基于CAN总线技术的客车远程监测系统设计.pdf

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1、收稿日期：2011-10-09基金项目：国家科技支撑计划项目（2009BAG13A04）作者简介：刘成许(1980-）,男,沈阳农业大学硕士研究生,从事基于CAN总线的营运客运行状态数据采集设计与研究。*通讯作者Correspondingauthor:孙国凯(1963-),男,沈阳农业大学教授,从事地方电力系统及其自动化研究。基于 CAN 总线技术的客车远程监测系统设计刘成许1,孙国凯1*,刘应吉2,邵俊淋3（1.沈阳农业大学 信息与电气工程学院,沈阳110161;2.交通运输部公路科学研究所 汽运中心,北京100088;3.辽宁省电力有限公司东港分公司,辽宁东港118300）摘要：为保障营运

2、车辆安全运行，提高运营企业的管理水平，避免财产损失和灾难性事故的发生，本设计整合了MC9S12DG128B微控制器及DS-8104HM-M嵌入式车载录像机，采用CAN总线技术及3G无线通信技术等，开发了营运客车运行状态远程监测系统。通过系统研究和多次试验表明:该系统能实时采集并上传CAN总线信息和视频数据流,监控管理平台可实时监测到营车辆状态参数及车内影像，完成了预期的各项功能。关键词：GPS;嵌入式车载录像机;CAN总线;SAE J1939协议;MC9S12DG128B中图分类号：U495文献标识码：A文章编号：1000-1700（2012）01-0110-04Remote On-Line

3、Monitoring System for Bus by Integrating CAN-BUSTechniquesLIU Cheng-xu1,SUN Guo-kai1*,LIU Ying-ji2,SHAO Jun-lin3(1.College of Information and Electrical Engineering,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161,China;2.Center of Transport,ResearchInstitule of Highway,Ministry of Transport,Beijing

4、 100088,China;3.Dandong Power Supply Company Donggang Branch Liaoning Eletric CompanyLimitied,Dandong Liaoning 118300,China)Abstract：In order to ensure running vehicles secure operation,improve management level of operator and avoid pecuniary loss,the operating vehicle remote monitoring system which

5、 integrates the MC9S12DG128B microcontroller and DS-8104HM-Membedded Bus-carried camera,CAN-bus techniques and 3G wireless communication technology were used.The study of systemand multiple real vehicle experiment results indicated that this system could collect and upload real-time bus information

6、andvideo data stream.The supervision and management system could remote on-line monitor status variables and inside image ofrunning vehicles.This system is able to accomplish each function very well.Key words：GPS;embedded bus-carried camera;CAN;SAE J1939 protocol;MC9S12DG128BCAN总线和J1939协议技术在国外发达国家已经

7、相当成熟，在大客车、重型卡车及工程机械中得到广泛应用，目前CAN总线已成为世界范围内的重要总线之一，J1939已是全球汽车部件制造商支持的重要通信标准。在国内CAN总线和J1939技术总体起步较晚，仍处于试验阶段，有重要研究价值和应用前景。当今主流的车辆监控系统建设多是基于GIS、GPS和无线通讯技术，并且国内已有多个省市已经建成并开通运行了车辆监控系统。本研究采用CAN总线、J1939及H.164视频压缩等先进技术，开发的客车远程监测系统可有效地解决车辆监控管理系统存在的监控信息不全、功能不强、视频图像模糊及视频流畅度差等问题，营运客车远程监控系统的研究和开发，对提高车辆运行的安全性及经济效

8、益等具有重大意义。1客车远程监测系统硬件设计本研究设计的客车运行状态远程监测系统主要包括数据采集车载终端和车辆监控管理模块两个部分，该系统架构是由车载终端采集车辆状态数据及接收GPS数据，然后通过3G无线网络上传到中心服务器，监控客户端可通过中心服务器实时监控车辆安全运行状态。数据采集终端负责采集车辆的状态参数及视频信息如：最高车速、行驶里程、发动机转速、冷却液温度、制动气压、手刹、灯光总开关以及车辆经纬度等实时信息，这些数据经过处理封装后，通过3G无线网络传至监控中心服务器上。车辆监控管理模块，主要完成视音频信息、车沈阳农业大学学报，201202，43(1)：110-113Journal o

