گروه شرکت های ره نگار

اخبار 

1398/12/20

شبکه CAN ، اجزا و قطعات

MasterCAN_DAC15_2_eng2.jpg شبکه CAN در چند جمله:
به معنای گسترده ای ، CAN-bus (Controller Area Network-bus) مجموعه ای از استانداردها است که دستگاه های مختلف را قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر می کند که در سال 1983 توسط رابرت بوش GmbH با هدف اتصال واحدهای کنترل الکترونیکی (ECU) در وسایل نقلیه موتوری ایجاد شده است.
 
برای دستیابی به انعطاف پذیری و شفافیت طراحی ، CAN به لایه های مختلفی تقسیم گردید. برای برقراری ارتباط ، شبکه CAN از دو سیم اختصاصی استفاده می کند: CAN کم و CAN زیاد ، که با استفاده از آن کنترلر CAN به تمام اجزای شبکه وصل می شود. می توان سیم کشی کاملاً پیچیده را با یک اتوبوس دو سیم جایگزین کرد. CAN با استفاده از یک سیگنال دیفرانسیل ، باعث می شود که مقاومت بیشتری در برابر نویز داشته باشد ، با دو حالت منطقی: مغلوب و غالب. امروزه شبکه CAN تقریباً از ماشینهای قهوه گرفته تا مدیریت ناوگان و برنامه های فضایی استفاده می شود. ما در این مقاله به طور خلاصه اصول کار شبکه CAN را شرح خواهیم داد :
شبکه CAN: برخی از اصول اولیه
پروتکل ارتباطات ISO-11898: 2003 CAN چگونگی انتقال اطلاعات بین دستگاه ها در یک شبکه را براساس مدل اتصال سیستم های باز(OSI)که به عنوان مجموعه ای از لایه ها در شکل زیر ارائه می شود ، توضیح می دهد. پایین ترین دو لایه از مدل هفت لایه OSI / ISO ، لایه های فیزیکی و پیوند داده ها است. لایه فیزیکی ارتباط بین دستگاههای متصل را مشخص می کند.

لایه دیتا علاوه بر موارد دیگر ، به سازماندهی بیت ها در فریم ها نیز اهمیت می دهد و شامل دو پروتکل می باشد: CAN کلاسیک (سال 1988) و CAN FD (سال 2012).
 
لایه برنامه در واقع لایه کاربر نهایی است و دسترسی به منابع شبکه را فراهم می کند. دو نوع فرمت برای پیام / فریم وجود دارد: استاندارد و تعمیم یافته. تنها اختلاف آنها طول شناسشان می باشد - استاندارد 11 بیت دارد و تعمیم یافته29 بیت.
 
ساختار پیام استاندارد را می توان در 8 قسمت تقسیم کرد همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. این بخش ها عبارتند از:
1-شروع فریم (SOF) .
2-شناسه فریم (CAN-ID)  ، شناسایی اولویت پیام .
3-درخواست انتقال از راه دور (RTR ) : نشان می دهد که آیا یک گره داده ها را از گره دیگر درخواست می کند یا داده را ارسال می کند
4-کنترل : (طول داده ها را بر اساس بایت مشخص می کند)
5- داده ها : (مقادیر واقعی داده ها که باید تبدیل گردد
 6-بررسی افزونگی چرخه ای (CRC)، اطمینان از یکپارچگی داده ها
7- ACK :تأیید می کند که آیا داده ها به درستی دریافت می شوند
8- EOF (پایان فریم) که انتهای پیام را نشان می دهد.

CAN می تواند از یک منطق معکوس با دو حالت استفاده کند: غالب و مغلوب. شکل پایین نمودار ساده ورودی-خروجی یک فرستنده گیرنده CAN را نشان می دهد: جریان بیتی که از یک کنترلر CAN و / یا میکروکنترلر خارج می شود یا بدان وارد می گردد. وقتی کنترل کننده جریانی از بیت ها را ارسال می کند ، این بیت ها تکمیل شده و در خط CANH قرار می گیرند.
 
خط CANL همیشه مکمل CANH است. CAN بایستی بر آنچه در حال حاضر در شبکه است و آنچه را که می فرستد نظارت کند. برای برنامه های کاربردی ، هر دو انتهای شبکه CAN باید بسته شود زیرا هر گره در شبکه می تواند داده ها را انتقال دهد.
 
