参与CAN总线智能环境监测大学生创新训练项目的体会

杨洁 黄河 吴晗 余姚 刘守伟 李媛媛

摘 要 本文针对大学生创新项目实现智能环境监测系统，进行基于CAN总线和嵌入式系统为硬件平台的设计，通过传感器接收环境信息利用CAN总线传输信号到嵌入式系统进行分析与处理，并将处理后的结果传递到显示器终端并且做出相应的判断，该系统能够利用嵌入式系统以及CAN总线优良的数据传送功能进行智能环境检测。本项目为上海市大学生创新项目，项目组由5名同学构成，在课题设计及调试过程中，项目组针对遇到的各种问题进行解决处理，并求助于指导导师和同学，积极学习，努力创新，通过完成课题对科研项目的开展有了一定的认识，也为今后的创新研究积累一定的经验。

关键词 CAN总线 环境监测系统 嵌入式系统 数据传输

中图分类号：G642文献标识码：A   DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.04.015

The Experience of Participating the College Students' Innovative Training Program about CAN bus Intelligence Environmental Monitoring

YANG Jie， HUANG He， WU Han， YU Yao， LIU Shouwei， LI Yuanyuan

（College of Electronic and Electrical Engineering，

Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620）

Abstract This article aims at the college students' innovative project， which realizes the intelligent environment's monitoring system. It makes the design of hardware platform， which is based on CAN bus and the embedded system. Through the sensor， it receives environmental information and use CAN bus to transmit signals to the embedded system for analysis and processing. Then it transmits the processed results to the display terminal and make corresponding judgments. The system can use the embedded system and an excellent data transmission function of CAN bus to monitor the intelligent environment. In the process of guiding the subject， the project team solved various problems. Meanwhile we turned to teachers and classmates for help， we studied actively， and we made efforts to innovate， which accumulated certain experience for the innovation research in the future.

Key words CAN bus; environment's monitoring system; embedded system; transmit signals

0 引言

上海市大学生创新训练项目，主要面向上海市综合性高校以及有较强行业背景和特色的本科高校，该计划主要资助学生开展创新性实验或科研项目。列入计划的本科学生个人或团队，在导师的指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果交流等工作。实施“大学生创新训练项目”，旨在加强大学生自主创新意识、创新精神、实践能力、团队协作能力、交流能力的培养。

本次的创新项目为实现智能的环境监测，项目组由五位同学组成，五位同学根据自身的特长进行分工：负责人负责整体思路的设计，各阶段报告的撰写等工作，两位同学负责硬件电路设计，两位同学负责软件程序的编写。在项目的逐步实施过程中，团队成员学会了发现、探索、解决问题，充分发挥个体在团队中的价值，提升每位成员的动手能力，也发现了每位成员的缺点，并向团队中其他成员学习，取长补短。同时也锻炼了其解决问题的技能，培养了从事科学研究的能力。

1 创新项目的主要内容

本研究项目设计一种基于CAN总线技术的智能环境监测系统，该系统以传感器为监测载体，配合嵌入式操作系统、CAN总线系统运行。①②首先，对被测环境的阈值进行设定，之后通过传感器接收环境信息并利用CAN总线将信息传输到嵌入式系统进行分析处理，将处理后的结果传递到显示器终端并且做出相应的判断。该系统能够利用CAN总线优良的数据传送模式和嵌入式系统来智能检测环境状况。③④⑤当超出设定的环境阈值条件时，电子屏将会显示当前环境状况，报警并且提出调节方案。后期可连入调节装置进行调节，之后再度反馈信息到系统，并进行新环境条件的监测，判别是否满足阈值要求。因此，该系统能智能可对环境实现监测，提高精确度，节省人力。项目可以推广到热带植物培养室、农业大棚、国家粮仓等需要特殊环境的地点。⑥⑦

本研究项目以智能化环境检测系统为主核心结构，控制系统为嵌入式系统，并根据功能需求，把环境检测系统分为六大模块：阈值设定系统、环境检测传感系统、CAN数据传输系统、嵌入式系统、报警系统以及显示器终端。根据这六大模块衍生出与之相对应的六个程序模块，从而实现以下功能：系统阈值设定、环境情况检测传感、数据处理及传送、判别当前环境的状况、如果超过阈值报警、显示当前环境状况及调整方案。

