（车辆工程专业论文）基于can总线的车载gps上位机综合管理系统的开发.pdf

一、k fj j 二j ( 一t 二。 ， ，kv， ad i s s e r t a t i o ni nv e h i c i ee n g i n e e r i n g t h er e s e a r c ho f i n t e g r a t e dm a n a g e m e n t s y s t e mo f v e h i c l eg p sb a s e do n c a n _ b u s b y h ux i s u p e i s o r ：p r o f e s s o rz h a n g t i a n x i a n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u l y2 0 0 8 ) l 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 历参 日期：枷、) 石 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 佣辱 。? 签字日期：川、7 、6 导师虢落匆促 签字日期：撕暑1 矿嘲墨1 【 夕一 ， ， 、。0少，譬矿 1_111 东北大学硕士学位论文摘要 基于c a n 总线的车载g p s 上位机 综合管理系统的开发 摘要 随着国内外汽车业的飞速发展，人类日常生活变得越来越便利，但随之而来的是 街道堵塞，交通事故频频发生。同时当汽车在生疏地带行驶时，特别是在难以看清道 路标志和周围景色的夜间行车时会迷失方向。为此，世界各国先后开发了各式各样的 汽车导航系统，来解决目前世界各大都市道路交通系统及高速公路的通病一有路行 不通”的问题，同时提高了车辆行驶的安全性及效率，有利于缓解车流量、平衡交通调 度及管制。 汽车导航系统是全球卫星定位技术( g p s ) 、电子地图、无线通信综合在一起的高科 技应用系统，是智能交通系统的重要组成部分。而c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e m o r k ) 总线 是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行局域网总线，也是目前国际上应用最为 广泛的现场总线之一。 本课题要实现的主要功能是将车载g p s 接收机接收的g p s 定位信号，通过c a n 总线传入上位机( p c ) 中，解读出其中的时间、经纬度、海拔等定位信息并实时显示 在界面上，同时将定位信息存入后台数据库，系统还将结合具有强大的地理信息查询 功能的电子地图，在屏幕上显示当前车位，驾驶员便可对所在位置一目了然，从而指 导其正确地驾驶汽车，安全、准确地到达目的地。论文首先介绍了本课题的研究背景 和意义，并对c a n 总线技术的发展和车载g p s 导航系统的研究现状进行了概括和总 结，在此基础上提出系统主要的开发内容。此外，论文还介绍了c a n 总线和g p s 导 航的基本原理以及数据库的相关理论，接着阐述了系统总体设计及各个功能模块的划 分和具体的实现细节。根据系统所要实现的功能，在程序设计上着重于p c 与c a n 总 线的通信和对g p s 信息的处理。最后对论文进行了总结归纳并提出进一步的展望。 采用主流的v c + + 作为系统的开发平台，结合后台a c c e s s 数据库，充分考虑到了 系统的扩展性和易复用性。经过反复测试，系统运行稳定，达到了预期的设计目标。 关键词：c a n 总线技术；g p s 导航；电子地图；实时显示 矿一 l = i j 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c h0 f i n t e g r a t e dm a n a g e m e n t s y s t e mo f v e h i c l eg p sb a s e do nc a n _ b u s a bs t r a c t w i mt l l er 印i dd e v e l o p m e n to fv e b j c l ei 1 1 d u s t 巧a th o m e 觚da b r o a d ，l i v e so fp e o p l ei s b e c o m i n gc o n v e i l i e n ti n c r e a l s i n g l y b mt l l es u b s e q u e n c ei st l l e 把a m cj 锄a 1 1 df k q u e n tc a r a c c i d e n t s m e a n 、v h j l e ，d r i v i n gi nt h eu 1 1 2 u c q u a i n t e da r e am a ye a s i l yl o s ed