В предыдущей статье мы поговорили о проблемах в шине передачи данных CAN, возникших в результате износа аккумуляторной батареи и просадки питающего напряжения при запуске ниже порога работоспособности шины. Сегодня продолжим разговор о CAN-шине, но немного в другом ключе: прежде всего вспомним принцип ее работы, а затем рассмотрим один из случаев топологии шины и разберем осциллограмму дефекта.
Эта шина используется чаще всего как средство обмена данными в системах, для которых критично быстродействие и время принятия решения. Таковыми являются, например, система управления движением, объединяющая между собой блоки управления двигателем, автоматической трансмиссией, антиблокировочной системой тормозов, усилителем руля и т.п.
Конструктивно шина представляет собой неэкранированную витую пару. Провода шины называются CAN High и CAN Low.
Шина может находиться в двух состояниях:
Рецессивное состояние, или логическая единица. Оба провода в этой ситуации имеют практически одинаковый потенциал: и на проводе CAN High, и на проводе CAN Low присутствует около 2 , 5 В. В рецессивном состоянии шина может находиться сколь угодно долго, хотя в реальности этого не происходит, ведь рецессивное состояние – это всего лишь пауза между сеансами передачи информации.
Доминантное состояние, или логический ноль. В него шина переходит тогда, когда один из входящих в сеть блоков управления начинает передачу данных. Потенциалы на проводах шины меняются следующим образом: на проводе CAN High потенциал повышается на один вольт, на проводе CAN Low наоборот, становится на один вольт ниже.
Рассмотрим форму сигнала шины, чтобы обосновать ее помехоустойчивость:
На рисунке показаны доминантный и рецессивный уровни шины, а также воздействие на шину электромагнитной помехи. Особенностью обработки сигналов шины является то, что в расчет берется не сам уровень сигнала, а разница уровней между проводами CAN High и CAN Low. При рецессивном уровне эта разница близка к нулю, при доминантном уровне она максимальна.
В витой паре провода располагаются очень близко друг к другу. Если возникает внешняя электромагнитная помеха X, то она является синфазной и наводит одинаковый всплеск напряжения в обоих проводах шины. В итоге на обоих проводах появляется наведенный помехой импульс, но разница потенциалов между проводами при этом не меняется. Это позволяет эффективно подавлять внешние помехи, что является большим преимуществом CAN-шины.
На самом деле витая пара – давно известный способ борьбы с помехами. В медицине, например, в кардиостимуляторах, где требуется высочайшая помехоустойчивость, она применяется очень широко.
Сигнал шины поступает в блок управления на дифференциальный усилитель и обрабатывается. Иллюстрация поясняет процесс обработки:
Большинство автопроизводителей придерживаются скорости передачи 500 кБд, соответственно, продолжительность одного бита при этом составит 2 мкс.
Поговорим о топологии CAN-шины. Физически у шины нет начала и нет конца, шина – это просто единая сеть. Чаще всего встречаются два типа топологии: линейная топология и топология «пассивная звезда», а также их сочетания.
На современных автомобилях шина CAN очень разветвленная. Чтобы не перегружать линию большим количеством передаваемых данных, шина может состоять из нескольких ветвей, объединенных межсетевым шлюзом, иначе называемым Gateway. В итоге сеть представляет собой несколько ответвлений, в том числе и на диагностический разъем, использующих разную скорость и протоколы обмена.
Поэтому топология шины – вопрос для диагноста очень актуальный и, к сожалению, довольно сложный. Из тех электрических схем, которыми располагает диагност, не всегда можно понять топологию. Но в документации некоторых автопроизводителей приводится полная и подробная информация, в этом случае задача сильно упрощается.
Не зная тонкостей организации шины, найти в ней неисправность бывает достаточно сложно. Например, при наличии окисления контактов в разъеме пропадает связь с целым рядом блоков управления. Наличие под рукой топологии шины позволяет легко находить подобные проблемы, а отсутствие приводит к большой потере времени.
Ну что ж, мы немного освежили в памяти теорию шины, теперь самое время перейти к практике.
Перед нами автомобиль Infinitit Q 50 , оснащенный весьма редким турбированным мотором VR 30 DDT объемом 3 . 0 л и мощностью 400 лошадиных сил. Но проблема заключается не в этом замечательном агрегате, а как раз в CAN-шине: подключив диагностический сканер, не удается установить связь с доброй половиной блоков управления.
Нам повезло – Nissan относится к тому узкому кругу производителей, которые дают диагностам качественную и полноценную информацию. В том числе есть в документации и подробная топология бортовой шины обмена данными. Открываем, смотрим:
Следует сказать, что приведенная блок-схема достаточно общая. В документации имеется гораздо более подробная электрическая схема со всеми проводами и номерами контактов в блоках, но сейчас она нам пока что ни к чему, нам важно понять общую топологию.
