CN106125716A - 基于can的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程 - Google Patents

基于can的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程 Download PDF

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Abstract

一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，计算机的控制信息依次通过USB总线、CAN‑USB网关和CAN总线发送至下位机，下位机接收到远程计算机的控制信息后，通过继电器为教学设备设置相应的线路故障，控制前4位数码管显示小数点，提示学生考核开始；学生利用键盘进行答题；答完题后下位机将组装含有本节点数据ID号、学生学号、考核成绩、故障诊断信息和计算机设置的故障信息的CAN报文，然后将组装好的CAN报文通过CAN总线发送至CAN‑USB网关，再由网关转发给计算机实时显示，教师通过计算机即可实现成绩汇总，及时了解学生的考核结果和学习效果；同时下位机将考核成绩发送至后3位数码管显示，以便学生及时获知自己的考核成绩。

Description

基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程
技术领域
本发明属于CAN总线测控领域，主要公开了一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程。
背景技术
目前汽车电子厂家生产的汽车教学设备在线路故障考核实践教学时，教师在现场通过“导线短接”或“机械开关”的机械方式设置线路故障，然后由学生利用检测工具进行线路故障诊断，最后教师根据学生的诊断结果进行现场评分，该方式很难实现1名教师同时管理多台教学设备，从而降低了教学设备的利用率和实践教学效率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出了一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，利用CAN总线将多台汽车教学设备联网，再通过CAN-USB网关与远程计算机相连；利用一台计算机远程控制和管理多台汽车教学设备，实现“远程化、智能化”故障设置、故障考核及成绩汇总的功能，有效提高汽车教学设备的利用率和实践教学效率。
(二)技术方案
一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，考核系统包括计算机、USB接口、CAN-USB网关、CAN总线和下位机；所述的CAN总线将多台汽车教学设备组成局域网，将每台教学设备作为CAN总线的一个节点，下位机CAN节点主要由下位机微控制器MCU、下位机CAN控制器和下位机CAN收发器组成；所述的计算机通过USB接口与CAN-USB网关连接，所述的CAN-USB网关通过CAN总线和下位机连接；所述的计算机依次通过USB总线、CAN-USB网关和CAN总线将控制信息发送至下位机，下位机接收到远程计算机的控制信息后，通过继电器为教学设备设置相应的线路故障，控制前4数码管显示小数点，提示学生考核开始；学生利用键盘进行答题，通过键盘依次输入2位学号、1位教学设备的线路故障类型代码、1位故障点的位置代码，在数码管上同步显示键盘输入的数字；输入完4位数字确认无误后，可按“确认键”提交成绩；若学生输入信息过程中，键盘输入有误，可按“取消键”，重新输入数字；并规定“确认键”只有在输入完4位数字信息后有效；当学生按“确认键”时，下位机将组装含有本节点数据ID号、学生学号、考核成绩、故障诊断信息和计算机设置的故障信息的CAN报文，然后将组装好的CAN报文通过CAN总线发送至CAN-USB网关，再由网关转发给计算机实时显示，教师通过计算机即可实现成绩汇总，及时了解学生的考核结果和学习效果；同时下位机通过比较学生输入的故障诊断信息与计算机设置的故障信息，计算考核成绩并发送给数码管显示，以便学生及时获知自己的考核成绩。