i r e c t i o n ，e s p e c i a l l ya t n i 曲tw h e nt h er o a ds i g n sa 1 1 dn e a r b ys c e n e 拶a r ed i m t h u s ，m a l l yc o u n t e si 1 1 t h ew o r l d h a v ed e v e l o p e dv 耐o u sv e l l i c l eg p st os o l v et h ec o 珊【i l o np r o b l e i n - - n ow a yt op 2 u s s ，- - t h a t i se x i s t i n gi nr o a dt r a m ca i l d1 1 i g h 、v a y sa tm e t r o p 0 1 i sa i l dc i t i e so ft h ew o r l d na l s oi m p r o v e s t h es a 佗t ya i l de 衢c i e n c yo f “v i n g ，i nf a v o ro fe a s em e 仃a m cf l o w ，b a l a i l c et h es c h e d u l ea n d c o n t r o lo ft h et l a m c v e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e mi sah i 曲- t e c h 印p l i c a t i o ns y s t e mw h i c hc o m b i n e sg l o b a l p o s i t i o l l i n gs y s t e mt e c h n i q u e s ，g e o 铲a p h yi n f o 眦a t i o ns y s t e mt e c l 1 i q u e sa n dw i r e i e s s c o m m u l l i c a t i o n i ti sa ni m p o r t a l l tp a no ft 1 1 ei i l t e l l i g e n tt a l l s p o n a t i o ns y s t 锄m e a n w h i l e ， c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) b u si s as e r i a lc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lw h i c he m c i e n t l y s u p p o r t sd i s t r i b u t e dr e a l t i m ec o n 缸o l 谢mav e 眵h i 曲l e v e lo fs e c u r i 劬a i l di t i sa l s oo n eo f t h em o s tp o p u l a rb u s e sn o w a d a y s t 1 1 e 研m a 巧缸1 c t i o no f 仕1 es y s t e mi s ：i tr e c e i v e st l l eg p sp o s i t i o m n gs i g m l s 谢t hg p s r e c e i v e r so ft h em o b i l ev e l l i c l e ，p u t sn l eg p ss i g n a l si n t ot h ec o m p u t e rt h r o u 曲c a n - b u s ， a n a l y s e st h ev e h i c l ec 眦e mp o s i t i o ni 0 r m a t i o ns u c ha st i m e ，l o n g i t u d e ，l a t i t u d ee t c a i l d d i s p l a yt 1 1 e m 叩t 1 1 ei n t e r f k ea tr e m t i m e ，m e a n w m l e ，s t o r e sm ei i l f o m l a t i o ni n t ot l l ed a t a b a s e b a c k w u d ，b e s i d e st h a t ，t h es y s t e mc o m b i n e s 晰t ht l l ee l e c t r o l l i 6n a v i g a t i o nm a pw i l i c hh a s i n q u i 巧劬c t i o n ，i t 诹l ld i s p l a y 也ep o s i t i o no fm o b i l