面向卓越计划的基于CAN总线实时性分析混合教学模式研究

孙进　丁静　朱子洵　陶晔

摘 要 随着自动化控制技术的发展，CAN总线以其效率高、兼容性强、成本低等特性受到许多企业的欢迎。为让高校学生熟练掌握CAN总线技术，利用CANScope分析仪对CAN总线的实时性进行分析，从而提出一种混合教学模式来充分发挥高校学生的主动参与性，提高学生运用CAN总线的操作能力。

关键词 实时性分析；CAN总线；CANScope；混合教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）04-0072-03

Abstract With the development of automation control technology， CAN bus has been welcomed by many enterprises with its high effi-

ciency， strong compatibility， low cost and so on. In order to make college students to master the technology of CAN bus， and analyze real time CAN bus by CANScope analyzer， in this paper， a mixed initiative teaching mode was put forward to give full play to students，

and improve students ability to operate CAN bus.

Key words real time analysis； CAN bus； CANScope； hybrid tea-ching mode

1 引言

随着现代生产系统自动化智能化水平的提高，CAN总线技术起着不可或缺的作用。为适应现代企业的發展需求，我国一些高校也开设了CAN总线实验教学课程，建立具有多层网络的实验软硬件平台，让学生充分了解并初步掌握CAN总线技术。但目前大多数高校对于这门课程仍然采用传统的传授知识型教学模式，对实践教学的认知不够，不能充分发挥教师的引导作用，导致学生缺乏实践的机会，学习效率较低。

扬州大学将课堂教学和实践教学进行优势互补，从而形成一种增强学生认知效果、提高动手能力的混合教学模式。在上课传授知识的基础上，利用CANScope分析仪对CAN总线教学实验平台上的实验进行实时性能分析并当场对学生进行指导，将传授知识跟能力培养相结合，既能够提高教师的引导作用，也能充分发挥学生的学习主动性与创造性[1]，

让学生的认知不仅仅停留在书面层次，更能够熟练面对实验中的各项突发情况，提高学生解决现实问题的能力。

2 CAN总线实验教学平台与CANScope分析仪概述

现场总线是利用一定的介质使数据传输与交换能够在现场总线的控制设备与远程计算机之间实现的新技术[2]。CAN总线因为其突出的实用性、可靠性成为目前最具发展前景的现场总线之一。CAN总线实验平台包含配套的iCAN模块，涉及CAN-bus网络通信、CAN协议输入输出控制、PC软件编程等技术内容，可以实现开关量控制、模拟量输入输出控制、光电检测以及电机启停、转速、转向的一系列控制，体现了分布式网络控制的优越性[3]。而CANScope分析仪是对CAN总线进行开发与测试的专业工具，它整合了存储示波器、网络分析仪、误码率分析仪、协议分析仪及可靠性测试等工具，可以对CAN网络通信进行全方位评估与检测[4]。

3 实时性分析

实时性是网络控制系统性能的重要体现。就CAN总线而言，当消息响应时间小于规定的截止期时，就认为符合实时性要求[5]。如何解决延时问题，避免系统分析复杂化而影响信息传输，这是网络控制系统研究中的关键。如图1（a）所示，发送器的两个隐性位置中，应答信号的显性位为显性，则说明有应答；而根据图2（b）所示，可判断出信号发送失败的原因是应答信号的显性位由于导线材质的延时，造成应答界定符被发送器判断为显性。

4 问题解决方案

打开CANScope分析仪，在记录好的CAN报文界面中的工具栏中点击“传输延时”按钮，进行延时分析，如图2（a）所示。

图2（b）为延时统计表，可以通过对应序号寻找到对应帧。统计表中给出延时等效的导线长度，可以与标准极限长度对照。为了保证稳定运行状态，若传输延时达到0.5倍的位时间，理论上可以称为最大传输距离，理论传输距离需要控制在70%。因为每一个节点都有隔离，所以发送节点发出的报文就已自带延时，并且传输是双向的，所以得到结果：0.5×0.7×0.7=0.245。在测量点测到的最大延时节点的传输延时，要采取措施控制小于0.245倍位时间，比如2 M波特率，要控制最大值小于490 ns，不然有可能应答错误。考虑到不同节点测试点引起的延时也可能不同，测试点通常放在边缘两端来检测边缘的两个节点发出的报文，从而算出总线的最大延时。

图2（c）所示用于测量到总线最大延时。为了让学生更容易理解，假设测量延时的帧是最右边的节点发出来的，测量点如果在最左端，则最大应答延时只包含最左端节点的电路延时；测量点如果在发送节点这端，则最大应答延时为整体导线延时加最远端节点（即最左端）的电路延时。

5 混合教学模式探究

混合教学模式的必备条件 教师应提供给学生多种机会将所学CAN总线知识进行实践性的训练。虽然学习的主体是学生，但实践环境中教师的指导作用也尤为关键，学生在学习环境中必须要有高度的自觉性。另外对于CAN总线知识的掌握也是重要前提。实践过程中主观能动性必不可少，对于实时性分析的结果要知道解决问题的方案甚至能够举一反三。

在混合教学模式中，师生是一个共同体，教师通过课堂教学、组织实践活动、设定教学目标、避免学生错误的讨论方向、引导学生正确使用CAN总线设备等起到关键的主导作用，学生通过解决CAN总线实时性分析的实验进行自主探究，充分发挥主体性。

混合教学模式的益处 考虑到传统的教学模式中，学生处于被动接受状态，主动性、创造性难以得到发挥，利用CAN总线实验平台、CANScope分析儀等设备来进行实践性教学，可以起到不错的效果。学生亲自做CAN总线的实时性分析实验过程中出现问题，教师可以从旁进行指导，有利于发挥教师的主导作用。实践性教学强调的是以学生为中心，促进教师跟学生之间的交流，避免教师单方面讲授知识，学生通过手脑并用来促进知识的吸收消化。

在CAN总线实时性分析的实践教学环境中，学习环境的支持会促进学生对上课所学知识的理解、个人认识的建立与学生间的交流，从而解决真实问题，提高自身创造能力。提供这样一种教学环境，学生之间的合作是必然的，这对于人际交流的培养，测试、掌握对所学知识产生的认知与理解是有益的。

6 结束语

随着工业自动化繁荣发展，CAN总线作为最具发展前景的技术之一，培养这方面的人才也成为高校的必修课，如何有效地让学生掌握这方面的知识是教学中的重点。基于CAN总线实时性分析的混合教学模式，将知识传授型教学与实践性教学相结合，无疑是有成效的。CAN总线实时性分析教学能够让学生学以致用，深化学生对CAN总线的了解，强化学生的自主学习能力，培养学生的逻辑思维与操作能力，也在一定程度上满足了实际工作上的需求。

参考文献

[1]余胜泉，路秋丽，陈声健.网络环境下的混合式教学：一种新的教学模式[J].中国大学教学，2005（10）：50-56.

[2]方晓柯.现场总线网络技术的研究[D].沈阳：东北大学，2005.

[3]孙进，曹肖伟，宋爱平，等.基于iCAN教学实验开发平台的课程实践研究[J].中国教育技术装备，2016（16）：

133-134.

[4]孙进，丁静，徐晶.CAN总线故障分析仪的实验教学研究[J].中国教育技术装备，2016（12）：138-139.

[5]陈曦.CAN总线实时性和可靠性若干问题的研究[D].天津：天津大学，2010.