进一步的，所述的计算机利用USB控制器CH372动态链接库DLL提供的面向功能应用的应用程序编程API接口函数实现与CAN-USB网关的数据传输；为保证计算机及时接收到下位机通过CAN总线发送来的数据，计算机采用了伪中断和多线程技术；所述的伪中断服务程序是由CH372驱动程序中断后通过DLL在应用层模拟调用的，能及时响应USB中断传输；所述的多线程则能实现多个任务的并行处理。
进一步的，所述的计算机设置有控制界面，在该控制界面中可实时显示计算机发送和接收的CAN报文，其中传输方向为“发送”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的验收代码，“数据”中的第1字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；传输方向为“接受”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的数据ID号，“数据”中的第1字节数据为学生的学号、第2字节数据为考核成绩、第3字节数据为学生的故障诊断信息：故障类型及故障点位置、第4字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；考核完成后，教师将以上信息保存为excel文件，进行考核成绩汇总与分析。
进一步的，所述的CAN-USB网关包括USB接口电路、网关微控制器MCU和CAN接口电路，所述的USB接口电路采用USB控制器CH372，所述的CAN接口电路由网关CAN控制器和网关CAN收发器组成；所述的网关微控制器MCU连接USB控制器和网关CAN控制器，用于CAN总线与USB总线的协议转换，实现计算机和下位机的互联通信。
进一步的，所述的CAN-USB网关以中断方式接收计算机下传的USB报文和下位机CAN节点上传的CAN报文；网关微控制器MCU中的CAN报文接收缓冲区和USB报文接收缓冲区分别采用循环队列和数组的数据结构。
进一步的，所述的CAN-USB网关的工作流程如下：
1)对CAN控制器进行初始化,做好CAN的通信准备；
2)对USB控制器进行初始化，将USB控制器工作模式设置为内置固件模式，做好USB的通信准备；
3)设置MCU外部中断方式并开启中断，做好USB报文和CAN报文的接收准备；
4)主程序负责对USB和CAN报文的接收缓冲区进行监视，若某一路缓冲区非空，则向另一路转发：当监控到USB报文缓冲区非空时，将USB报文转换为CAN报文，调用网关的CAN发送子程序发送至下位机；当监控到CAN报文缓冲区非空时，调用USB上传子程序，将CAN报文发送至计算机；
进一步的，所述的下位机的工作流程如下：
a.进行下位机微控制器MCU最小系统上电自检；
b.对下位机CAN控制器进行初始化，以确定CAN节点的验收滤波、总线波特率和输出特性参数，使CAN控制器做好CAN通信准备；
c.将MCU的定时器设置为10ms中断，用于定时扫描键盘；
d.下位机查询接收计算机的数据，若下位机没有收到计算机的数据，则下位机微控制器MCU控制数码管显示数字，表示故障考核未开始，键盘不允许读取；若下位机收到计算机的数据，则下位机微控制器MCU通过继电器对教学设备设置相应的线路故障，并通过数码管显示小数点，表示故障考核开始，键盘允许读取，学生可以通过键盘开始答题；
e.下位机微控制器MCU开启定时中断，每10ms产生一次定时中断；采用定时中断键盘扫描方式，可消除按键抖动，并防止按键连击现象，即1次按键只进行1次解释执行；在执行定时中断服务程序时，首先对定时器进行重新赋初值，以便产生下次定时中断；然后查询键盘允许读取标志，若键盘不允许读取，则按键无效，直接返回主程序；若键盘允许读取，则执行键盘扫描和按键解释执行任务。
进一步的，所述的下位机CAN节点，当遇到多个下位机同时向CAN总线上发送数据时，依靠CAN节点的数据ID号实现优先级竞争，数据ID号越小，数据的优先级越高，优先得到发送；待优先级高的数据发送完成后，优先级低的数据自动重发。
有益效果
本发明提出的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，利用CAN总线将多台汽车教学设备联网，再通过CAN-USB网关与远程计算机相连；利用一台计算机远程控制和管理多台汽车教学设备，实现“远程化、智能化”故障设置、故障考核及成绩汇总的功能，有效提高汽车教学设备的利用率和实践教学效率。
附图说明
图1是本发明的整体工作流程示意图。
图2是本发明的计算机控制界面示意图。
图3是本发明的USB下传中断服务工作流程示意图。