ev e l l i c l ed y n 锄i c a l l y ，s oa st om a k e 嘶v e r sl ( | 1 0 w 廿l ee x a c tp o s i t i o na n dh e l pt l l e mt o “v er i 曲t l ya 1 1 d 枷v ea tt h ec o 玎e c t d e s t i n a t i o nw i t hs a f e t ) ，f i r s t l y ，t 1 1 en l e s i si 蛐r o d u c e sm eb a c k g r o u l l da n d 让屺s i g l l i f i c a i l c eo f t h ep r o j e c t ，s 眦吼a r i z e st h ec a n b u st e c l l l l o l o g ya n dt h ed e v e l o p m e ms t a t ：u so ft h ev e l l i c l e g p s o nm eb a s i so ft h es u m - u pm e n t i o n e da b o v em em a i nc o n t e n to ft h es y s t e mi sb r o u 曲t u p 1 1 1 ep m c i p l e so fc a n - b u s 觚dg p s a sw e l la s 恤t l l e o 巧o fd 妣a s ea r e2 l l s oi n t r o d u c e d b e s i d e s ，t h et l l e s i sd i s c u s s e st h ed e s i g m n gc o n c e p t i o no ft l l ew h o l es y s t e ma n dd i v i s i o no f e a c hf u n c t i o nm o d u l e f u r t h e 肌o r e ，m ef i n a ld e s i 窖面n gp l a ni sd e s c r i b e di nd e t a i l t br e a l i z e t l l e s y s t e m ，t h en l e s i s1 a y se m p h a s i so n 似op a n s ：t 1 1 ec o n u l l 砌c a t i o nb e 觚e e np ca n d c a n b u sa n dm ep r o c e s so fg p si n f o 1 1 1t h ee n d ，d r a wt 1 1 ec o n c l u s i o na 1 1 dm a k ea 觚h e r v i e w t ku s i n go fm ep o p u l a rv c + + a st h ed e v e l o p i n gp l a t f o 姗，c o m b i n e dw i ma c c e s s j ：一 d a t a b a s eb a c k 眦d ，f o r 如l l yc o n s i d e r i n g 廿1 ee x c e l l e n te x p a n s i b i l 埘a n dr e u s a b i l i t yo ft l l e s y s t e m t h es y s t e mr u n ss m o o t h l yt h r o u g l lt e s t i n ga n dr e a c h e sm ep u 印o s eo ft h ed e s i 弘 k e yw o r d s ：c a n - b u st e c l l i l o l o g y ；g p s ；e l e c 仃o n i cm 印；r e a l t i m ed i s p l a y i v 目 录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s 缸a c t 第1 章绪论1 1 1 课题提出的背景和研究的意义1 1 2c a n 总线技术的发展现状2 1 2 1c a n 总线技术在国外的发展现状2 1 2 2c a n 总线技术在国内的发展现状3 1 3 车载g p s 导航定位系统的发展现状4 1 3 1 车载g p s 在国外的发展现状4 1 3 2 车载g p s 在国内的发展现状5 1 4 本课题研究的内容6 第2 章c a n 总线协议及原理7 2 1c a n 总线简介7 2 1c a n 总线的基本原理8 2 2 1c a n 通信模型和协议8 2 2 2 网络结构及应用9 2 2 3 报文传输1 0 2 3c a n 总线的特点1 8 2 4s a ej 1 3 9 3 协议1 9 第3 章车载g p s 导航系统2 1 3 1g p s 导航系统简介2 1 3 2g p s 的组成和原理2 1 3 2 1g p s 系统的组成2 1 3 2 2g p s 系统的特点2 4 v 型查塑丝型墨一一一 里垂i。