Итак, первое, что нужно увидеть, это то, что вся сеть разделена на три большие ветви, обведенные пунктиром:
CAN communication circuit 1 (Коммуникационная цепь CAN 1 );
CAN communication circuit 2 (Коммуникационная цепь CAN 2 );
Chassis communication circuit (Коммуникационная цепь шасси).
Первые две цепи связаны между собой посредством CAN gateway (найдите его на иллюстрации). Цепь шасси связана с цепью CAN 2 через блок управления шасси, который также играет роль своеобразного Gateway.
А теперь вновь обратимся к сканеру и посмотрим, какие из блоков управления не выходят на связь. Дилерский сканер предоставляет нам очень удобную функцию: на экран выводятся блоки каждой из цепей по отдельности, а цветом отображается возможность (зеленый) либо невозможность (красный) установить с ними связь. Вот блоки цепи CAN 1 :
А это – блоки цепи CAN 2 . Как видно, связи с ними попросту нет:
Также нет связи с блоками цепи шасси, но это и понятно: эта цепь, согласно блок-схеме, подключена к цепи CAN 2 .
Ну что ж, задача почти решена, осталось лишь локализовать неисправность. А для этого воспользуемся мотортестером и снимем осциллограмму на проводах шины сначала в CAN 1 , а затем в CAN 2 и сравним их.
Сделать это очень несложно, ведь обе шины выведены прямо на диагностический разъем. Согласно более подробной схеме, о которой упоминалось выше, на контакты диагностической колодки 6 и 14 выведены провода CAN 1 , а на контакты 12 и 13 – провода CAN 2 .
Снимаем осциллограмму в цепи CAN 1 . Она имеет прямо-таки академический вид:
Давайте обмерим ее с помощью линеек.
На проводе CAN High в рецессивном состоянии потенциал составил 2 , 26 В, на проводе CAN Low – 2 , 25 В.
На проводе CAN High в доминантном состоянии потенциал составил 3 , 58 В, на проводе CAN Low – 1 , 41 В.
Ширина импульса, соответствующего одной единице передаваемой информации, составляет 2 мкс (обведено красным прямоугольником).
Просто идеальное соответствие теории и практики. Конечно, полосы пропускания нашего прибора явно недостаточно для корректного отображения сигнала, слишком уж широк его спектр. Однако, если закрыть на это глаза, то вполне можно оценить качество сигнала и сделать необходимые выводы.
А теперь делаем ту же операцию на контактах диагностической колодки 12 и 13 , чтобы получить осциллограмму сигнала CAN 2 . Вот она:
Для наглядности масштаб осциллограмм на обеих иллюстрациях один и тот же.
То, что вы видите на этой осциллограмме, называется «мусор». Часто диагносты так и говорят: блок мусорит в шину. Вот только как найти блок, который это делает? Методика здесь очень проста и сводится она к поочередному отключению блоков и повторному наблюдению за сигналом шины.
Где именно находится тот или иной блок на автомобиле, в документации, как правило, показано. Например, на этом «финике» блоки расположены так:
Но в нашем случае все проще. Кстати, маленький лайфхак, возьмите на заметку. В автомобилях Nissan и Infiniti чаще всего причиной наличия мусора в CAN-шине является блок ABS. Сняв разъем с блока, сразу получаем нормальный обмен и связь сканера со всеми блоками ветви CAN 2 :
Обратите внимание на то, что связь в цепи CAN 2 есть со всеми блоками, кроме блока ABS, ведь он отключен.
Завершая разговор, хотелось бы обратить ваше внимание еще на один важный нюанс. Частота следования импульсов по CAN-шине составляет 500 кГц. Поэтому при получении осциллограммы необходимо задействовать максимально возможную частоту дискретизации мотортестера, на какую только он способен.
Если частоту дискретизации вы зададите низкую, то импульсы на осциллограмме будут сильно искажены. В качестве примера посмотрите, как выглядит осциллограмма сигнала CAN-шины при специально сниженной частоте дискретизации прибора:
Красным прямоугольником обведено время, в которое укладывается одно деление сетки. Оно составляет 0 , 2 мс. А на осциллограмме, которую мы рассматривали ранее, это время было равно 5 мкс, поэтому отображение импульсов было более правильным. Имейте это ввиду и не допускайте ошибок!
Источник
Ремонт can шины в автомобиле
Полезная информация на тему: «ремонт can шины в автомобиле». Мы постарались описать основные нюансы и порядок произведения необходимых действий.
В качестве провода шины CAN используется двухжильный провод 1 и 2 с сечением 0,35 мм2 или 0,5 мм2.
Цветовую кодировку проводов шины CAN найти в следующей таблице
При ремонте оба провода шин должны иметь одинаковую длину. При скручивании проводов 1 и 2 длина витка должна составлять A=20 мм.
При этом не должен образоваться отрезок провода, например, в области сварных контактов длиннее B=50 мм без скручивания проводов.
