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来源：虹科案例 | 从设备连接到精准监控：虹科温度采集模块技术精讲 原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/ex6rI9Vr334x0R-jY7rKhw 欢迎关注虹科，为您提供最新资讯！ #PCAN #温度数据采集 #CAN FD 导读 在精密工程和智能监控的前沿，温度监测已成为确保设备性能和安全不可或缺的一环。虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块以其卓越的性能和灵活性，成为实现高精度实时温度监测的理想选择。本文将深入探讨如何利用该模块进行高效的温度数据采集与分析，以提升监测效率和数据准确性。 虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块 功能概述 虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块是 高性能的多通道温度测量设备 ，支持CAN/CAN FD总线接口，确保了与计算机系统或其他设备的兼容性。该系列模块支持多种热电偶类型，如 K型、J型、T型 等，为不同应用场景提供了广泛的选择。 虹科MU-Thermocouple CAN模块 接下来，我们将以虹科MU-Thermocouple CAN模块为例，深入这一设备的实际应用案例，从软件配置的直观操作到硬件接线的精确布局，再到数据分析的深度挖掘，每个步骤都经过精心设计，确保您能够轻松掌握实时监测的每一个细节。 系统配置与连接 01 启动配置软件 首先，启动虹科Thermocouple Configuration软件，这是我们配置虹科MU-Thermocouple CAN模块的第一步。 02 连接设备 使用虹科PCAN USB适配器将计算机与虹科MU-Thermocouple CAN模块的CAN端口相连。 确保在CAN总线上正确并联了至少一个120欧姆的终端电阻 ，以保证通信的稳定性。如果可能， 推荐并联两个电阻以获得最佳性能 。 03 配置向导 连接完成后，再次打开虹科Thermocouple Configuration软件，跟随向导中的步骤，点击“Next”逐步完成配置过程。 硬件接线与电源设置 04 参照接线图 请参照下方所示的接线图，以确保您对设备的连接方式有一个直观且清晰的认识。 05 电源与接口连接 正确连接虹科MU-Thermocouple CAN模块的电源，确保将电源的正负极分别连接到模块的相应端口。 在模块的1A接口接入热电偶 ，这将作为温度数据的输入源。 使用DB9接口 将虹科MU-Thermocouple CAN模块通过CAN总线与PC端的虹科PCAN USB适配器相连。这一步骤构成了数据收发的完整通道，是实现实时温度监测的关键。 06 检查连接 完成所有连接后，仔细检查接线是否正确无误，确保没有松动或错误的连接，这将影响到模块的性能和数据的准确性。 数据分析与实时监测 07 深入数据分析 在虹科PPCAN-Editor 2软件中，我们进行了细致的配置，以确保数据的准确捕获与分析。通过软件界面，我们可以清晰地查看到 CAN报文ID 0x100h，对应通道1A-2B，报文的发送周期设定为300ms ，保证了数据的实时更新。 对于 信号Temperature 1A，设置为16位的长度 ，以获取高精度的温度读数。此外，通过将 scale设置为1，offset设置为0 ，确保了数据的原始性和准确性，最大程度上避免可能的误差。 08 实时效果监测 在虹科 PCAN-View 或 PCAN-Explorer 6 软件中，我们将展示实时监测效果。首先确保已经按照前文的步骤建立了通道，并 导入相应的DBC文件 。完成这些设置后，就能够接收并显示从虹科MU-Thermocouple CAN模块的1A通道输入的温度数据。 例如，假设当前室温的数据显示为1A=412。根据我们的配置，这个数值代表的温度是412除以16，即25.75℃。