_ _ - - _ - - _ - _ - _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ - _ - - _ - _ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ - - - _ _ - - - 。_ - _ _ - _ _ - _ _ _ 1 - _ _ - _ _ ，一一 1 、 1 3 2 3g p s 定位的简单原理2 6 3 2 4g p s 常用术语2 6 3 3 车载g p s 及电子地图2 7 3 3 1 组成2 8 3 3 2 定位功能2 9 3 3 3 电子地图3 0 第4 章后台数据库设计3 3 4 1a c c e s s 数据库3 3 4 1 1 简介3 3 4 1 2 a c c e s s 的优点3 3 4 1 3a c c e s s 数据库对象3 4 4 2 关系型数据库3 5 4 2 1 关系型数据库介绍3 5 4 2 2 a c c e s s 与关系型数据库3 5 4 2 3 三层c s 结构3 6 4 2 4 结构化查询语言s q l 3 8 4 3a d 0 技术3 9 4 3 1a d 0 简介3 9 4 3 2a d o 对象模型4 0 4 3 3 使用a d o 访问数据库4 2 4 4 后台数据库的搭建4 2 4 4 1 数据表设计4 2 4 4 2 数据库操作接口封装4 3 第5 章系统总体设计4 9 v i 的 如 铉 弱 鼹 - 一块块 一 一 一模模块 一 计收理模块设接处库模体据据据示 总数数数显 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 一 东北大学硕士学位论文 目 录 第6 章总结与展望6 1 6 1 主要结论：6 1 6 2 工作展望6 1 参考文献6 3 致谢6 7 v i i - d t ， k。 j- 丧 笫1 章绪论 近年来，汽车技术迅速发展，汽车的结构发生了革命性变化，但这些发展与变化几 乎无一不是应用电子技术，特别是应用电子控制技术的结果。电子控制技术在汽车上的 广泛应用，适应了r 趋严格的汽车节能、排放和安全等的法规要求，满足人们对于汽车 的动力性、经济性、安全性、舒适性、可靠性和便利性的追求，并且使汽车排气对环境 的污染从根本上得到控制。电子控制技术在汽车上首先应用于发动机燃油消耗控制，在 降低燃油消耗、减少排气污染、提高动力输出等方面取得了显著的进步。接着又被应用 于底盘的传动、转向、制动、悬架等控制，以提高行驶的稳定性、安全性与舒适性等。 随着交通运输向高密度发展，电子控制技术又进一步应用于汽车车身的安全气囊、巡航、 防盗和导航等方面，进一步提高行驶的安全性和乘坐舒适性。因此，汽车的电子化程度 已成为反映一个国家汽车技术发展水平的重要标志l l j 。 汽车导航系统是一种先进的仪器，加置于现有的音响系统上，能够侦测汽车在行驶 途中的现在位置，协助驾驶者在陌生的道路环境中，通过电子地图与话音指南，准确地 掌握前往目的地的路线。导航系统之所以能够侦测到汽车的现在位置，有赖于全球定位 系统( g p s ) 卫星与汽车上专用天线的配合【3 】。然而，假如汽车处于隧道之内，天线便 无法接收从卫星传送的电波，而需要采用传感器与车速脉冲两者结合的方法，修正汽车 的现在位置。此外，驾驶者可以利用放大或缩小比例的功能，简易地将地图拉近或拉远， 以更细微或更宏观的角度来审视目前的所在地。 随着科学技术的发展，汽车导航系统发展很快。最早的汽车导航系统只具有简单的 “示向”系统，它只能显示汽车航行的方向及到达目的地的距离，无任何“导向功能， 目前已发展到比较先进的具有汽车导航功能、防盗功能、调度功能、汽车主要工况的监 测报警等功能的综合系统。 控制器局域网( c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ) 是一种有效支持分布式控制或实时控制的 串行通信网络。这种网络属于现场总线的范畴，与现场总线( f i e l db u s ) 相似，有时也 称c a nb u s ( c a n 总线) 。由于c a n 能适用的通信速率可高达l m b p s 的高速网络，又 能适用于低成本的多线路网络，因此可以廉价地在交通运载工具电气系统中使用。最初 c a n 被设计作为汽车环境中的微控制器通信，在车载各电子控制装置( e c u ) 之间交 换信息，形成汽车电子控制网络。比如发动机管理系统、变速箱控制器、仪表装备、电 1 东北大学硕士学位论文 第1 章绪论 子主干系统中均嵌入c a n 控制装置。今天，几乎每一辆在欧洲生产的新轿车都至少配 备一个c a n 网络系统。