际，更好地掌握理论知识，不仅提高了学生的就业竞争力，也使他们在毕业后能够更快地融入到与汽车电子产业相关的工作岗位中去。

3.2 师资培养

该平台的建立后，教师可以在其基础之上仿照汽车内部实际环境，开发相应的仿真实验，不仅可以提高教师自身的动手能力，还能够增强教师的实践基础及应用水平。

3.3 科研支撑

教师素质的提高，除了动手能力之外，还要求具有较好的科学研究能力。通过该实验平台的建立，可以为教师科研提供有力的支持。在此基础上，教师不仅可以研究软硬件设备，而且可以对总线通信协议进行深入研究，为教师提高科研水平提供可靠保障。

3.4 国际交流

以该项目的建设为契机，邀请国内外专家学者来校开展学术讲座、开设前沿课程，扩展教师与学生的视野;教师也可以带着自己的研究成果进行学术交流与访问。这样不仅能够提高教师的整体实力，同时也增加了学校的国际知名度。

4 建设内容与方案

4.1 能够开设的实验项目

4.1.1 CAN/LIN网络教学实验演示系统的研究

该实验平台能够进行CAN总线的正常通信实验：包括仪表节点、车窗节点功能演示;能够进行CAN总线通信故障模拟及干扰状态下通信实验;能够进行LIN总线正常通信实验：包括雨刷节点、大灯节点、转向灯节点功能演示;能够进行LIN总线通信故障模拟及干扰状态下通信实验，基本完成本科教学的相关内容。

4.1.2 AutoCAN总线开发系统的研究

通过该实验平台能够进行CAN总线网络拓扑规划，CAN虚拟仿真、半实物仿真，以及进行总线测试等工作，从教学向科研进行水平提升。

4.1.3 CANspider干扰发生器系统的研究

通过干扰发生器對CAN总线节点或CAN总线系统施加数据链路层错误、对CAN总线节点或CAN总线系统施加模拟物理层故障，能够检测CAN总线系统在错误或故障情况下的行为特性，并检测CAN总线节点从错误或故障状态下恢复的能力。

4.1.4 Emulin和Visulin仿真开发及测试

通过实验平台中引入该工具能够进行硬件仿真架构，进行精确时间参数测试、完成脱离PC的调试、测试工作。同时完成LIN的开发测试及上位机的软件测试，为后续进一步扩展该实验平台打下基础。

4.2 科学研究及开发

4.2.1 车用传感器总线检测及控制系统开发

在该实验平台下自行开发传感器信号的采集系统、车辆转速信号的实时测量系统，系统能够对同步电机进行变频控制，通过A/D高速采集卡进行数据采集，同时能够对I/O口采集的数据进行监测。

4.2.2 车用仪表盘的CAN总线数据检测系统

在该实验平台下自行开发车用仪表盘的CAN总线数据检测系统，该系统能够通过CAN总线进行数据包的传输，调取并更改数据包的字节内容，还能够模拟实际仪表盘变化、通过波形发生卡产生基准信号，并对I/O采集的信号进行检测。

4.3 对学生的培养

根据上述分析，该实验平台硬件及软件环境搭建完成后，不仅能够满足汽车电子工程专业学生相关课程教学及实验，同时相关教师及研究生能够利用该平台进行车用传感器检测及控制系统的开发，也能够利用该平台自行开发车用仪表盘的CAN总线数据检测系统，在此基础上，还能够开展多项大学生创新及实验项目以及毕业设计等教学研究工作。

4.4 教师队伍建设

鼓励与引导教师积极投入到该领域的研究中来，结合自身科研需要，充分利用项目资源，充分利用该实验平台的软硬件设备，开发并研制适合教学及科研的相关工具，培养具有创新精神的研究生，达到教学与科研双丰收。

5 实验室建设目前取得的成果

5.1 学生培养成果

通过该实验室建设，本专业新建CAN总线实验室1个，实验室内新增实验设备18台套，在培养计划中新开设实践教环节课程“汽车总线通信综合实验”1门，同时申请实验室建设项目1项。依托该平台，成功申请校级研究生创新项目1项、市级大学生创新项目1项、校级大学生创新项目2项、校级大学生科研训练计划项目5项，指导本科生毕业设计人数14人;建立校外实习基地1个，能够接纳60～70人左右的学生进行认识实习，优秀的学生可以争取到企业实习的机会。

5.2 科学研究成果

自主开发传感器总线检测及控制系统一套，能够进行车用传感器的检测及调试;自主开发车用仪表盘的总线数据检测系统一套，能够进行车用仪表的CAN总线数据检测及测试。在开发自制设备的基础上申请实用新型专利2项，申请软件著作权登记3项，教师及学生发表相关教学研究论文11篇。

5.3 学术交流成果

平台的建设促进我院在汽车电子人才培养和科学研究方面与同济大学、上海航盛实业有限公司等相关高校和行业的相互交流，为控制工程专业硕士学位点的申报奠定了良好的基础;专业教师、研究生及本科生也进行相关培训，并在2012年、2013年参加相关国际会议，发表国际会议论文2篇。

6 总结

通过基于CAN总线汽车电子实验平台建设，不仅满足汽车电子工程专业相关课程的教学及实验，也同时满足教师及机械电子工程专业硕士研究生进行科研课题的申请及研究，在平台建设的一年时间里，取得了多项教学科研成果，培养一批优秀的研究生和本科生，通过后续研究能力的进一步提高，相信在该实验平台上能够取得更加丰硕的成果，同时能够带动汽车电子专业与产业结合，培养企业需要的人才。

项目支持：本文受“基于CAN/LIN混合协议的汽车电气控制总线技术研究”（编号：nhky-2013-10）项目资助

注释

① 肖志昂，孙庆忠.CAN总线与RS-232、SPI总线转换模块的设计[D].石河子大学，2011.

② 李爽.车身总线在车辆监控系统车载终端中的应用与研究[D].中国海洋大学，2006.