图4是本发明的网关的CAN接收中断服务工作流程示意图。
图5是本发明的CAN-USB网关的主程序工作流程示意图。
图6是本发明的CAN控制器初始化工作流程示意图。
图7是本发明的USB控制器初始化工作流程示意图。
图8是本发明的网关的CAN发送工作流程示意图。
图9是本发明的USB上传工作流程示意图。
图10是下位机主工作流程示意图。
图11是下位机CAN接收工作流程示意图。
图12是下位机定时中断服务服务工作流程示意图。
图13是下位机CAN发送工作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，考核系统包括计算机、USB接口、CAN-USB网关、CAN总线和下位机；所述的CAN总线将多台汽车教学设备组成局域网，将每台教学设备作为CAN总线的一个节点，下位机CAN节点主要由下位机微控制器MCU、下位机CAN控制器和下位机CAN收发器组成；所述的计算机通过USB接口与CAN-USB网关连接，所述的CAN-USB网关通过CAN总线和下位机连接；所述的计算机依次通过USB总线、CAN-USB网关和CAN总线将控制信息发送至下位机，下位机接收到远程计算机的控制信息后，通过继电器为教学设备设置相应的线路故障，控制前4数码管显示小数点，提示学生考核开始；学生利用键盘进行答题，通过键盘依次输入2位学号、1位教学设备的线路故障类型代码、1位故障点的位置代码，在数码管上同步显示键盘输入的数字；输入完4位数字确认无误后，可按“确认键”提交成绩；若学生输入信息过程中，键盘输入有误，可按“取消键”，重新输入数字；并规定“确认键”只有在输入完4位数字信息后有效；当学生按“确认键”时，下位机将组装含有本节点数据ID号、学生学号、考核成绩、故障诊断信息和计算机设置的故障信息的CAN报文，然后调用图13所示的下位机CAN发送工作流程将组装好的CAN报文通过CAN总线发送至CAN-USB网关，再由网关转发给计算机实时显示，教师通过计算机即可实现成绩汇总，及时了解学生的考核结果和学习效果；同时下位机通过比较学生输入的故障诊断信息与计算机设置的故障信息，计算考核成绩并发送给数码管显示，以便学生及时获知自己的考核成绩。
其中，所述的计算机利用USB控制器CH372动态链接库DLL提供的面向功能应用的应用程序编程API接口函数实现与CAN-USB网关的数据传输；为保证计算机及时接收到下位机通过CAN总线发送来的数据，计算机采用了伪中断和多线程技术；所述的伪中断服务程序是由CH372驱动程序中断后通过DLL在应用层模拟调用的，能及时响应USB中断传输；所述的多线程则能实现多个任务的并行处理。
其中，如图2所示，所述的计算机设置有控制界面，在该控制界面中可实时显示计算机发送和接收的CAN报文，其中传输方向为“发送”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的验收代码，“数据”中的第1字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；传输方向为“接受”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的数据ID号，“数据”中的第1字节数据为学生的学号、第2字节数据为考核成绩、第3字节数据为学生的故障诊断信息：故障类型及故障点位置、第4字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；考核完成后，教师将以上信息保存为excel文件，进行考核成绩汇总与分析。
其中，所述的CAN-USB网关包括USB接口电路、网关微控制器MCU和CAN接口电路，所述的USB接口电路采用USB控制器CH372，所述的CAN接口电路由网关CAN控制器和网关CAN收发器组成；所述的网关微控制器MCU连接USB控制器和网关CAN控制器，用于CAN总线与USB总线的协议转换，实现计算机和下位机的互联通信。
其中，所述的CAN-USB网关以中断方式接收计算机下传的USB报文和下位机CAN节点上传的CAN报文；其中USB下传中断服务程序流程如图3所示，CAN报文接收中断服务程序流程如图4所示。网关微控制器MCU中的CAN报文接收缓冲区和USB报文接收缓冲区分别采用循环队列和数组的数据结构。
其中，CAN-USB网关的主程序流程如图5所示，所述的CAN-USB网关的工作流程如下：