c a n 也应用在从火车到轮船等其他类型的运输工具上以及工业 控制方面，从而使得c a n 总线成为国际上应用最为广泛的现场总线之一【2 1 。 1 2c a n 总线技术的发展现状 1 2 1c a n 总线技术在国外的发展现状 c a n 最初出现在2 0 世纪8 0 年代末的汽车工业中，由德国b o s c h 公司最先提出。 当时由于消费者对于汽车功能的要求越来越多，而这些功能的实现大多是基于电子操作 的，这就使得电子装置之间的通信越来越复杂，同时意味着需要更多的连接信号线。提 出c a n 总线的最初动机就是为了解决现代汽车中庞大的电子控制装置之间的通信，减 少不断增加的信号线，于是他们设计了一个单一的网络总线，所有的外围器件可以被挂 接在该总线上。1 9 9 3 年，c a n 已成为国际标准i s 0 1 1 8 9 8 ( 高速应用) 和i s 0 1 1 5 1 9 ( 低 速应用) l 引。 1 9 8 9 年，i n t e l 公司率先开发出c a n 总线协议控制器芯片，到目前为止，世界上已 经拥有2 0 多家c a n 总线控制器芯片生产商，l1 0 多种c a n 总线协议控制器芯片和集 成c a n 总线协议控制器的微处理器芯片。在北美和西欧，c a n 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c a n 为底层协议专 为大型货车和重工机械车辆设计的儿9 3 9 协议。 自从2 0 世纪9 0 年代中期，i n f i n e o n ( 原先的西门子半导体) 公司和摩托罗拉公司 出售了大量的c a n 控制器给欧洲客车制造厂商和他们的供应者。接下来的一个浪潮是 自2 0 世纪9 0 年代后期，远东半导体销售商也提供c a n 控制器。从1 9 9 2 年丌始， m e r c e d e s b e n z 在他们的高级客车中使用c a n 。其他汽车制造厂商也学习同行的范例， 现在一般在他们的客车中也运行两套c a n 网络。继v 0 l v o 、s a a b 、v o l k s w a g e n 和b m w 之后，现在r e n a u l t 和f i a t 公司也在他们的车辆产品中使用c a n 。 c a n 总线是一种串行多主站控制器局域网总线，其通信介质可以是双绞线、同轴 电缆或光导纤维，基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出 产生的任何错误。当信号传输距离达到1 0 k m 时，c a n 仍可提供高达5 0 k b s 的数据传 输速率。由于c a n 总线具有很高的实时性能，因此c a n 已经在汽车工业、航空工业、 工业控制、安全防护等领域中得到了广泛的应用【l n 。 目前，在国外汽车总线技术已经基本形成了统一的标准，硬件接口也已统一，芯片 2 二 1jj一，d 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 也已定型、量产，汽车总线技术渐进成熟，基于c a n 总线的数掘通信与网络技术在汽 车行业有着良好的应用前景。 1 2 2c a n 总线技术在国内的发展现状 上世纪9 0 年代初，总线技术丌始在汽车中应用。如今该项技术已经成为现代汽车 的标准技术，几乎所有的车都开始采用c a n l i n 总线。总线零部件也成为发展的主流。 对于我国来说，由于国内汽车制造和零部件的发展水平不平衡。虽然合资品牌和自 主品牌的量产车大都采用了c a n ，l i n ，但由于国内零部件配套体系在电器零部件，特 别是在智能零部件上的弱势，国内真j 下自主研发的具有总线接口的零部件在量产车中 ( 年产量超过1 万辆以上的) 几乎没有。 目前在大批量生产汽车中，具有c a n l 烈总线的零部件几乎都是国外研发的，它 们中一部分是国外生产的，一部分是由国内合资或外资企业生产。但部分小批量生产汽 车，如北京市场上达到国i i i 标准的扫雪车、公共汽车等，它们带有c a n l i n 功能的仪 表、车灯控制、车门控制等技术，这些都是国内自主研发和生产的【。7 1 。 我国的汽车c a n 总线技术起步较晚，但随着现代汽车电子的不断发展，其研究和 应用正如火如荼的进行。从单一技术来说，通过几年的发展，国内与国际先进水平差距 正在缩小。但从产量角度来说，由于国内在汽车电器、特别是在智能化零部件领域离国 际先进水平相差太大，因此总线发展必然受其影响，总线应用概念、产品定义、研发、 测试、认证、生产和维护方面都还处于起步阶段。具体来说，在总线的概念认识方面， 很多企业还没有上升到平台和电气标准的层次，仍停留在节约电线和增加功能上。在产 品定义方面，总线必须与零部件融为一体，与传统零部件协同作战。但国内由于电气零 部件、智能零部件的研发水平与国际先进国家相差太远，总线在国内发展缺乏智能零部 件的基础，迫使总线与零部件研发相分离。即使总线产品研发出来，但优势不明显，主 机厂不接受，就谈不上产业化。 