9、f Shenyang Agricultural University，201202，43(1)：110-113第1期图1 CAN模块硬件设计原理图Figure 1 CAN module hardware design principle diagram辆状态数据接收与解析，并实时显示指定车辆地理位置、视频及状态参数等信息，该模块还有监控报警功能，该功能是对接收到的车辆状态数据进行安全状态比对，如有异常则通过3G网络发送报警信号，数据采集终端会发出报警或警告信息提醒司机。1.1系统车载终端的硬件设计车载信息采集终端是该系统的核心部分，该车载终端由MC9S12DG128B芯片、GPS模块、DS-8

10、104HM-M嵌入式车载录像机等部分组成。MC9S12DG128主控制芯片里内嵌有CAN总线模块，该终端留出的CAN总线接口，将作为车辆CAN总线上的一个接点，挂接在车辆CAN总线上，主控芯片可实时的接收客车CAN总线上的所有数据，车载录像机实时采集车上的视频信息，终端最终将采集的CAN总线数据和视频数据，通过3G无线网络传输到监控中心服务器上。1.1.1MC9S12DG128B微控制器MC9S12DG128B单片机采用112(112-PINLQFP)脚,使用16位HCS12内核，拥有丰富的片内资源，具有128 KB Flash、8KB RAM、2KB EEPROM，核心运算频率50MHz，总

11、线频率可达32MHz。由于MC9S12DG128B内嵌有MSCAN、SPI、I2C、A/D转换及SCI等通信模块，减小了下位机硬件设计的工作量，节约系统设计时间和设计成本，可通过软件对CAN、GPS、GPRS模块编程实现本设计的功能。1.1.2GPS模块GPS模块采用北京翔星通信科技有限公司的M-87超小型GPS接收模块，采用MTK主芯片可同时接收32个卫星。M-87接口为串口TTL电平，GPS波特率为4800，数据位是8，奇偶校验无，停止位1，刷新频率1HZ，电源供电3.3-5V。M-87超小型GPS接收模块，可以满足车载终端小体积、低成本、开发周期短和兼容性强等设计要求，该模块主要用来采集

12、地理时间信息。1.1.3CAN模块由于MC9S12DG128B芯片内嵌了CAN控制器模块，因此只需要配CAN收发器用作DG128与外部总线的物理接口电路即可。本研究采用TJA1040作为CAN收发器，光电隔离器件采用HCPL2630，CAN总线模块硬件电路图如图1。1.1.4DS-8104HM-M嵌入式车载录像机DS-8104HM-M嵌入式网络录像机，采用DAVINCI处理器，H.264编码，支持EVDO、WCDMA、TD-SCDMA无线传输技术,具备本地录像存储、无线网络传输等多项功能。该设备具有体积小、功耗低，便于安装等特点。该录像机能完成视频监控功能，实时采集车内状况及前方道路路况等实时

13、视频信息，通过3G网络将这些数据发送到中心服务器上。1.2上位机硬件及软件组成监控中心服务器方面是使用IBM服务器(IBM LS42)，同时该服务器设计为视频监控所使用的流媒体转发服务器，远程监控系统客户端软件部署在便携电脑联想Thinkpad T410i上，使用Microsoft Access 2003储存车刘成许等：基于CAN总线技术的客车远程监测系统设计111第43卷沈阳农业大学学报图2数据库结构Figure 2 Database structure辆运行状态数据，公网使用北京电信通公司提供的10M光纤网络，基于ArcGIS Engine开发的车辆监控管理模块，利用NET和VB语言编写该

14、远程监测系统其他功能。1.2.1Access数据库Microsoft Access为档案型的关系型数据库，其用户接口简单、容易操作、兼容SQL结构化查询语言标准。数据库设计如图2。1.2.2地理信息系统支撑软件该设计选取美国ESRI公司开发的ArcGIS作为地理信息系统支撑软件，ArcGIS Engine是一个创建定制的GIS桌面应用程序的开发产品。使用ArcGISEngine可以创建独立界面版本的应用程序,或者对现有的应用程序进行扩展,为GIS和非GIS用户提供专门的空间解决方案。ArcGIS Engine提供了COM、.NET和C+的应用程序编程接口(API)。利用ArcGIS Engin

