面向卓越計劃的基于CAN總線實時性分析混合教學模式研究

孫進　丁靜　朱子洵　陶曄

摘 要 隨著自動化控制技術的發展，CAN總線以其效率高、兼容性強、成本低等特性受到許多企業的歡迎。為讓高校學生熟練掌握CAN總線技術，利用CANScope分析儀對CAN總線的實時性進行分析，從而提出一種混合教學模式來充分發揮高校學生的主動參與性，提高學生運用CAN總線的操作能力。

關鍵詞 實時性分析；CAN總線；CANScope；混合教學

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）04-0072-03

Abstract With the development of automation control technology， CAN bus has been welcomed by many enterprises with its high effi-

ciency， strong compatibility， low cost and so on. In order to make college students to master the technology of CAN bus， and analyze real time CAN bus by CANScope analyzer， in this paper， a mixed initiative teaching mode was put forward to give full play to students，

and improve students ability to operate CAN bus.

Key words real time analysis； CAN bus； CANScope； hybrid tea-ching mode

1 引言

隨著現代生產系統自動化智能化水平的提高，CAN總線技術起著不可或缺的作用。為適應現代企業的發展需求，我國一些高校也開設了CAN總線實驗教學課程，建立具有多層網絡的實驗軟硬件平臺，讓學生充分了解并初步掌握CAN總線技術。但目前大多數高校對于這門課程仍然采用傳統的傳授知識型教學模式，對實踐教學的認知不夠，不能充分發揮教師的引導作用，導致學生缺乏實踐的機會，學習效率較低。

揚州大學將課堂教學和實踐教學進行優勢互補，從而形成一種增強學生認知效果、提高動手能力的混合教學模式。在上課傳授知識的基礎上，利用CANScope分析儀對CAN總線教學實驗平臺上的實驗進行實時性能分析并當場對學生進行指導，將傳授知識跟能力培養相結合，既能夠提高教師的引導作用，也能充分發揮學生的學習主動性與創造性[1]，

讓學生的認知不僅僅停留在書面層次，更能夠熟練面對實驗中的各項突發情況，提高學生解決現實問題的能力。

2 CAN總線實驗教學平臺與CANScope分析儀概述

現場總線是利用一定的介質使數據傳輸與交換能夠在現場總線的控制設備與遠程計算機之間實現的新技術[2]。CAN總線因為其突出的實用性、可靠性成為目前最具發展前景的現場總線之一。CAN總線實驗平臺包含配套的iCAN模塊，涉及CAN-bus網絡通信、CAN協議輸入輸出控制、PC軟件編程等技術內容，可以實現開關量控制、模擬量輸入輸出控制、光電檢測以及電機啟停、轉速、轉向的一系列控制，體現了分布式網絡控制的優越性[3]。而CANScope分析儀是對CAN總線進行開發與測試的專業工具，它整合了存儲示波器、網絡分析儀、誤碼率分析儀、協議分析儀及可靠性測試等工具，可以對CAN網絡通信進行全方位評估與檢測[4]。

3 實時性分析

實時性是網絡控制系統性能的重要體現。就CAN總線而言，當消息響應時間小于規定的截止期時，就認為符合實時性要求[5]。如何解決延時問題，避免系統分析復雜化而影響信息傳輸，這是網絡控制系統研究中的關鍵。如圖1（a）所示，發送器的兩個隱性位置中，應答信號的顯性位為顯性，則說明有應答；而根據圖2（b）所示，可判斷出信號發送失敗的原因是應答信號的顯性位由于導線材質的延時，造成應答界定符被發送器判斷為顯性。

