基于CAN和GPRS的无线车载数据传输系统的研究与开发

论文摘要

随着汽车电子技术和网络通信技术的发展,以及社会对汽车安全、排放、可靠性和成本需求的增长,汽车通讯技术也在飞速发展,其中有两方面的内容是重点:（1）连接汽车内分布电子设备的内部网络;（2）使用无线网络实现移动汽车与其它车辆或外部通讯系统间双向通讯的外部网络。从目前技术水平看,CAN网络和GPRS无线网络能分别满足这两方面的需求。从车载数据传输系统的整体考虑,汽车网络的内部通讯以及内部网与外部网之间的通讯成为关键,这也是本论文研究的主要内容。本文对传输系统进行了总体设计与分析,并从汽车内部网的组建、GPRS无线通信的实现、Internet远程监控服务器端的设计这三个方面对车载数据传输系统进行了研究与开发。首先,从硬件和软件两方面组建了汽车内部网络,制作了CAN网络节点的硬件、编写了硬件驱动,开发了符合SAE J1939汽车内部网络标准的基本协议栈,包括协议栈消息接收模块、消息发送模块和定时器模块。其次,实现了GPRS无线通信,包括制作CAN/GPRS无线网关硬件、在网关上移植ARM-Linux操作系统、编写操作系统驱动和实现GPRS无线接入互联网,通过转换汽车应用层协议与UDP或TCP协议来进行无线车载数据的传输并编写监听无线通信异常的心跳程序。再次,在远程服务器端用分布式架构架设监控服务器和数据库服务器,采用ARM-Linux Socket和Windows Socket实现车载终端与服务器端的多线程无线通信,运用存储过程编写数据库服务器软件,并使用ADO技术实现分布式数据库操作。最后,对CAN网络平台的汽车网络进行通信测试,对网关进行GPRS无线通信测试,并将所组建的汽车内部网、设计的协议栈、制作的CAN/GPRS无线网关和服务器进行系统集成并测试。实验结果表明所设计和开发的通信系统能满足车载数据传输的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展状况
• 1.3 课题来源和研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 技术背景及总体设计
• 2.1 控制局域网CAN
• 2.2 通用分组无线业务GPRS
• 2.3 系统原理
• 2.4 系统设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车内部网的组建
• 3.1 汽车内部网络拓扑结构
• 3.2 CAN节点模块的硬件设计
• 3.3 CAN节点模块的软件设计
• 3.3.1 SPI底层驱动程序的编写
• 3.3.2 CAN底层驱动程序的编写
• 3.4 SAE J1939汽车应用层协议栈设计与协议栈代码编制
• 3.4.1 SAE J1939汽车内部网络标准
• 3.4.2 SAE J1939协议栈消息接收模块
• 3.4.3 SAE J1939协议栈消息发送模块
• 3.4.4 SAE J1939协议栈定时器模块
• 3.5 本章小结
• 第四章 GPRS无线通信的实现
• 4.1 CAN/GPRS无线网关的硬件设计
• 4.2 CAN/GPRS无线网关的软件设计
• 4.2.1 系统移植
• 4.2.1.1 Bootloader的移植
• 4.2.1.2 ARM-Linux操作系统的移植
• 4.2.1.3 根文件系统的制作
• 4.2.2 ARM-Linux下驱动程序的编写
• 4.2.2.1 SPI底层驱动程序的编写
• 4.2.2.2 CAN底层驱动程序的编写
• 4.2.2.3 串口驱动程序的修改及加载
• 4.2.3 ARM-Linux下GPRS联网的实现
• 4.2.4 汽车应用层协议与UDP或TCP协议转换的实现
• 4.2.5 心跳程序的实现
• 4.3 本章小结
• 第五章 Internet远程监控服务器端的设计
• 5.1 远程监控服务器端的搭建
• 5.2 远程监控服务器的软件设计
• 5.2.1 ARM-Linux Socket与Windows Socket间的多线程通信
• 5.2.2 使用ADO技术实现分布式数据库操作
• 5.2.3 监控软件的编写
• 5.3 数据库服务器的软件设计
• 5.3.1 存储过程的编写
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统集成与测试
• 6.1 汽车CAN网络平台通信测试
• 6.2 GPRS无线通信测试
• 6.3 汽车内部网、协议栈、无线网关与服务器系统集成及测试
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果