这一计算过程简单直观，确保了温度读数的准确性。 进一步地，通过实际动作，比如用手捏紧热电偶，可以观察到1A通道的数值发生明显变化，这反映了 热电偶对温度变化的敏感性 ，上图直观地展示了这一实时监测的效果。 模块应用与前景 虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块在各个应用领域中扮演着重要角色。在汽车电子领域，该模块能够 精确监测发动机和其他关键部件的温度 ，为车辆的性能和安全提供保障。在工业自动化领域，它通过 实时监控生产线的温度 ，帮助企业预防设备故障，优化生产效率。 随着汽车电子系统的智能化和工业4.0的深入发展，虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块预计将与智能诊断系统和智能制造技术更紧密地集成，实现温度监控的高级自动化和智能化，进一步推动技术进步和创新。 结语 虹科MU-Thermocouple CAN/CAN FD系列模块以其高效、精准的实时温度监测能力，为各个领域提供可靠的温度测量解决方案。随着技术的不断进步，我们期待该模块在未来能够解锁更多创新应用，为推动相关领域的持续进步贡献力量。更多相关信息，欢迎咨询虹科工作人员。 作者简介：林茵，虹科智能互联技术工程师，专注CAN总线技术领域，提供专业CAN技术支持和硬件维修服务。

随着汽车电子技术的发展，车辆上配备了越来越多的电子装置，这些设备多采用点对点的方式通信，这也导致了车内存在庞大的线束。造成汽车制造和安装的困难并进一步降低汽车的配置空间。因此，汽车总线逐步开始向网络化方向发展。 在此背景下， CAN（Controller Area Network） 总线应运而生，以其高可靠性和灵活性，成为汽车通信系统中不可或缺的一部分， 承载着车辆控制、监控和诊断等关键任务 。 一、技术演进：从CAN到CAN FD 随着技术的持续发展，传统的 CAN总线在数据传输速率和带宽上逐渐显现出局限性。 具体来说，传统的 CAN总线波特率最大为1Mbit/s，数据帧中有效数据域最大为8个字节。这种设计在早期满足了车辆控制和监控的需求，但随着车载系统复杂度的提升，对更高数据传输速率和更大数据容量的需求日益迫切。 因此， CAN FD（ CAN with Flexible Data-Rate） 随之推出。 CAN FD在保持CAN优良特性的基础上，实现了技术上的重大突破： 1、 可变数据位速率 CAN FD引入了数据段的波特率可变机制，理论上最高可达15Mbit/s，这一段的波特率可变，而其余部分仍使用原来的CAN速率，从而在保持兼容性的同时大幅提升了数据传输速率。 2、 扩大的有效数据域 CAN FD将数据帧中有效数据域扩展到64个字节，相比传统CAN的8个字节，显著提高了单帧数据的传输量，使得通信更加灵活、快速、可靠。 3、 新的 CRC算法 为了适应更大的数据域和提高错误检测的准确性， CAN FD采用了新的CRC算法，并对填充位规则进行了优化，以减少错帧漏检率。 4、 新的帧结构 CAN FD在控制场中增加了EDL位、BRS位和ESI位，这些位用于区分CAN报文与CAN FD报文，并确定是否转换为可变速率。同时，DLC编码方式也由线性变为阶梯式，以适应更大的数据长度。 二、ADTF：支持全面的CAN通信协议 ADTF（AUTOMOTIVE DATA & TIME-TRIGGERED FRAMEWORK）是 一款汽车数据与时间触发框架，可用于开发车辆驾驶辅助系统。提供一 系列功能和工具来支持车辆自动化和驾驶辅助系统的开发和测试。 ADTF能用于快速原型设计、仿真、数据记录和验证（后处理）。 图1：ADTF框架 在总线方面， ADTF具备多个工具箱以支持其仿真与测试，比如 ADTF Device Toolbox ， ADTF Calibration Toolbox 等。 在 ADTF Device Toolbox 中提供 ARXML数据库文件总线解析 ，支持汽车总线 (CAN 、CANFD 、 Flexray 、 以太网) 、 Vector® 设备、信号处理和可视化等。 