Обмотайте отремонтированный отрезок желтой изолентой, чтобы обозначить, что в данном месте был произведен ремонт.
Для ремонта антенных проводов была разработана новая концепция ремонта. В качестве запасных частей, вместо антенных проводов целиком, теперь предлагаются соединительные провода различной длины, а также разнообразные адаптерные кабели.
Антенные провода ремонту не подлежат. При необходимости ремонта их следует заменить соединительными проводами и адаптерными кабелями, предлагаемыми в качестве оригинальных запасных частей.
Данные оригинальные запасные части подходят для замены всех антенных проводов любого сечения.
Замена отдельно антенных штекеров в случае ремонта не предусмотрена.
Эти провода могут используйтеся во всех моделях VW с антенными проводами любого сечения.
Все соединительные провода и согласующие кабели подходят для любых принимаемых и передаваемых сигналов.
Данная ремонтная концепция может быть использована также при тестировании и дополнительном оборудовании.
Обзор монтажа антенного провода
Пример: поврежден антенный провод от магнитолы к антенне. Для ремонта необходимы следующие провода:
1 – адаптерный кабель, для подключения к магнитоле. Длина около 30 см.
3 – адаптерный кабель, для подключения к антенне. Длина около 30 см.
Установка нового антенного провода
Отсоедините штекеры поврежденного антенного провода от приборов.
Помните, что в зависимости от комплектации автомобиля общая длина антенного провода из-за блоков управления выбора антенн, блоков управления радиосвязи или антенных усилителей может быть разделена на отрезки. В каждом случае необходимо замените только поврежденный отрезок.
Рис. 7.127. Провода необходимые для ремонта антенного провода
Общая длина антенного провода состоит из длины необходимых адаптерных кабелей 1 и 3, а также длины соединительного провода 2 (рис. 7.127).
Приобрести необходимые адаптерные кабели 13, а также соединительные провода 2 правильной длины согласно каталогу запчастей.
Отрежте штекеры поврежденного антенного провода.
Остаток поврежденного антенного провода остается в автомобиле.
Подключите адаптерные кабели 1 и 3 к устройствам автомобиля.
Проложите и закрепите соединительный провод 2 непосредственно рядом с «серийным» проводом.
Антенные провода нельзя надламывать и сильно перегибать. Радиус изгиба должен быть не менее 50 мм.
Подключите соединительный провод с адаптерными кабелями.
Ремонт проводов сечения до 0,35 мм2
При ремонте проводов с сечением до 0,35 мм2 обязательно необходимо напрессовать новые наконечники обжимными клещами для контактов JPT, или обжимными клещами (без головки) VAS 1978/ 12 с установленной сменной головкой для контактов JPT – VAS 1978/ 91. Из-за малых величин силы тока в данных проводах, в микро – и миллидиапазоне, неправильно опрессованные контакты приводят к переходным сопротивлениям и вызывают сбои или выход из строя какой-либо системы. Наиболее часто такие контакты встречаются в следующих устройствах:
– измеритель массового расхода воздуха.
Благодаря применению обжимных клещей для контактов JPT или обжимных клещей (без головки) с установленной сменной головкой для контактов JPT обеспечивается правильное соединение между обжимным контактом, проводом и уплотнителем провода (Seal). Используйте инструмент только по прямому назначению.
На ремонтные провода напрессованы стандартные или позолоченные наконечники. При ремонте следует всегда используйте такой наконечник, который был применен изначально.
Опрессовка нового наконечника с уплотнителем провода
Вставьте сменную головку для контактов JPT в обжимные клещи (основание рукояток).
Рис. 7.128. Установка уплотнителя
Насадите уплотнитель провода на ремонтный провод (рис. 7.128).
Меньший диаметр уплотнителя при этом должен быть на стороне наконечника.
Рис. 7.129. Установка провода в обжимные клещи
Раскройте обжимные клещи и вставьте конец ремонтного провода в отверстие для зачистки изоляции (рис. 7.129).
Вновь раскройте клещи и извлеките зачищенный провод.
Сдвиньте уплотнитель провода в сторону зачищенного конца, чтобы он заканчивался на одном уровне с изоляцией провода.
Вставьте новый обжимной наконечник в зев обжимных клещей.
Рис. 7.130. Установка провода в обжимной наконечник
Опрессуйте наконечник, провод и уплотнитель, полностью сжав обжимные клещи.
Вновь раскройте клещи и извлеките готовый наконечник.
Рис. 7.131. Пример правильной опрессовки провода
Правильно выполненная опрессовка отличается чистым обжимом провода и уплотнителя в наконечнике, а на ее обратной стороне имеется чеканка, которая обозначает, что опрессовка была выполнена квалифицированно и с надлежащим инструментом (рис. 7.131).
Обрыв провода в одном месте
Место ремонта с одной обжимной гильзой
Высвободите провод, который необходимо отремонтировать (примерно 20 см в обе стороны от места ремонта).