工作原理如图1所示：

图1 系统工作原理图

2 创新点及特色

（1）能够智能对环境信息进行无人监测。（2）温度传感器（DS18B20）湿度传感器（DHT11）收集到的环境信息通过CAN总线传递到嵌入式系统（STM32）进行分析处理。（3）由一个4*4的键盘输入需要的环境条件，实现需求可控化。（4）由蜂鸣器和LED小灯闪亮来对环境超标报警。如果环境条件超过阈值，则由蜂鸣器报警，对应指标颜色的LED闪烁。若蜂鸣器不发声且LED不闪烁，则表示环境在设定阈值范围内。（5）显示终端：显示环境信息以及处理办法。16？液晶显示字符模块（背光/蓝屏）采用标准的16脚接口。

3 参加大学生创新项目的体会

大学生创新训练项目从开始立项到现阶段研究，目前共经历两个阶段，而每个阶段所遇到的问题和解决的对策是不同的，具体如下：

3.1 立项阶段

在这个阶段，团队成员刚刚组成项目组，团结力度比较强，成员参与的积极性非常高，觉得能够申请成功并参与大学生创新训练项目，不仅能使自身的能力得到锻炼和提升，而且也能为将来的考研或就业打下良好的实践基础。项目开始时期，大家的创新想法也比较多。最初，项目组成员鉴于生活中总有汽车被盗事件发生，提出设计汽车电路防盗开关及报警装置。但实际应用检测时，会缺乏相应的环境条件，所以综合考虑后，决定放弃此计划。最终项目组决定研究基于CAN总线的智能环境监测系统。之所以选此项目，是因为在参加项目前，项目组部分成员曾参与创新实验等对CAN总线和嵌入式系统有一定的学习基础，再做深一步的创新研究相对有利。

3.2 项目设计阶段

在确定了项目内容后，成员们便积极投入到方案设计中来。虽说之前，项目组部分成员对CAN总线和嵌入式系统有过一定的学习基础，但是，对于一个完整的项目，团队成员还是感到了前所未有的困惑，并感觉无从下手。此时项目导师帮助团队成员明确研究方向，并和成员联系交流，共同确立项目步骤，很快便确立了项目的六大系统。而项目组成员明确了各自在研究方面的长项并主动申请负责各个系统的设计与研究。

在确立了设计方案后便开始着手实施。最初开始做的时候，总是认为很容易，能够按照自己预想的计划顺利实施。但真正开始做的时候，才意识到“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。不论是在电路的焊接与检测还是软件的编写与调试，都遇到了一些项目成员从未预料到的难题。但是，项目组成员并未因此而放弃，而是积极解决遇到的问题，并寻求导师的帮助。导师与我们每周交流，讨论大家的想法，并帮助修正实验方案和思路，不断地补充内容。使项目设计更加合理、思路更加清晰和成熟。

项目仍在进行，面对未来结题可能还会遇到更多的挑战，项目成员有信心攻克，而且会努力取得更多的成果及成就。

4 总结

通过设计并研究该智能环境监测系统，力求实现对环境监测的无人化，智能化：系统获得传感器采集到的信息并与获得的环境阈值进行实时比较判断，有效完成监测。该装置具有一定的实用价值。并且通过参加此次大学生创新训练项目，成员们锻炼了协作能力，增强了动手能力，学会了在实际应用中如何发现问题并用最合适的方法去解决，同时也为后续从事相关方面的研究及工作奠定了一定的基础。

*通信作者：李媛媛

注释

① 王黎.CAN现场总线系统的设计与应用[M].四川：西南交通大学出版社，2012：8-9.

② 郭宽明.CAN总线原理和应用系统技术[M].北京：北京航空航天大学，2009：45-46.

③ 程晓琳.现场总线控制网络模型与网络集成[J]测控技术，2000.19（10）：34-37.

④ 陆前锋.基于CAN控制器SJAl000的智能高速控制系统设计[M].电子设计应用，2003：4-5.

⑤ 饶运涛.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003：12-14.

⑥ 王传秒.基于ARM9的环境监测平台设计[D].湖南大学，2012.

⑦ 孙玉文.基于无线传感器网络的农田环境监测系统研究与实现[D].南京农业大学，2013.