c a n 总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线已在许多先进汽车上得到应用，各 汽车计算机控制单元能够通过c a n 总线共享所有信息和资源，达到简化布线、减少传 感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本。目前，国外有 关c a n 总线技术的研究已越来越成熟，而国内在这方面的应用研究起步较晚，但是市 场潜力很大，许多汽车电子厂商都在开发c a n 总线系统，各个产品正在陆续推出。就 国内而言，汽车总线更是一项朝阳产业，车上网络协议、支持网络功能的车用嵌入式软 件等领域是提高我国汽车技术水平的一个楔入点，相信总线系统的普及应用己为期不 一3 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 压。 1 3 车载g p s 导航定位系统的发展现状 1 3 1 车载g p s 在国外的发展现状 进入2 0 世纪以后，随着人类科学技术水平的提高和各种探险活动的同益频繁，人 们对导航定位技术的需求范围更广、要求也更高了。目前，以g p s 为代表的卫星导航 应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。随着技术的进步、应用需求的增加，。 g p s 以全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点及其所独具的定位导航、授时校频、 精密测量等多方面的强大功能，己涉足众多的应用领域，使g p s 成为继蜂窝移动通信 和互联网之后的全球第三个i t 经济新增长点i l 引。 汽车导航系统2 0 世纪8 0 年代术丌始研制，2 0 世纪9 0 年代开始应用，发展异常迅 猛。据统计截至1 9 9 8 年世界g p s 导航系统销量达到1 0 0 万套，在轿车上普及很快。目 前不论是汽车导航系统或是g p s 的通信应用产品，主要的区域市场都是在日、德、美、 韩等少数几个国家。日本是应用汽车导航技术最早的国家之一，2 0 世纪8 0 年代木为市 场推广阶段，至今其导航系统已成为高级轿车的标准件、中级轿车的选装件。以汽车导 航系统为例，由于电子地图与消费电子技术的高速发展，再加上智能型运输系统的成熟， 使得日本成为目前全球汽车导航系统普及率与市场值最高的国家。2 0 0 0 年日本已有1 6 0 万部汽车采用g p s 导航系统，销售值约为6 7 0 万美元，占全球市场的7 7 9 。由于具 有巨大的市场潜力和不可估量的发展前景，同本几乎所有的汽车生产厂家都参加了这一 高科技角逐，仅近几年投入市场的新系统就有3 0 多个，例如同本的宏达、尼桑、本田、 马自达、三菱以及松下、先锋、阿尔派、健伍等公司都已开发出自己的车载导航产品。 德国在普及汽车g p s 导航系统方面居领先地位。1 9 9 5 年起奔驰s 级轿车已全部装 备导航系统。目前，德国己大批量生产光盘交通地图，其中包括4 5 万公旱的道路、2 0 0 多个大中城市和5 2 万个乡镇的地图，并标有2 0 万条街道的名称，为德国普及g p s 导 航系统创造了良好的条件。在美国，多数轿车上都装备了g p s 装置。美国加利福尼亚 的阿梅贡公司采用语音识别技术开发出的导航系统可实现驾驶员与汽车的对话，只要驾 驶员讲出想要去的街道或地点标志的一个字，该系统便会用声音报出可能要去的目的 地，供驾驶员选择，经确认后，便会告之丌车到目的地的方向、路线、距离和估计所需 的时间。美国还研制成功了自动定位系统，即使汽车处于桥梁下、隧道中或停车场等隐 蔽处时也能确定汽车位置。 4 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 韩国双龙信息通讯公司研制成功分体式全方位汽车g p s 导航系统。它将普及g p s 导航系统的定位装置和监视器分离，监视器为3 0 m m 超薄型液晶显示器，并增设了能减 少定位和测量距离误差的传感器，既能准确地接受卫星定位信号，又可减少占用驾驶室 的空间，使汽车导航装置更加实用便利。 目前车载导航系统的功能正在飞速提高。除了立体显示信息、通过硬盘驱动进行高 速信息检索这些导航仪的基本功能外，接入因特网、与手机的连接等功能也越来越趋向 大众化。下代导航仪将被赋予车载l a n 以及音响、空调等的控制功能，担负起c i s ( c a ri n f o m l a t i o ns y s t e m 车载信息系统) 中心的重任【2 2 】。 1 3 2 车载g p s 在国内的发展现状 g p s 卫星导航定位技术于上世纪8 0 年代术引入中国，目前主要在大地测量( 测绘、 勘探) 、海上渔业和车辆定位监控等领域得到了比较广泛的应用。