1)对CAN控制器进行初始化,调用图6所示的CAN控制器初始化工作流程对CAN控制器进行初始化；做好CAN的通信准备；
2)对USB控制器进行初始化，调用图7所示的USB控制器初始化工作流程对USB控制器进行初始化；将USB控制器工作模式设置为内置固件模式，做好USB的通信准备；
3)设置MCU外部中断方式并开启中断，做好USB报文和CAN报文的接收准备；
4)主程序负责对USB和CAN报文的接收缓冲区进行监视，若某一路缓冲区非空，则向另一路转发：当监控到USB报文缓冲区非空时，将USB报文转换为CAN报文，调用图8所示的网关的CAN发送工作流程发送至下位机；当监控到CAN报文缓冲区非空时，调用图9所示的USB上传工作流程将USB上传子程序，将CAN报文发送至计算机；
其中，下位机的主工作流程如图10所示,所述的下位机的工作流程如下：
a.进行下位机微控制器MCU最小系统上电自检；
b.调用图6所示的CAN控制器初始化工作流程对CAN控制器进行初始化，以确定CAN节点的验收滤波、总线波特率和输出特性参数，做好CAN通信准备；
c.将MCU的定时器设置为10ms中断，用于定时扫描键盘；
d.下位机通过调用图11所示的CAN接收工作流程查询接收计算机的数据,若下位机没有收到计算机的数据，则下位机微控制器MCU控制数码管显示数字，表示故障考核未开始，键盘不允许读取；若下位机收到上位机的数据，则下位机微控制器MCU通过继电器对教学设备设置相应的线路故障，并通过数码管显示小数点，表示故障考核开始，键盘允许读取，学生可以通过键盘开始答题；
e.下位机微控制器MCU开启定时中断，每10ms产生一次定时中断；定时中断服务服务工作流程如图12所示。采用定时中断键盘扫描方式，可消除按键抖动，并防止按键连击现象，即1次按键只进行1次解释执行；在执行定时中断服务程序时，首先对定时器进行重新赋初值，以便产生下次定时中断；然后查询键盘允许读取标志，若键盘不允许读取，则按键无效，直接返回主程序；若键盘允许读取，则执行键盘扫描和按键解释执行任务。
其中，所述的下位机CAN节点，当遇到多个下位机同时向CAN总线上发送数据时，依靠CAN节点的数据ID号实现优先级竞争，数据ID号越小，数据的优先级越高，优先得到发送；待优先级高的数据发送完成后，优先级低的数据自动重发。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (8)

1.一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，考核系统包括计算机、USB接口、CAN-USB网关、CAN总线和下位机；所述的CAN总线将多台汽车教学设备组成局域网，将每台教学设备作为CAN总线的一个下位机节点，下位机CAN节点主要由下位机微控制器MCU、下位机CAN控制器和下位机CAN收发器组成；所述的计算机通过USB接口与CAN-USB网关连接，所述的CAN-USB网关通过CAN总线和下位机连接；所述的计算机依次通过USB总线、CAN-USB网关和CAN总线将控制信息发送至下位机，下位机接收到远程计算机的控制信息后，通过继电器为教学设备设置相应的线路故障，控制前4数码管显示小数点，提示学生考核开始；学生利用键盘进行答题，通过键盘依次输入2位学号、1位教学设备的线路故障类型代码、1位故障点的位置代码，在数码管上同步显示键盘输入的数字；输入完4位数字确认无误后，可按“确认键”提交成绩；若学生在输入信息过程中，键盘输入有误，可按“取消键”，重新输入数字；并规定“确认键”只有在输入完4位数字信息后有效；当学生按“确认键”时，下位机将组装含有本节点数据ID号、学生学号、考核成绩、故障诊断信息和计算机设置的故障信息的CAN报文，然后将组装好的CAN报文通过CAN总线发送至CAN-USB网关，再由网关转发给计算机实时显示，教师通过计算机即可实现成绩汇总和分析，及时了解学生的考核结果和学习效果；同时下位机通过比较学生输入的故障诊断信息与计算机设置的故障信息，计算考核成绩并发送给数码管显示，以便学生及时获知自己 的考核成绩。