هر انتهای لینک دارای مقاومت خاتمه برابر با امپدانس مشخصه کابل است. معمولاً مقدار پیشنهادی برای مقاومتهای خاتمه 120 Ω (در محدوده 100 Ω - 130 Ω) است. نباید بیش از دو مقاومت خاتمه دهنده در شبکه وجود داشته باشد ، زیرا مقاومت های اضافی بار اضافی را بر روی درایورها قرار می دهند.



شکل زیر یک شبکه آزمایشی CAN را نشان می دهد. گره های موجود در شکل می توانند پیامهای ارسالی از تکنولوژی سنجش هوشمند و یک کنترل کننده موتور باشد. یک نمونه معمولی می تواند به عنوان مثال از سنسور دما نام برد.
 
اگر سنسور دیگری نیاز به ارسال پیام به طور همزمان داشته باشد ، داوری اطمینان می دهد که پیام ارسال شده است . به عنوان مثال ، گره A ارسال پیام خود را به اتمام می رساند در حالیکه  گره های B و C تصدیق می کنند که یک پیام صحیح دریافت شده است. سپس نوبت به گره های B و C می رسد.میان آنها داوری می شود و اگر گره C برنده داوری شود ، پیامی را ارسال می کند. گره های A و B پیام از گره C را تأیید می کنند ، و گره B سپس پیام خود را ارسال می کند.
 
قطب مخالف ورودی و خروجی درایور در  شبکه را باید در نظر داشت. شبکه CAN امروزه به طور گسترده ای در اتومبیل توزیع می شود. تقریباً در تمام وسایل نقلیه ساخته شده موجود است. خودروها در دنیای مدرن اساساً محصول بازار جهانی هستند ، بنابراین همه وسایل نقلیه تمایل دارند که یک شبکه CAN داشته باشند. شبکه CAN از طریق درگاه OBD قابل دسترسی است ، که در شکل زیر نمونه ای از مقاومت 120Ω  میان سیم کشی CAN که روی یک  اتصال دهنده DB9 لحیم شده اند ، واقع در محفظه پوسته DB9 نشان داده شده است.
 
برای سیم کشی پورت OBD به یک دستگاه CAN DB9 نیاز به کابل وجود دارد که می تواند خریداری شود یا ساخته شود. برای اینکه خودتان را بسازید ، یک سوکت 9 پین D-sub (ماده) و یک پلاگین OBD (نر) لازم است. سوکت DB9 باید با پلاگین دستگاه CAN مطابقت داشته باشد.


نمونه ای از پلاگین OBD به سیم کشی CAN DB9 شامل مقاومت اختیاری نیز در شماتیک زیر نشان داده شده است :



برای ساخت شبکه حسگر ، ارتباط با یک شبکه CAN و مشاهده سیگنال های CAN از وسایل نقلیه گزینه های زیادی وجود دارد. میکروکنترلرهای مختلفی که  در حال حاضر دارای پشتیبانی از پروتکل CAN هستند و می توانند از طریق یک تراشه فرستنده گیرنده CAN به شبکه CAN متصل شوند.
 
همچنین راه حل هایی مانند Raspberry Pi ، Texas Instrument Launchpad و Arduino وجود دارد که می توانند با استفاده از برخی افزودنیها ، به CAN متصل شوند. شبکه ارتباطی در وسایل نقلیه مدرن حجم عظیمی از داده ها را فراهم می کند که می تواند در مدیریت ناوگان به منظور افزایش ایمنی راننده ، کاهش هزینه های کلی ، بهبود فرایندهای نگهداری و پشتیبانی از مسئولیت های محیط زیستی مورد استفاده قرار گیرد.
 
فعال کردن داده های شبکه CAN این امکان را برای صاحبان ناوگان ایجاد می کند تا به اطلاعات مختلفی از جمله مصرف سوخت ، کیلومتر شمار ، چرخش در دقیقه ، موقعیت دریچه گاز ، بار / گشتاور موتور ، دمای موتور و سطح سوخت و ... دسترسی پیدا کنند.
 
برخی از آلترناتیو های پروتکل CAN شامل رابط های بی سیم CAN ، پروتکل های FlexRay و Automobile Ethernet هستند. همه آنها در حال ایجاد و گسترش می باشندو توجه همگان را به خود جلب نموده اند.