При необходимости удалите обмотку жгута проводки складным ножом.
Вырежте поврежденный отрезок провода клещами для зачистки изоляции.
Если оба оставшихся конца провода из-за вырезания поврежденного отрезка окажутся слишком короткими для ремонта с одной обжимной гильзой, то следует используйте отрезок провода соответствующей длины, установив две обжимные гильзы.
Рис. 7.132. Зачистка провода
Зачистите 6–7 мм изоляции с концов провода с помощью клещей для зачистки изоляции (рис. 7.132).
Рис. 7.133. Опрессовка обжимной гильзы
Насадите обжимную гильзу на оба зачищенных конца провода и опрессуйте ее обжимными клещами (рис. 7.133).
Убедитесь в использовании подходящего наконечника для использованной обжимной гильзы.
Изоляцию провода опрессовывать нельзя.
После опрессовки обжимную гильзу необходимо усадить, чтобы не допустить попадания внутрь нее влаги.
Установите насадку на промышленный фен, 220 В/ 50 Гц.
Рис. 7.134. Разогрев обжимной гильзы
Разогрейте обжимную гильзу феном в продольном направлении от середины к краям, пока она не сожмется полностью и на концах выступит клей (рис. 7.134).
Соблюдайте указания руководства по эксплуатации фена
При необходимости ремонта нескольких проводов следует соблюдать определенное расстояние между обжимными гильзами. чтобы в обхвате жгут проводов не оказался после ремонта слишком толстым, обжимные гильзы устанавливайте с некоторым смещением относительно друг друга.
Если изначально отремонтированное место было обмотано изолентой, то после ремонта его следует обмотать желтой изолентой.
Отремонтированный жгут проводов после следует при необходимости закрепить хомутом для стяжки проводов, чтобы избежать посторонних звуков при езде.
Бортовая электроника современного автомобиля в своем составе имеет большое количество исполнительных и управляющих устройств. К ним относятся всевозможные датчики, контроллеры и т.д.
CAN-шина обеспечивает подключение любых устройств, которые могут одновременно принимать и передавать цифровую информацию (дуплексная система). Собственно шины представляет собой витую пару. Данная реализация шина позволила снизить влияние внешних электромагнитных полей, возникающих при работе двигателя и других систем автомобиля. По такой шине обеспечивается достаточно высокая скорость передачи данных.
Как правило, провода CAN-шины оранжевого цвета, иногда они отличаются различными цветными полосами (CAN-High — черная, CAN-Low — оранжево-коричневая).
Благодаря применению данной системы из состава электрической схемы автомобиля высвободилось определенное количество проводников,которые обеспечивали связь, например, по протоколу KWP 2000 между контроллером системы управления двигателем и штатной сигнализацией, диагностическим оборудованием и т.д.
Скорость передачи данных по CAN-шине может достигать до 1 Мбит/с, при этом скорость передачи информации между блоками управления (двигатель — трансмиссия, ABS — система безопасности) составляет 500 кбит/с (быстрый канал), а скорость передачи информации системы «Комфорт» (блок управления подушками безопасности, блоками управления в дверях автомобиля и т.д.), информационно-командной системы составляет 100 кбит/с (медленный канал).
На рис. 1 показана топология и форма сигналов CAN-шины легкового автомобиля.
При передаче информации какого-либо из блоков управления сигналы усиливаются приемо-передатчиком (трансивером) до необходимого уровня.
Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN. Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов. Так, например, сопротивление блоков управления, подключенных к CAN-шине силового агрегата, в среднем составляет 68 Ом, а системы «Комфорт» и информационно-командной системы — от 2,0 до 3,5 кОм.
Следует учесть, что при выключении питания происходит отключение нагрузочных сопротивлений модулей, подключенных к CAN-шине.
На рис. 2 показан фрагмент CAN-шин с распределением нагрузки в линиях CAN-High, CAN-Low.
Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.
Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.
Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.
Также интерфейс используется для ввода и вывода диагностической информации, запрос которой реализуется по проводу «К», подключенному к интерфейсу или к специальному диагностическому кабелю CAN-шины.
В данном случае большим плюсом в проведении диагностических работ является наличие единого унифицированного диагностического разъема (колодка OBD).
На рис. 3 показана блок-схема межсетевого интерфейса.
Следует учесть, что на некоторых марках автомобилей, например, на Volkswagen Golf V, CAN-шины системы «Комфорт» и информационно-командная система не соединены межсетевым интерфейсом.
В таблице представлены электронные блоки и элементы, относящиеся к CAN-шинам силового агрегата, системы «Комфорт» и информационно-командной системы. Приведенные в таблице элементы и блоки по своему составу могут отличаться в зависимости от марки автомобиля.
Диагностика неисправностей CAN-шины производится с помощью специализированной диагностической аппаратуры (анализаторы CAN-шины) осциллографа (в том числе, со встроенным анализатором шины CHN) и цифрового мультиметра.