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的计算机利用USB控制器CH372动态链接库DLL提供的面向功能应用的应用程序编程API接口函数实现与CAN-USB网关的数据传输；为保证计算机及时接收到下位机通过CAN总线发送来的数据，计算机采用了伪中断和多线程技术；所述的伪中断服务程序是由CH372驱动程序中断后通过DLL在应用层模拟调用的，能及时响应USB中断传输；所述的多线程则能实现多个任务的并行处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的计算机设置有控制界面，在该控制界面中可实时显示计算机发送和接收的CAN报文，其中传输方向为“发送”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的验收代码，“数据”中的第1字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；传输方向为“接受”的“帧ID”为对应下位机CAN节点的数据ID号，“数据”中的第1字节数据为学生的学号、第2字节数据为考核成绩、第3字节数据为学生的故障诊断信息：故障类型及故障点位置、第4字节数据为计算机设置的故障信息：故障类型及故障点位置；考核完成后，教师将以上信息保存为excel文件，进行考核成绩汇总与分析。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的CAN-USB网关包括USB接口电路、网关微控制器MCU和CAN接口电路，所述的USB接口电路采用USB 控制器CH372，所述的CAN接口电路由网关CAN控制器和网关CAN收发器组成；所述的网关微控制器MCU连接USB控制器和网关CAN控制器，用于CAN总线与USB总线的协议转换，实现计算机和下位机的互联通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的CAN-USB网关以中断方式接收计算机下传的USB报文和下位机CAN节点上传的CAN报文；网关微控制器MCU中的CAN报文接收缓冲区和USB报文接收缓冲区分别采用循环队列和数组的数据结构。
6.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的CAN-USB网关的工作流程如下：
1)对CAN控制器进行初始化,做好CAN的通信准备；
2)对USB控制器进行初始化，将USB控制器工作模式设置为内置固件模式，做好USB的通信准备；
3)设置MCU外部中断方式并开启中断，做好USB报文和CAN报文的接收准备；
4)主程序负责对USB和CAN报文的接收缓冲区进行监视，若某一路缓冲区非空，则向另一路转发：当监控到USB报文缓冲区非空时，将USB报文转换为CAN报文，调用网关的CAN发送子程序发送至下位机；当监控到CAN报文缓冲区非空时，调用USB上传子程序，将CAN报文发送至计算机。
7.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障 智能考核系统工作流程，其特征是：所述的下位机的工作流程如下：
a.进行下位机微控制器MCU最小系统上电自检；
b.对下位机的CAN控制器进行初始化，以确定CAN节点的验收滤波、总线波特率和输出特性参数，使CAN控制器做好CAN通信准备；
c.将MCU的定时器设置为10ms中断，用于定时扫描键盘；
d.下位机查询接收计算机的数据，若下位机没有收到计算机的数据，则下位机微控制器MCU控制数码管显示数字，表示故障考核未开始，键盘不允许读取；若下位机收到计算机的数据，则下位机微控制器MCU通过继电器对教学设备设置相应的线路故障，并通过数码管显示小数点，表示故障考核开始，键盘允许读取，学生可以通过键盘开始答题；
e.下位机微控制器MCU开启定时中断，每10ms产生一次定时中断；采用定时中断键盘扫描方式，可消除按键抖动，并防止按键连击现象，即1次按键只进行1次解释执行；在执行定时中断服务程序时，首先对定时器进行重新赋初值，以便产生下次定时中断；然后查询键盘允许读取标志，若键盘不允许读取，则按键无效，直接返回主程序；若键盘允许读取，则执行键盘扫描和按键解释执行任务。
8.根据权利要求1所述的一种基于CAN的汽车教学设备线路故障智能考核系统工作流程，其特征是：所述的下位机CAN节点，当遇到多个下位机同时向CAN总线上发送数据时，依靠CAN节点的数据ID号实现优先级竞争，数据ID号越小，数据的优先级越高，优先得到发送；待优先级高的数据发送完成后，优先级低的数据自动重发。
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