在 ADTF Calibration Toolbox 中支持通过多个过滤器与 ECU 进行 XCP 通信 ，以便 通过 CAN 、 FlexRay 或以太网进行通信。 结合上述工具箱， ADTF可以在应用在以下领域： 1、 汽车电子系统开发 ADTF广泛应用于汽车电子控制单元（ECU）的开发，包括发动机控制、底盘控制、车身电子等。 2、 仿真和测试 在汽车电子系统的仿真和测试中， ADTF能够模拟总线通信，进行系统级和组件级的测试。 3、 数据记录和分析 ADTF支持数据记录功能，可以捕获和存储总线上的数据，便于后续分析和故障诊断。 三、应用实践：ADTF的技术实现 ADTF的 一个 强项就是对总线数据的解析。比如对 CAN FD 采集的数据 ，基于 DBC配置 进行解析和可视化呈现。如图2 和3 所示。 图2： CAN FD数据回放工程图 图3： CAN FD数据解析效果展示 此外， ADTF支持AUTOSAR架构下ARXML CANFD数据的解析。如图4和图5所示的ARXML CANFD数据解析工程。 图4： ARMXL CANFD数据回放工程图 图5： ARMXL CANFD数据解析效果展示 ADTF软件以其强大的功能、高度的灵活性和专业的技术支持，成为汽车电子开发领域的重要工具。无论是在产品开发、系统集成还是测试验证阶段，ADTF都能提供有效的解决方案，加速汽车电子系统的开发进程。

CAN FD概述 在汽车领域，随着人们对数据传输带宽要求的增加，传统的CAN总线由于带宽的限制难以满足这种需求。 CAN FD作为CAN总线的升级版本，继承了传统CAN总线主要特性，如使用改动较小的物理层，双线串行通讯协议，基于非破坏性仲裁技术，分布式实时控制，可靠的错误处理和检测机制等，而且CAN FD弥补了CAN总 线带宽和数据长度不足的问题。 CAN FD与CAN异同 由于CAN FD在传输数据方面的优势，CAN FD受到主机厂的广泛关注，相关测试也随之产生。在诊断测试方面，CAN FD主要分为诊断服务测试和传输协议测试。 诊断服务测试依据UDS等相关规范，与CAN诊断服务测试无明显差异。在传输协议测试方面，虽然ISO-15765-2标准（2016版）同时定义了CAN、CAN FD诊断传输协议的需求，但是两者协议控制信息有明显差别，故现有的CAN诊断传输协议测试规范、脚本并不能完全兼容CAN FD。 协议控制信息字节汇总 依据总线协议，CAN帧最多可传输8字节的数据，CAN FD帧最多可传输64字节数据，即CAN单帧、首帧、流控帧、续帧数据长度最多可达8字节，而CAN FD单帧、首帧、续帧数据长度最多可达64字节。除此之外， CAN单帧的SF_DL参数固定在Byte#1的低四位，而CAN FD单帧的SF_DL参数可位于Byte#1的低四位或Byte#2。 CAN FD诊断报文示例 CAN诊断报文示例 相对于CAN诊断传输协议测试，CAN FD诊断传输协议测试更加注重对单帧、首帧、流控帧、续帧的数据长度测试。 作为德国Vector公司的合作伙伴，北汇信息将提供CAN FD诊断测试的相关解决方案。 CAN FD诊断传输层测试规范开发 北汇信息依据行业标准（ISO-15765-2）开发测试规范、定义测试方式和测试重点，包含正向和逆向的测试内容，以满足测试深度和覆盖度的需求。 同时，针对不同客户的特殊需求可定制测试规范。 CAN FD诊断传输层测试脚本开发 CAN FD诊断传输层测试脚本基于Vector公司总线测试工具链，由CANoe+CAPL实现。 CAN FD诊断服务测试 CAN FD诊断测试脚本基于Vector公司总线测试工具链，由CANoe+DiVa+CANdelaStudio实现。 相关软件介绍 CANoe是Vector公司针对汽车电子行业开发的总线分析工具，能对系统进行仿真，半物理仿真以及测试。 对CAN总线报文及信号的符号化访问与显示 通过Statistics，Trace，Data，Graphic和Bus Statistics窗口中分析CAN总线 创建显示和控制面板 可显示、发送、过滤、记录并回放CAN报文 数据记录支持信号触发模式 支持统计功能 支持离线分析 通过CAPL语言实现用户自定义功能 DiVa是Vector公司的诊断集成及验证工具，可以基于诊断数据库（CDD或者ODX文件），为CANoe自动生成全面而详细的诊断测试用例，并分析测试报告。 