Как правило работы по проверке работы CAN-шины начинают с измерения сопротивления между проводами шины. Необходимо иметь в виду, что CAN-шины системы «Комфорт» и информационно-командной системы, в отличие от шины силового агрегата, постоянно находятся под напряжением, поэтому для их проверки следует отключить одну из клемм аккумуляторной батареи.
Основные неисправности CAN-шины в основном связаны с замыканием/обрывом линий (или нагрузочных резисторов на них), снижением уровня сигналов на шине, нарушениями в логике ее работы. В последнем случае поиск дефекта может обеспечить только анализатор CAN-шины.
Существуют различные CAN сети. Например, в автомобилях CAN сети разделены на две категории,
на принципе передачи данных по сети. Сети контроля систем комфорта и удобств, с большим количеством идентификаторов информации,
меньшее количество информации, но информация передается организованно и быстро.
• Интегрированная серийная коммуникационная шина для приложений работающих в режиме
времени. • Сеть работоспособна при скорости обмена данными до 1Mbit/s. • Обладает превосходными возможностями обнаружения и проверки ошибок и неисправностей. • Изначально CAN шина разработана для применения в автомобилях • Используется в различных автоматических системах и системах управления. • Международный стандарт: ISO 11898
CAN — система на серийной шине приспособленная для организации сети интеллектуальных устройств,
как датчиков и исполнительных устройств в системе или подсистеме.
CAN система на серийной шине с мультифункциональными возможностями, все CAN узлы способны
передавать данные и некоторые CAN узлы могут запрашивать шину одновременно. Передатчик передает
CAN узлам. Каждый узел, на основании полученного идентификатора, определяет, следует ли ему
сообщение или нет. Идентификатор так же определяет приоритет, который имеет сообщение при доступе к
шине. Простота определяет стоимость оборудования и затраты на обучение персонала. CAN микросхемы
быть относительно просто запрограммированы. Вводные курсы, функциональные библиотеки, наборы для
начинающих, различные интерфейсы, I/O модули и инструменты в широком разнообразии представлены в
открытой продаже по доступным ценам. С 1989 года CAN микросхемы могут быть свободно и просто соединены
с микроконтроллерами. В настоящее время в наличии около 50 CAN микросхем для микроконтроллеров более
чем 15 производителей. CAN применяется в большинстве Европейских легковых автомобилях, а так же решение производителей
грузовиков и внедорожников в дальнейшем применять CAN, определили развитие более чем на 10 лет. В
других областях применения, таких как, бытовая сфера и индустриальный сектор наблюдается рост продаж
CAN оборудования, и будет продолжаться в будущем. К
весне 1997 года уже насчитывалось более чем 50 миллионов установленных CAN узлов. Одна из выдающихся
особенностей CAN протокола высокая надежность обмена данными. CAN контроллер регистрирует ошибки и
обрабатывает их статистически для проведения соответствующих измерений, CAN узел, являющийся источником
неисправности, в результате будет отстранен от соединения. Каждое CAN сообщение может содержать от 0 до 8 бит пользовательской информации. Конечно, возможна
передача более продолжительных данных с применением фрагментации. Максимальная специфицированная
скорость обмена 1 Mbit/s. Это возможно при протяженности сети не более 40м. Для более длинной
коммуникации скорость обмена должна быть снижена. Для дистанции до 500 м скорость 125Kbit/s, и для
передачи более чем на 1 км допускается скорость 50 Kbit/s.
CAN сети могут быть использованы как внедренные коммуникационные системы для микроконтроллеров так же
как и открытые коммуникационные системы для интеллектуальных устройств. CAN система серийной шины,
разработанная для применения в автомобилях, будет широко применяться в промышленных коммуникационных
системах и во многом они будут сходны. В обоих случаях основными требованиями являются: низкая стоимость
, способность функционировать в сложных условиях, продолжительная работоспособность и простота
применения. Некоторые пользователи, например, в области медицинской инженерии, предпочитают CAN потому, что
необходимо соблюдать жесткие требования по безопасности. Подобные условия с повышенными требованиями
по надежности и безопасности предъявляются и некоторым другим устройствам и оборудованию (т.е. роботы,
подъемные и транспортные системы).
CAN протокол разработан Robert Bosch GmbH и защищен патентами.
Далее перечислены некоторые международные CAN стандарты • CAN стандарты: o ISO 11898-1 — CAN протокол o ISO 11898-2 — CAN высокоскоростная физическая структура o ISO 11898-3 — CAN низкоскоростная физическая структура совместимая с ошибками o ISO 11898-4 — CAN запуск o ISO 11898-5 — Высокоскоростное низковольтное устройство (в разработке). o ISO 11519-2 – заменен на 11898-3. • ISO 14230 — «Keyword Protocol 2000» – диагностический протокол использующий серийную линию, не CAN • ISO 15765 – Диагностический протокол по CAN bus — Keyword 2000 на CAN bus. • J1939 — Основной CAN протокол для грузовиков и автобусов определенный SAE • ISO 11783 — J1939 и дополнение для сельхоз машин • ISO 11992 – определяет интерфейс тягачей и прицепов • NMEA 2000 — Протокол основанный на J1939 для судов, определен NMEA.