15、e开发的车辆监控管理模块，可接收由车载终端采集并转发的车辆实时运行状态数据，并可根据使用者需要在平台上实时显示指定车辆地理位置信息及状态参数等，同时设计可调用实时回传的视频显示窗口。2系统软件设计系统软件设计以任务流划分设计方法，主要包括两大部分，下位机车载终端数据采集任务和上位机数据处理任务。车载终端数据采集程序又包括：终端初始化任务、CAN总线报文解析任务、GPS数据接收处理任务、3G无线传输任务；上位机数据处理任务包括：数据接收与解析任务、客车状态数据的存贮与处理任务、行车地图显示任务等，系统设计任务流程图如图3。2.1终端初始化任务终端初始化主要包括MC9S12DG128B芯片初始化、

16、CAN模块初始化、GPS初始化等。初始化主要是完成，波特率设置、系统时钟设置和建立TCP连接等。2.2CAN总线报文解析程序图4为CAN总线接收程序流程，CAN总线报文解析程序主要是用来完成，CAN节点与CAN总线同步、按照SAE J1939报文格式提取CAN总线数据、按照协议封装总线数据等。本研究主要提取、制动压力、最高车速、行驶里程、发动机转速、冷却液温度、手刹等与车辆运行安全密切相关的状态数据。2.3GPS数据接收与处理GPS数据接收采用串口中断加扫描方式，根据设计需要，只提取$GPRMC日期、时间和经纬度数据即可满足设计要求。解析的数据如：DATE:11/08/03 TIME:20:3

17、4:41:N:3957.9321 E:11621.0134。2.43G无线传输任务采用电信天翼无线网卡，使用WCDMA无线传输技术，该3G无线网络传输模块内置于车载录像机内。车载录像机将采到的视频和音频信号，压缩生成复合的H.264码流，MC9S12DG128B采集到的CAN总线数据和GPS数据包，将通过SCI0口,采用RS232协议与车载录像机进行通信，然后通过3G无线传输模块，将以上数据发送到中心服务器上。112第1期图3车载终端任务流程Figure 3 Vehicle terminal working flow图4 CAN总线数据接收流程图Figure 4 Receiving CAN-b

18、us data flow chart3结论试验结果表明，本研究设计的车载终端能实时采集并上传该客车的模拟量、操作量及视音频数据，上位机客户端能实时地监测到该客车的运行状态、地里位置及车内影像，出色完成系统设计基本功能，达到系统预期设计效果。该系统能够完的各项功能，对预防交通事故及快速定位事故地点等具有较高应用价值。但系统的稳定性,还要在大量的试验中不断的完善和改进。参考文献：1陈飞.基于3G网络的无线视频监控终端D.济南:山东大学,2010.2纪建伟,陈立辉,刘应吉.基于CAN总线的发动机状态监测系统设计J.沈阳农业大学学报,2010,41(6):717-720.3孙同景,陈桂友.Freesc

19、ale 9S12十六位单片机原理及嵌入式开发技术M.北京:机械工业出版社,2008.4王宜怀,刘晓升.嵌入式系统使用HCS12微控制器的设计与应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2008.5白立岗,周超雄,等.基于3G网络和H.264标准的公交车无线视频监控系统研究J.交通工程,2009,4(52):179-180.6乌宽明.CAN总线原理和应用系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2003.7孟晓楠.SAE J1939协议分析和SmartJ1939系统设计与实现D.杭州:浙江大学,2006.8卫振林,王喜富.基于全球定位系统(GPS)的电动车辆实时监控系统设计J.中国安全科学学报,2006,16(4):137-139.9杨海滨,李彦明,何创新,等.工程机械无线数据传输终端研究J.微计算机信息,2008,24(29):12-13.责任编辑亓国刘成许等：基于CAN总线技术的客车远程监测系统设计113