CANdelaStudio是Vector公司的诊断数据库文件（CDD文件）的生成工具，为相关测试工具提供诊断数据的输入。 应用 北汇信息基于多年来在总线诊断服务测试和传输协议测试的技术经验积累，结合Vector的CANoe、DiVa、CANdelaStudio等工具的支持，我们目前已成功为国内主机厂实现CAN FD诊断传输协议需求规范评审、测试规范开发、测试脚本开发，成功帮助客户更快更好地完成相关的测试工作。

当ECU之间使用CAN来进行通信时，总线上发生了什么？我们可以借助示波器来观察总线上的电平，而从示波器上我们可以看到一串连续的高低起伏的“线条”——波形。无论是电磁波或者是总线上变化的电平，这些信息的载波在时间和空间上是连续的。而从这段连续的载波中解读出我们所需要的信息就需要借助一定的采集手段——采样。CAN控制器需要从总线的高低电平中获取到逻辑0和1。那么控制器要在哪个位置采样？要怎样才能实现正确采样呢？这就涉及到了采样点这个概念。 一、采样点的定义 采样点是CAN控制器读取总线电平，并解释各个比特的逻辑值的时间点。在我们了解采样点的测试方法之前，我们需要先了解CAN报文的一个位时间是如何组成的。CAN控制器的最小时间周期称作时间份额（Time quantum,简称Tq），它是通过对芯片晶振周期进行分频而得来的。一个位时间由若干个Tq组成（通常为8到25个），同时根据功能分为4个阶段：同步段、传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2。 这4个阶段的功能如下： 同步段（ S ync_Seg ）：用于实现时序调整，总线上各个节点的跳 变沿产生 在同步段内，通常为 1 个 Tq ； 传播段( Pro p _Seg ) ：用于补偿网络上的物理延迟时间。这些延迟时间包含信号在总线上的传输延迟和C AN 节点内部的处理延迟。传播段保证了2倍的信号在总线上的延迟时间； 相位缓冲段1 (Phase_Seg1) 和相位缓冲段2 (Phase_Seg2) ：用于补偿 跳变沿的 相位误差，其长度会在重同步的实现过程中延长或缩短。 采样点位于相位缓冲段1的结尾。由于相位缓冲段1和相位缓冲段2能够延长或缩短，采样点也能够随之变化。 二、为什么需要测试采样点？ 合适的采样点位置是CAN控制器正常通信的保证。 对于 CAN 网络这个整体而言，各个 节点 应该 尽量 使用相同的 采样点 位置 ， 否则容易 出现采样错误，进而使整个网络 的通信 出现故障 ； 对于单个节点而言，过早的采样使得节点易受位时间初期的电平波动影响，进而导致采样错误； 受限于重同步的要求和相位缓冲段的宽度，C AN 控制器无法过晚采样。 三、采样点的测试方法 采样点的测试方法：干扰某一位的采样点附近的总线电平，利用CAN错误帧机制，根据ECU是否发送错误帧来判断是否出现采样错误，进而计算ECU的采样点。根据ECU角色的不同，采样点测试的方法可以分为两类：以ECU作为发送节点，干扰它发送的报文；以ECU作为接收节点，干扰它接收的报文。 实际测试环境的总线干扰设备采用VH6501，并以待测ECU作为接收节点，使用VH6501构建仿真报文，然后从后往前逐次翻转仿真报文数据场的时间份额的电平极性，直到总线上出现错误帧。 在开始采样点测试之前，我们需要设置 VH6501 自身的采样点； V H6501 使用一连串的脉冲电平来构建仿真报文； 从后往前逐次翻转仿真报文 数据场 的各个脉冲的电平极性，直到干扰到待测E CU 的采样点，使得待测E CU 发送错误帧。 在执行采样点的测试过程中，我们使用示波器截获CAN总线上的波形。样件使用500 Kbps的传统CAN，即位时间为2 μs。示波器时基设置为8 μs，即一个横格可容纳4个位。 上图为没有受到干扰的报文的波形图，图中我们可以清晰地看到数据场的每个比特占用均等的1/4横格。