CAN протокол является стандартом ISO (ISO 11898) для последовательной передачи данных. Протокол
разработан для приложений автомобильного применения. В настоящее время CAN системы широко
распространены, и применяются в индустриальной автоматике, различных транспортных, специальных
— Доступность для потребителя. CAN протокол успешно применяется на протяжении более 15 лет, с 1986 года. Существует богатый выбор CAN
продуктов и устройств в открытой продаже.
— Реализация протокола на аппаратном уровне Протокол базируется на аппаратном уровне. Это дает возможность комбинировать способность распознавать и
контролировать ошибки со способностью высокоскоростной передачи данных.
— Примитивная линия передачи Линия передачи данных, в большинстве случаев, витая пара. Но связь по CAN протоколу так же может
осуществляться по одному проводу. В различных случаях возможно применение наиболее подходящих каналов
связи, оптического или радио канала.
— Превосходная способность обнаружения ошибок и сбоев и локализация неисправностей. Способность обнаруживать ошибки и сбои является существенным преимуществом CAN протокола. Механизм
определения ошибок построен на экстенсивном принципе, так же надежна и хорошо разработана система
— Система обнаружения и проверки неисправностей Неисправный источник в системе способен дезорганизовать всю систему, т.е. занять все каналы связи. CAN
протокол имеет встроенную возможность которая предохраняет систему от источника неисправности.
Источник ошибки отстраняется от приема и передачи данных по CAN шине.
2. CAN шинаВведение CAN протокол является стандартом ISO (ISO 11898) для последовательной передачи данных. Протокол
разработан для приложений автомобильного применения. В настоящее время CAN системы широко
распространены и применяются в индустриальной автоматике, различных транспортных, специальных
машинах и автомобилях. CAN стандарт описывает параметры сигнала на физическом уровне и порядок передачи данных который
определен двумя различными типами сообщений, правила арбитража доступа шины и метод определения и
CAN определен стандартом ISO 11898-1 и включает следующие основные сведения. • На физическом уровне, сигнал передается, используя витую пару. • Для контроля к доступу шины применяются правила арбитража. • Блоки данных небольшие по размеру (в большинстве случаев 8 байт) и защищены чексуммой. • Блоки данных не имеют адресации, вместо того каждый блок содержит числовое значение, которое
определяет приоритет передачи по шине, так же может нести идентификатор содержания блока данных. • сложная схема обработки ошибок, которая приводит к повторной передаче данных, которые должным
образом не получены. • Эффективные действия по изоляции неисправностей и отключение источника неисправности от шины.
Протоколы высшего порядка (HLP)
CAN протокол определяет безопасную передачу небольших пакетов данных из пункта А в пункт Б используя
общую линию коммуникации. Протокол не содержит средств контроля потока, адресацию, не предоставляет
передачу сообщений более чем 8 бит, не осуществляет установку соединения и т.д. Перечисленные свойства
определяются HLP(Higher layer protocol) или Протокол Высшего Порядка. Условия HLP получены и состоят из
Назначение HLP • Стандартизация процедур запуска и установка скорости передачи • Распределение адресации устройств и разновидности сообщений. • Определение порядка сообщений • обеспечивает механизм определения неисправностей системного уровня
Существуют два вида продуктов CAN , CAN микросхемы и средства обеспечения и развития CAN. На высшем уровне две другие разновидности продуктов, CAN модули и CAN средства разработки. Широкое
разнообразие подобных продуктов доступно в открытой продаже.
Патенты в отношении CAN приложений могут быть различных видов и направлений. Далее несколько видов: • Синхронизация и реализация частоты передачи • Передача больших блоков данных ( CAN протокол использует фреймы длинной не более 8 бит) Системы контроля распределения CAN протокол продуктивная база для создания систем контроля распределения. Метод арбитража обеспечивает
возможность каждого CAN устройства взаимодействовать с сообщениями относительно этого устройства. Система контроля распределения может быть заявлена как система, в которой возможности процессора
распределены среди устройств системы, или же наоборот, как система с центральным процессором и
локальными I/O устройствами. При разработке CAN сети могут быть применены различные совместимые аппаратные устройства, обладающие
необходимыми свойствами и удовлетворяющие заданным или расчетным параметрам сети такие как, частота
процессора, скорость передачи данных и т.д.
