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基于CAN网络之智能车辆管控系统
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  • 用途:硕士毕业论文 Master Thesis
  • 编辑:若诗
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  • 论文编号:el2020122314442721245
  • 日期:2020-12-27
  • 来源:上海论文网
本文是工程论文,本系统成本低,操作简便,实现了市场上用户对于车队车辆的管理需求。而且为后续的车辆网大数据的实现提供了数据平台储备,形成的维修专家系统和车队报表也是用户的迫切需求。本篇论文主要完成了以下工作:(1)根据智能网联的国内外现状和市场上的用户需求明确了设计的整体方案,通过GPRS无线传输的方式将手机APP端和车机端进行信息互联,通过整车的CAN网络来进行车辆状态的数据采集和车辆的主动控制,然后进行具体每个模块的功能设计。(2)在确定整体方案后,通过硬件设计和软件设计两个方向来阐述系统的具体开发方案。硬件电路方面主要设计了CAN控制器电路,CAN收发器电路和无线传输电路。

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第1章绪论

 

在国内,车辆管控系统大致经历了三个发展阶段。第一个阶段车辆管控系统的主要目的是为了记录车辆的信息,而且由于计算机系统的发展还处在初期,所以这类管理系统往往都是中大型企业在使用,并且数据库中存在大量的冗余数据,浪费了很大的资源,不能产生良好的管理效果。尽管如此,这个阶段仍然为后期的车队管理系统打下了一定的基础,储备了车队管理初期的数据库。第二个阶段随着计算机技术的迅速发展,车队管理的功能已经进行了极大的丰富,对车辆的行驶位置、行驶工况的采集,车辆的保养维护已经开始逐步实现。由于数据库的完善,对车辆信息的统计和查询分析已经变得非常容易,车辆管理系统的稳定性也得到了很大的提升。这个阶段的车辆管控系统还不具备智能的自动化管理。到了二十世纪末,计算机的软件策略已经发展的十分迅速,人性化的用户界面操作、智能化的数据存储和处理、大数据的分析都促进了车辆管控系统的长足发展,也就是第三个发展阶段。虽然在国内软硬件技术正在不断的更新发展,但是对车辆进行规范的自动化管理、对车辆运行数据的平台化、对车辆工况的采集优化等方面还是处在比较落后的状态。

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第2章系统总体设计方案

 

2.1整车CAN网络架构
利用差分电路的原理,CAN总线系统通过两条双绞线(屏蔽一定的信号干扰)进行数据的发送,这两条双绞线称为CAN-High线和CAN-Low线。在没有进行通讯的时候,这两条线路上加载有一定的基准电压,这个电压值就是静态电平。对于CAN驱动数据总线来说,这个值大约为2.5V。此时CAN总线的电平状态为隐性状态,总线上的各个节点控制器都可以修改线路的电压值。与之相反的显性状态时CAN-High线上的电平值会进行一定的升高,同时CAN-Low线上的电平值则会相应的降低。这时,CAN总线就处于数据发送状态。举个例子,当数据发送时,CAN-High的电压值升高到3.5V,而CAN-Low线上的电压值最多可降至1.5V。CAN总线电压变化表示如图2.1所示,CAN收发器将从CAN总线上的得到的差分信号进行放大,得到了输出电压,最后转换为数字信号电平进行数据传输[5]。

 

2.2Android操作系统
跨平台特性:Java语言具有跨平台的特性,而Android操作系统的开发语言为Java。所有Android开发的APK应用可以极其方便地应用于各种设备。设备厂商可以方便地把Android操作系统移植到平板电脑、电视、智能手表、车载娱乐主机等终端,使得Android操作系统的应用更为广泛。并且这种跨平台的特性也给开发者带来了极大的便利,开发者在针对不同的硬件设备开发相同功能的应用时,不需要再进行重复的开发。Android操作系统在系统运行方面起到了一个打通顶层开发与底层设备的作用,实现了硬件跨平台的应用开发,也为开发者带来了极大的便利。开源特性和跨平台特性使得Android操作系统的应用开发得到了极大的发展,同时由于Android操作系统应用在手机移动端的易用性,使得移动数据传输产生了巨大的变化,由此产生的大数据信息具有很高的附带价值[9]。