我国的g p s 应用发展 势头迅猛，短短几年，g p s 在我国的应用已从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个 民用领域，g p s 的广泛应用改变了人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大的经 济效益，具有广阔的应用前景。中科院与北京易可达技术丌发公司共同研制成功g p s 导 航系统。该系统能随时将汽车的位置准确无误地显示在电子地图上。电子地图储存有全 国各大城市的主要道路交通图、全国的公路网及其沿线村以上的地名，并可查询周边地 区的交通信息，覆盖范围达3 0 0 平方公里，该系统还具有新路录入功能，使用户经常拥 有最新的道路交通图。目前该系统已投入批量生产，年产量可达1 5 万套【2 引。 但纵观国内g p s 市场，国内车辆调度系统所使用的g p s 核心定位产品主要来源于 美国、日本、韩国和台湾等地，目前国内鲜有人开发核心定位产品，基本都是在这些核 心产品上进行二次开发，生产车载终端、自导航和手持定位仪等产品。从系统的技术水 平与产品的质量和成熟程度来说，我国g p s 车载市场还处在发展初期，g p s 车载系统 以后装市场为主。车载导航系统不如车辆跟踪系统市场成熟，实时交通信息发布和完善 的导航电子地图的提供与更新机制，均缺乏实际的解决方案和途径。目前在运钞车、急 救车、危险品及贵重物品运输车等特种车辆领域，车载g p s 被广泛应用。中国加入w t o 后，汽车市场需求更加旺盛。车载导航系统可以为私人汽车车主提供丰富的增值服务。 如果中国轿车的1 0 装上导航系统，就会有数亿的利润。但是在国内，车辆导航产品的 市场才刚刚启动，谁能尽早将产品推向市场，谁就越有可能占领市场的先机。与其它产 品不一样，由于各个国家在道路状况、地图等方面的情况各不相同，所以在开发产品时， 各国都是根据本国的实际情况，开发适于本国使用的产品，即产品不通用。目前国内已 5 东北大学硕士学位论文第1 章绪论 有部分厂商和研究单位推出了一些车载导航定位系统，但要么由于技术简单，定位精度 不够，要么由于成本昂贵，不能为一般用户所承受，因而不能在实际车载系统中得到广 泛的应用。要将这种系统实用化，则必须在提高精度的同时大幅度降低成本。未来当 g p s 性价比进一步提高时，g p s 车载系统将有着较为广阔的应用前景。随着完整g p s 产品的价格下降，外接的g p s 模块将会逐渐淡出市场。未来五年内，车载g p s 产品将 主要以后装导航系统为主，手机型g p s 将会在未来占有整个市场的较大份额。软件方 面，导航软件和地图将会越来越完善，可以满足大多数用户的需要。导航软件厂商之间 激烈的竞争也将会上演。 ， 从现阶段而言，消费需求不强烈、缺乏行业标准、产品价格过高以及地图制作和更 新成本成为制约我国车载g p s 消费市场的四大因素。因此，技术革新、市场化运作、 降低投资成本成为目前国内g p s 厂商需要解决的首要问题。要让g p s 不再尴尬、不再 曲高和寡，就需要g p s 厂商从用户角度出发，切身思考其实际需求，冷静地看待g p s 的形象作用，促进g p s 市场的健康发展。从另一方面来看，汽车导航产品需要强大的 地理信息数据的支持，而地理信息数据服务在国际上普遍是本地化经营的，这就成为国 外导航产品进入国内市场的一个瓶颈，如果国外产品要进入国内市场，也必须和本地的 信息服务提供商进行合作。简言之，汽车导航系统在我国有着非常好的市场前景，车载 g p s 的发展可以促进中国地理信息数据产业及相关产业的进步，车载导航系统在当今中 国有着千载难逢的发展机遇。 1 4 本课题研究的内容 本课题的目标是设计开发一个较完整的车载g p s 上位机综合管理系统，它是一个 c a n 总线智能节点的上位机部分，它的功能是通过c a n 总线接收g p s 接收机发送的 数据，经后台处理后显示出来，并结合电子地图，给用户提供舒适友好的人机交互界面 和快速方便的信息。 ( 1 ) 系统以主流的v c + + 作为开发平台，使用a c c e s s 做后台数据库；， ( 2 ) 数据接收模块主要是对c a n 的初始化、通信，完成对数据的接收； ( 3 ) 数据处理模块主要是对接收来的g p s 数据进行有用信息的提取，将杂乱的代 码转换为清晰的文字显示出来，方便人们理解，同时可以对信息进行存储和查询； ( 4 ) 结合电子地图显示当前车位，简单明了。 6 东北大学硕士学位论文第2 章c a n 总线协议及原理 第2 章c a n 总线协议及原理 汽车网络真f 在车上应用始于2 0 世纪8 0 年代。在9 0 年代，车身网络和连接一些 电控单元的控制网络，包括故障诊断系统，在不同车型上丌始广泛应用。应用最广泛、 支撑技术和元器件最丰富的标准是c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 【2 5 】。 c a n 的应用领域包括车辆系统、交通控制系统、移动机械、工业仪器仪表、建筑 自动化系统以及嵌入式网络等。