Действующие протоколы высшего порядка (HLP)
CAN протокол определяет безопасную передачу небольших пакетов данных из пункта А в пункт Б используя
общую линию коммуникации. Протокол не содержит средств контроля потока, адресацию, не предоставляет
передачу сообщений более чем 8 бит, не осуществляет установку соединения и т.д. Перечисленные свойства
определяются HLP, higher layer protocol (Протоколами Высшего Порядка). Условия HLP получены и состоят из
OSI модели (Open Systems Interconnect Model) CanKingdom CANopen/CAL DeviceNet J1939 OSEK SDS HLP обычно определяет • Параметры запуска • Распределение идентификатора сообщения среди различных устройств в системе • Интерпретация содержимого блоков данных • Статус взаимодействия в системе
Характеристика SDS, DeviceNet and CAN Kingdom.
И различия между CAN Kingdom and CANopen. В настоящее время насчитывается более 50 HLP. Применение HLP
обязательно, в противном случае придется изобрести свой, собственный HLP.
CanKingdom поддерживается организацией CanKingdom International полная спецификация доступна на сайте
организации. CanKingdom обычно упоминается как CAN (Controller Area Network) протокол высшего порядка. В реальности
наиболее упорядоченный протокол. Модули в системе соединены сетью, в которой один из модулей является
главным (King). Например: для организации plug & play системы, главный модуль определяет какое устройство
и при каких обстоятельствах может быть добавлено, разрешено добавление только специфицированных
устройств. CanKingdom обеспечивает простую уникальную идентификацию устройств в системе, для этого
используется стандарт идентификации EAN/UPC, индивидуальный идентификатор устройства определяется
серийным номером устройства. CanKingdom предоставляет разработчику все потенциальные возможности CAN. Дизайнер не ограничен мультимастер протоколом CSMA/AMP и может создавать виртуальные системы
управления шинами всевозможных разновидностей и топологии. Предоставляет возможность создания
общих модулей без учета обстоятельств таких как, зависимость от HLP и свойств системы. Дизайнер может
определить использование только специфических модулей, совмещая тем самым ценности открытой системы
с преимуществами системы с ограниченным и безопасным доступом.
Потому как идентификатор в CAN сообщениях не только идентифицирует сообщение, но так же управляет
доступом к шине, ключевое значение имеет нумерация сообщений. Другой важный фактор — это идентичность
структуры данных в поле данных, как в передающем, так и принимающем модулях. Введением небольших,
простых правил, указанные факторы полностью контролируемы и коммуникации оптимизированы для любой
системы. Это выполняется во время короткой фазы установки при инициализации системы. Так же возможно
включение устройств, не следующих CanKingdom правилам, в CanKingdom систему. CanKingdom сопровождается соответствующей документацией по модулям и системам.
CAL сокращенно от «CAN Application Layer» Порядок или слой CAN приложений, протокол поддерживается CiA.
CAL разделен на несколько составных частей: • CMS (CAN-based Message Specification) определяет протоколы передачи данных между CAN устройствами • NMT (Network Management Service) определяет протоколы запуска и выключения, определения неисправностей,
и т.д. • DBT (Distributor Service) определяет протокол распределения идентификаторов различных устройств в системе — CAL протокол отличный от OSI модели (Open Systems Interconnect (OSI) Model) — CANopen является подразделом CAL, и скомпонован как набор профилей, которые не завершены окончательно. — CAL/CANopen один из HLP действующих протоколов, поддерживаемых CiA. — CAL и CANopen спецификации в полном объеме доступны и поддеживаются CiA
Протокол развивается “Rockwell Automation nowadays”, определен организацией ODVA (Open DeviceNet Vendor
Association). DeviceNet один из четырех протоколов, которые поддерживает CiA.
J 1939 высокоскоростная сетевая коммуникация класса С разработанная для поддержки функций управления в
режиме реальногго времени между контроллерами, которые физически расположены в различных местах
автомобиля. Jl708/Jl587 предыдущий, широко распространенный тип сети класса B с возможность обмена простой
информацией, включая диагностические данные, между контроллерами. J1939 обладает всеми свойствами
J1708/J1587. J1939 использует CAN протокол с позволяет любому устройству передавать сообщение по сети в момент когда
шина не загружена. Каждое сообщение включат в себя идентификатор, который определяет приоритет сообщения
, информацию об отправителе данных, об информации, заключенной в сообщении. Конфликты избегаются
благодаря механизму арбитража, который активизируется с передачей идентификатора (используется безопасная
схема арбитража). Это позволяет сообщениям с наивысшим приоритетом передаваться с наименьшими
задержками, по причине равного доступа к шине любым из устройств сети. J1939 организован из нескольких частей основанных на (Open Systems Interconnect (OSI) Model). OSI модель
определяет семь коммуникационных порядков (слоев), каждый представляет различные функции. В то время
как есть документ J1939, ассигнованный каждому слою, не все они явно определены в пределах J1939. Другие
слои выполняют вторичные функции, описанные в другом месте. Физический Слой описывает электрический
интерфейс коммуникаций (витая экранированная пара проводов, который может также быть упомянут как шина).