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第3章系统硬件方案设计........................................................................................17
3.1芯片模块选型.............................................................................................17
3.2电路系统设计.............................................................................................20
第4章系统软件程序设计........................................................................................27
4.1单片机端软件系统设计.............................................................................27
4.2手机端Android系统软件设计.................................................................31
第5章系统测试与分析............................................................................................36
5.1测试环境和工具.........................................................................................36
5.2模拟测试.....................................................................................................37
5.3实车测试.....................................................................................................42

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第5章系统测试与分析

 

5.1测试环境和工具
STM32的CAN控制器共分为四种硬件模式。第一种就是正常模式,这种模式下,CAN硬件就是一个普通的节点,在CAN总结进行数据的收发;第二种是静默模式,这种模式下硬件节点只能向总线发送隐形位数据,也就是逻辑1,不能发送显性位逻辑0,不影响总线数据的收发;第三种模式是回环模式,这种模式下,硬件节点的发送端发出的数据可以被总线上其他节点接收,也可以被自己接受,但是硬件节点不会收取其他节点的信息,所以这种模式常被用来作为硬件节点的自检功能;第四种就是回环静默模式,也就是将以上二三模式进行结合,这种模式可以实现在自检的同时,不干扰总线上其他的节点。本次设计的CAN节点主要是CAN信息的收发,所以采用正常模式就可以。本次设计的测试环境分为两部分:一个是通过示波器、CAN通讯设备等模拟通讯测试场景,测试硬件电路的稳定性和控制程序的可靠性。使用的CAN设备为德国ETAS公司的ES581.4模块,测试用的CAN数据接口软件为开源软件Busmaster,以及相应的单片机串口助手等软件。测试环境见如图5.1所示。
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5.2模拟测试验证
本次设计的硬件电路是否符合CAN通讯协议的物理层相关规范,避免硬件电路中的故障现象导致CAN总线的通讯不畅,影响后续的测试。主要是对前文介绍的CAN总线电路的电压进行测试。在解放J6卡车上进行测试,首先将车辆起动,通过手机端读取发动机的数据流,能否进行采集,包括发动机转速、行驶车速、油门开度、刹车离合状态、油耗、行驶里程、发动机运行时间是否符合理论值。踩油门、踩刹车、离合观察相应数值是否发生改变。通过手机端发送控制指令,将发动机转速控制在650rpm,在车上进行加油门操作,发现发动机转速只能限制在650rpm,并且仪表显示相应故障码。实车操作如图5.4所示。测试车辆工况监控功能,读取服务器端的到的信号值,如图5.5所示。相关车辆工况信息已经上传至服务器平台,包括车辆的GPS位置经纬度、发动机转速、车速、油门踏板深度等信息,数据工况初步监控成功。
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第6章总结与展望
软件方面主要设计了单片机CAN控制器通信程序,实现了车机控制器和车载终端的稳定通讯和控制;单片机串口进行的A9G无线传输程序,实现了服务器和车载终端的信息传输;手机端利用TCP/IP协议和socket接口,实现了手机界面操作服务器的信息,提供了人性化的车队管控方式。(3)最后,通过在电脑端模拟CAN通讯控制器的方法,进行了初步的系统通讯测试。并且在实车上,制定了验证方案,对整个系统的可靠性进行进一步的验证,可以作为产品提供用户使用。整体来讲,由于CAN网络在整车通讯和控制方面的成熟性,以及Android手机操作系统的人性化,本文基本实现了一款稳定性和易操作性的智能车辆管控系统,满足了市场上的用户需求。
参考文献(略)