现在欧洲几乎所有的轿车都使用了基于c a n 的系统； 欧洲以外的大汽车厂家也广泛使用c a n ，其中包括通用公司和福特公司。在c a n 出现 后有很多控制总线或局域网以c a n 为基础或为其底层协议。 2 1c a n 总线简介 c a n ( c o n t r o l l e r a r e an e t w o r k ) 总线是现场总线的一种，称为控制器局域网现场总 线，它使用构架丌放、广播式的新一代网络通信协议。c a n 总线是2 0 世纪8 0 年代初 德国b o s c h 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而丌发的一种 串行数据通信协议，它是一种多主总线系统，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导 纤维。c a n 在汽车内部电气总线系统中占有市场的绝对优势地位。 1 9 9 1 年9 月p h i l i p ss e m i c o n d u c t o r s 制订并发布了c a n 技术规范 ( v e r s i o l l 2 0 ) 。该技术规范包括a 、b 两部分。v 2 0 a 给出了曾在c a n 技术规范本v 1 2 中定义的c a n 报文格式，而v 2 o b 给出了标准和扩展的两种报文格式。1 9 9 3 年1 1 月 i s o 正式颁布了道路交通运载工具一数字信息交换一高速通信控制器局部网( c a n ) 国 际标准i s 0 11 8 9 8 。c a n 的标准化和它的技术优势使其在工业电子集成应用的相关领域 得到了广泛的应用。c a n 总线作为数字式串行通信技术，与其他同类总线技术相比， 在可靠性、实时性和灵活性方面具有独特的技术优势【l9 1 。 c a n 协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，取而代之的是对通信数据 块进行编码。采用这种方法的优点是可以使网络内的节点个数在理论上不受限制，c a n 上的节点数主要取决于总线驱动电路，目前可达1 1 0 个；报文标识符可达2 0 3 2 种 ( c a n 2 o a ) ，而c a n 2 o b 的报文标识符几乎不受限制。c a n 报文中的数据段长度最 多为8 个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同 时，8 个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。c a n 节点中均设有错 误检测、标定和自检等检错和纠错措施，保证了数据通信的可靠性。 查些大学硕士学位论文第2 章c a n 总线协议及原理 - c a n 总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以 及广播通信的特点。c a n 总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送 信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。c a n 网络上的节点信息分成不 同的优先级，可满足不同级别的实时要求。另外，c a n 节点在错误严重的情况下具有 自动关闭输出的功能，以使总线上其他节点的操作不受影响【1 5 】。 2 2c a n 总线的基本原理 2 2 1c a n 通信模型和协议 c a n 总线遵从i s o o s i 网络标准模型，但只采用了o s i 参考模型全部七层中的两 层，即物理层和数据链路层。其中，物理层又分为物理层信号( p l s ，p h y s i c a ll a v e r s i g n a l ) 、物理媒体连接( p m a ，p h y s i c a lm e d i u ma t t a c h m e n t ) 与介质从属接口( m d i ， m e d i ad e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 三部分，完成电气连接、定时、同步、位编码解码等功能； 数据链路层分为逻辑链路控制( l l c ) 子层与媒体访问控制( m a c ) 子层两部分。其中， l l c 子层为数据传递和远程数据请求提供服务，完成超载通知、恢复管理等功能；m a c 子层是c a n 协议的核心，它的功能主要是控制帧结构、执行仲裁、错误检验、出错标 定和故障界定1 2 6 j 。 c a n 的i s o o s i 参考模型的层结构如图2 1 所示： 1 s 。幻s 1 参考模式 数据链路层 逻辑链路控制子层 监督器 验收滤波 应用层过载通知 。 表示层媒体访问控制子层 刈 数据打包、解包 一i4 由e 垂日a 占 会话层帧编码( 填充、消除填充) 7 i 畎陴，r 庀 一 尹 总线故障 媒体访问管理 么