4 問題解決方案

打開CANScope分析儀，在記錄好的CAN報文界面中的工具欄中點擊“傳輸延時”按鈕，進行延時分析，如圖2（a）所示。

圖2（b）為延時統計表，可以通過對應序號尋找到對應幀。統計表中給出延時等效的導線長度，可以與標準極限長度對照。為了保證穩定運行狀態，若傳輸延時達到0.5倍的位時間，理論上可以稱為最大傳輸距離，理論傳輸距離需要控制在70%。因為每一個節點都有隔離，所以發送節點發出的報文就已自帶延時，并且傳輸是雙向的，所以得到結果：0.5×0.7×0.7=0.245。在測量點測到的最大延時節點的傳輸延時，要采取措施控制小于0.245倍位時間，比如2 M波特率，要控制最大值小于490 ns，不然有可能應答錯誤。考慮到不同節點測試點引起的延時也可能不同，測試點通常放在邊緣兩端來檢測邊緣的兩個節點發出的報文，從而算出總線的最大延時。

圖2（c）所示用于測量到總線最大延時。為了讓學生更容易理解，假設測量延時的幀是最右邊的節點發出來的，測量點如果在最左端，則最大應答延時只包含最左端節點的電路延時；測量點如果在發送節點這端，則最大應答延時為整體導線延時加最遠端節點（即最左端）的電路延時。

5 混合教學模式探究

混合教學模式的必備條件 教師應提供給學生多種機會將所學CAN總線知識進行實踐性的訓練。雖然學習的主體是學生，但實踐環境中教師的指導作用也尤為關鍵，學生在學習環境中必須要有高度的自覺性。另外對于CAN總線知識的掌握也是重要前提。實踐過程中主觀能動性必不可少，對于實時性分析的結果要知道解決問題的方案甚至能夠舉一反三。

在混合教學模式中，師生是一個共同體，教師通過課堂教學、組織實踐活動、設定教學目標、避免學生錯誤的討論方向、引導學生正確使用CAN總線設備等起到關鍵的主導作用，學生通過解決CAN總線實時性分析的實驗進行自主探究，充分發揮主體性。

混合教學模式的益處 考慮到傳統的教學模式中，學生處于被動接受狀態，主動性、創造性難以得到發揮，利用CAN總線實驗平臺、CANScope分析儀等設備來進行實踐性教學，可以起到不錯的效果。學生親自做CAN總線的實時性分析實驗過程中出現問題，教師可以從旁進行指導，有利于發揮教師的主導作用。實踐性教學強調的是以學生為中心，促進教師跟學生之間的交流，避免教師單方面講授知識，學生通過手腦并用來促進知識的吸收消化。

在CAN總線實時性分析的實踐教學環境中，學習環境的支持會促進學生對上課所學知識的理解、個人認識的建立與學生間的交流，從而解決真實問題，提高自身創造能力。提供這樣一種教學環境，學生之間的合作是必然的，這對于人際交流的培養，測試、掌握對所學知識產生的認知與理解是有益的。

6 結束語

隨著工業自動化繁榮發展，CAN總線作為最具發展前景的技術之一，培養這方面的人才也成為高校的必修課，如何有效地讓學生掌握這方面的知識是教學中的重點。基于CAN總線實時性分析的混合教學模式，將知識傳授型教學與實踐性教學相結合，無疑是有成效的。CAN總線實時性分析教學能夠讓學生學以致用，深化學生對CAN總線的了解，強化學生的自主學習能力，培養學生的邏輯思維與操作能力，也在一定程度上滿足了實際工作上的需求。

參考文獻

[1]余勝泉，路秋麗，陳聲健.網絡環境下的混合式教學：一種新的教學模式[J].中國大學教學，2005（10）：50-56.

[2]方曉柯.現場總線網絡技術的研究[D].沈陽：東北大學，2005.

[3]孫進，曹肖偉，宋愛平，等.基于iCAN教學實驗開發平臺的課程實踐研究[J].中國教育技術裝備，2016（16）：

133-134.

[4]孫進，丁靜，徐晶.CAN總線故障分析儀的實驗教學研究[J].中國教育技術裝備，2016（12）：138-139.

[5]陳曦.CAN總線實時性和可靠性若干問題的研究[D].天津：天津大學，2010.