而当我们启动干扰（极性翻转），并且成功翻转采样点所在区间的电平极性后，我们将看到示波器上出现了错误帧，并且数据场最后一个字节的最后一个隐性位相较于正常的波形有着明显的缩短。 四、采样点测试误差产生的原因 采样点测试误差的来源有测试环境、设备和测试方法等等。 VH6501 和待测E CU 之间的位时间偏差造成的系统误差：理想情况下5 00 Kbps的传统C AN 的位时间长度为2 μs，但实际环境里，待测E CU 和V H6501 的位时间与标准的位时间之间存在一定的偏差。如果E CU 的位时间大于 VH6501 的位时间，采样点的测量结果会比实际值偏大；当样件的位时间小于 C AN oe 设定的位时间，采样点的测量结果会比实际值偏小。这样的系统误差无法通过改进测量方法来降低。 测试方法引起的误差：前文介绍采样点测试方法中提到，采样点测试是通过V H6501 翻转待测E CU 采样点附近的电平极性实现的。但是采样点是一个“时间点”，而 VH6501 干扰的是时间段。因此每次干扰的时间段的长度将直接影响采样点测试的误差大小。常用的测试方法中，每个位时间由1 6 个 Tq 组成，每次翻转一个 Tq 。最终的实际结果相对于正确结果可能存在±6 .25% 的偏差。但是在介绍采样点测试方法中我们提到，V H6501 使用脉冲序列来构建报文，每个位时间由3 20 个脉冲组成。那么通过缩小每次翻转的电平长度，可以将±6 .25% 的误差缩减至±0 .3125% 。 五、CAN FD采样点测试复杂原因的分析 CAN FD报文的结构更复杂且位速率可变。这使得CAN FD采样点测试相较于传统CAN更复杂。CAN FD在位速率较小的仲裁场和位速率较大的数据场分别采用了两个不同的采样点。 CAN FD数据场的位速率视报文的BRS位（Bit rate switch）而调整——当BRS位检测为隐性时，CAN FD的位速率将从仲裁场的最小位速率切换为数据场的数据位速率，这一位速率将持续至CRC界定符的采样点。因此在测量CAN FD采样点时应避免对BRS和CRC界定符进行干扰。同时由于位时间的差异，使用VH6501构造脉冲序列时应考虑到BRS和CRC界定符采样点前后的位速率的切换以及位时间4个阶段的长度变化。 六、CAN FD的第二采样点 不同于采样点，第二采样点在C AN FD控制器接收其他节点发送报文的过程中并不会起到任何作用。第二采样点的作用，是在不改变传输延迟补偿的情况下，实现 CAN FD 在 数据场 的位错误检测要求。 位错误的检测要求发送节点对总线状态进行回读。传统C AN 总线在设计之初考虑到了信号在总线上的传播时延 以及发送节点TXD和RXD之间的处理时延，这两种时延通过位时间的传播段实现补偿，进而保证了发送节点在发送一个比特期间也能从总线上回读到这个比特。 ISO 11898-5规定传输时延的上限为255 ns。位速率为8 Mbps的CAN FD节点的位时间为125 ns。以极限状态下1个位时间由8个Tq组成来计算，单位Tq为15.625 ns。即传输时延需要17个Tq来补偿。显然一个位时间完全不够来补偿传输时延。 解决方法有两种。一是增大位时间，增大传播段的Tq组成数量，但是这种方法会降低位速率，因此和CAN FD高速目标相冲突。二是采用传输时延补偿，即在发送节点回读总线状态时引入一段传输时延补偿，进而保证位错误检测的需要。而引入这段传播时延补偿的结果即为第二采样点（secondary sample point，缩写 SSP）。 SSP对于CAN FD控制器的重要性不言而喻，它是保证控制器在数据段实现位错误检测功能的关键。使用SSP的发送节点会忽略它在采样点检测到的位错误。但是如果在SSP检测到位错误，发送节点将会在下一个采样点对检测到的位错误发出错误帧。 七、小结 ECU采样点的位置设计是否得当对于通信有着相当大的影响。本文重点介绍了传统CAN采样点的测试方法，并简要分析采样点测试的误差产生原因，同时就CAN FD采样点测试的复杂性和第二采样点进行了介绍。北汇信息专注于汽车电子测试，后续将会为大家带来更多的科普文章，介绍汽车电子及测试相关的知识。同时，也包括本文中所提到的CANFD第二采样点SSP的测试实践经验。 注：图片源自ISO 11898标准以及VC等。