Слой Канала связи описывает протокол или управляет структурой сообщения, получая доступ к шине, и
обнаруживая ошибки передачи. Слой приложения определяет специфические данные, содержащиеся в каждом
сообщении, посылаемом по сети. Полный комплект спецификации можно приобрести в SAE, ниже приведен перечень документов J1939 дополняется следующими документами: J1939 Практические рекомендации по Контролю серийной передачи и коммуникационная сеть транспортного
средства J1939/11 Физический порядок (слой) – 250k bits/s, экранированная витая пара J1939/13 Диагностические разъемы J1939/21 Данные слоя связи J1939/31 Слой сети J1939/71 Слой приложений J1939/73 Диагностика J1939/81 Управление сетью
OSEK/VDX является совместным проектом в автомобильной индустрии. Создан как промышленный стандарт
открытой оконечной архитектуры для распределенных контроллеров транспортных средств. Операционная
система в режиме реального времени, интерфейсы программных средств и задачи управления сетью
специфицированы совместно. OSEK» (Open systems and the corresponding interfaces for automotive electronics.)
Открытые системы и информационные интерфейсы для автомобильной электроники. VDX “Whicule Distributed
eXecutive» Распределенные исполнители транспортного средства. Компании совместно участвующие в разработке: Opel, BMW, DaimlerChrysler, IIIT — University of Karlsruhe, PSA,
Renault, Bosch, Siemens, Volkswagen. Официальный сайт: www.osek-vdx.org
Smart Distributed System (SDS)
SDS система, на основе шины для интеллектуальных датчиков и исполнительных устройств, с упрощенным
процессом установки, предоставляет широкие возможности управления вводом – выводом. Посредством одного
четырехпроводного кабеля SDS система может быть оборудована до 126 приборами с индивидуальным
адресом. Дополнительная информация и спецификация по SDS доступна на сайте разработчика Honeywell. SDS
один из действующих четырех протоколов поддерживаемых CiA.
Сравнительная характеристика основных HLP протоколов Общие сведения
DeviceNet, SDS и CAN Kingdom основаны на ISO 11898 CAN коммуникационном протоколе и функционируют
согласно требований CAN спецификации. Каждый CAN модуль, следующий определенному протоколу может
быть подключен к CAN шине следующей тому же протоколу. В любом случае при подключении модулей,
действуют по различными протоколам, в большинстве случаев проблемы возникают по причине конфликта
интерпретации сообщений на уровне приложений. CAN Kingdom отличается от SDS и DeviceNet основным
принципом: CAN Kingdom организуется главным узлом коммуникации (“King”) при запуске, в отличии от SDS и
DeviceNet. Такая организация позволяет упростить разработку комплекса систем реального времени и
необходимое количество модулей координирующих спецификации, часто обозначаемые как профили. SDS эффективен при подключении I/O устройств, различных выключателей и датчиков к PLC , фактически
представляет собой соединение между основным модулем и удаленными I/O устройствами. DeviceNet открытая система, в которой все модули имеют равные права по пользованию шиной, и порядок
пользования шиной определяется небольшим набором инструкций. Разработчик модулей системы может
передать полномочия по управлению коммуникацией другим модулям, например основному модулю в
предопределенном режиме Главный/подчиненный, но DeviceNet не имеет возможности передать полномочия
другим модулям. Характеристики SDS с использованием I/O устройств и DeviceNet в режиме Главный
сходны. Can Kingdom протокол ориентированный на системы продуцирования, соединения и контроля и не
профили для цифровых и аналоговых устройств. Основная особенность протокола заключается в том что
модуль, подключенный к системе только ожидает инструкции от главного устройства. Все CAN приоритеты и
идентификаторы принадлежат и предоставляются главным устройством. Во время запуска каждый модуль
конфигурируется основным устройством, определяются приоритеты и идентификаторы объектов
и потребляющих. Основное устройство является главным, но только в период конфигурирования системы.
Главное устройство не может быть внедрено в период коммуникационной сессии между работающими
приложениями различных модулей. Основное устройство может быть удалено после конфигурирования и
проверки комплектности, при том каждый модуль запоминает полученные инструкции в памяти.
В предыдущей статье мы поговорили о проблемах в шине передачи данных CAN, возникших в результате износа аккумуляторной батареи и просадки питающего напряжения при запуске ниже порога работоспособности шины. Сегодня продолжим разговор о CAN-шине, но немного в другом ключе: прежде всего вспомним принцип ее работы, а затем рассмотрим один из случаев топологии шины и разберем осциллограмму дефекта.
Перед нами автомобиль Infinitit Q 50 , оснащенный весьма редким турбированным мотором VR 30 DDT объемом 3 . 0 л и мощностью 400 лошадиных сил. Но проблема заключается не в этом замечательном агрегате, а как раз в CAN-шине: подключив диагностический сканер, не удается установить связь с доброй половиной блоков управления.
