Controller Area Network

Skocz do: nawigacji, szukaj

Controller Area Network (CAN) jest szeregową magistralą komunikacyjną powstałą w latach 80. w firmie Robert Bosch GmbH z myślą o zastosowaniach w przemyśle samochodowym (ABS, sterowanie silnika). Obecnie znajduje zastosowanie również w przemysłowych magistralach polowych (najpopularniejsze standardy: CANopen, DeviceNet, SDS, ProfiBus).

Magistrala CAN wykorzystuje dwuprzewodową skrętkę i pracuje z maksymalną prędkością transmisji 1Mbit/s na dystansie do 40m. Wraz ze zwiększaniem dystansu spada maksymalna prędkość transmisji (np. 250kbit/s na 250m).

W magistrali CAN nie ma wyodrębnionej jednostki nadrzędnej dlatego należy do grupy magistral typu multi-master. Komunikacja ma charakter rozgłoszeniowy ponieważ komunikaty nadawane na magistralę obierane są przez wszystkie urządzenia. Najważniejsze cechy CAN-a to: 1) do 8 bajtów danych w komunikacie, 2) komunikaty rozpoznawane przez identyfikatory, 3) automatyczna obsługa dostępu do magistrali, 4) sprzętowa obsługa błędów.

Ramki komunikatów CAN w standardzie 2.0A

Ramki komunikatów CAN w standardzie 2.0B

Obecnie w praktyce funkcjonują dwie wersje protokołu: 2.0A (11-bitowy identyfikator) i 2.0B (29-bitowy identyfikator). Wersja 2.0B jest wersją rozszerzoną formatu 2.0A. Ramka danych CAN składa się z 7 pól - początku, arbitracji, sterującego, danych, sumy kontrolnej, potwierdzenia i końca.

W standardzie 2.0B pole arbitracji ma 32 bity (12 w 2.0A). Identyfikator komunikatu zajmujący niemal całe pole arbitracji, określa priorytet dostępu do magistrali - im mniejsza wartość liczbowa, tym priorytet większy. Charakterystyczne dla magistrali CAN jest to, że identyfikator nie jest przypisany do urządzenia, lecz do komunikatu. Dostęp do magistrali jest przyznawany metodą dominacji bitowej (bit dominance). Polega ona na tym, że wszystkie stacje badają stan magistrali czekając na możliwość wysłania własnego komunikatu. Konflikty wynikające z ewentualnego podjęcia równoczesnego nadawania przez kilka stacji są rozwiązywane w początkowej fazie transmisji w trakcie wysyłania pola arbitracji zawierającego identyfikator komunikatu. Jeżeli fizyczne medium transmisyjne posiada własność dominacji zera (jak w przypadku tzw. iloczynu na drucie), wysłanie przez jedną stację wartości logicznej 0 (poziom dominujący), a przez drugą 1 (poziom recesywny) powoduje, że na magistrali ustala się 0. Dostęp do łącza otrzyma więc stacja o niższym numerze identyfikacyjnym. Stąd też wynika warunek poprawnej arbitracji wymagający aby w sieci dwa urządzenia nie mogły nadawać komunikatów o tym samym identyfikatorze.

CAN charakteryzuje się dużą odpornością na zakłócenia i niezawodnością. Uzyskano to poprzez nadawanie danych w postaci napięciowego sygnału różnicowego oraz sprzętowej obsłudze protokołu i kontroli błędów. Specjalizowane kontrolery formują komunikaty, sterują bezkolizyjnym dostępem do magistrali, filtrują komunikaty. Obecnie większość czołowych firm elektronicznych produkuje kontrolery CAN jako układy peryferyjne lub wbudowane w np. w mikrokontrolery.

Elektronika na szosie

Jadąc samochodem, rzadko zdajemy sobie sprawę z obecności mnóstwa elektronicznych podzespołów kontrolujących pracę silnika, czystość spalin, bezpieczeństwo, właściwości układu jezdnego, hamulców i wielu innych elementów składających się na coś, czym możemy się rozkoszować trzymając w dłoniach kierownicę i naciskając pedały. Elektronika w nowoczesnych samochodach znajduje się - w większym lub mniejszym stopniu - praktycznie w każdym wypuszczanym na rynek modelu. Międzynarodowe przepisy oraz normy dotyczące bezpieczeństwa i emisji szkodliwych spalin do atmosfery wymusiły zastosowanie w produkowanych pojazdach całego zespołu czujników i innych elementów elektronicznych, dokładnie czuwających nad utrzymaniem stałych wartości, np. spalania paliwa czy optymalnego jego zużycia.
Jednak nie tylko międzynarodowe przepisy ochrony środowiska spowodowały rozwój elektronicznych technologii stosowanych w samochodach. Układy elektroniczne są dużo sprawniejsze w nadzorowaniu pracy elementów mechanicznych niż najdoskonalszy nawet mechanik. Ponadto mogą pracować bez przerwy.

Cyfrowe sterowniki

Komputer pokładowy, spotykany zazwyczaj w najbardziej luksusowych modelach pojazdów, zajmujący się łącznością satelitarną, obsługą GPS (Global Positioning System) związaną na bieżąco z podawaną pozycją samochodu na mapie i innymi "bajerami" to - jak na razie - najwyższy etap wprowadzania elektroniki do samochodów. Oszołomieni technologicznymi nowinkami wprowadzanymi do najdroższych modeli zwykle zapominamy, że i te znacznie tańsze pojazdy wyposażone są w układy kontrolujące właściwości poszczególnych elementów, z jakich składa się każdy samochód.

Najprostszymi podzespołami elektronicznymi w samochodach są sterowniki, z których każdy odpowiada za pracę konkretnego elementu składowego, np. silnika, skrzyni biegów, hamulców (ABS) itp. Przedstawienie elektronicznego wspomagania zaczniemy od bodaj najważniejszego w każdym samochodzie układu, czyli silnika.

Elektronika w silniku

Najnowsze Volvo S80 wyposażone jest w 17 komputerów, których czujniki i układy zostały połączone ok. 1200 metrami kabli

Elektroniczne układy sterujące pracą silnika, a właściwie poszczególnych jego elementów, pojawiły się w samochodach wraz z silnikami, w których zastosowano bezpośredni wtrysk paliwa do komory spalania. Dotyczy to zarówno silników wysokoprężnych (dieslowskich), jak i benzynowych. Rozwiązaniem spotykanym w nowoczesnych silnikach jest zastosowanie tzw. elektronicznego sterownika silnika. Dawka paliwa i moment wtrysku regulowane są elektronicznie, co znacznie ułatwia uwzględnienie norm odnośnie zużycia paliwa i emisji spalin. Wymienienie i szczegółowe przedstawienie poszczególnych funkcji sterowników silnika to zadanie, któremu nie sprosta ani autor tego tekstu, ani też objętość ENTERA. Warto jednak zapoznać się choćby z najważniejszymi cechami pracy tego elektronicznego elementu.

Samodiagnoza

System DISTRONIC w Mercedesie klasy S. Wbudowany radar bada odległość od innych pojazdów. Dzięki integracji z elektroniką układu jezdnego kierowca ma wyświetlaną na desce rozdzielczej odległość, a hamulce mogą w razie potrzeby zareagować szybciej.

W czasie pracy sterownik silnika samochodu dokonuje porównania wiarygodności sygnałów pochodzących z zamontowanych w silniku czujników.
Skąd pojęcie wiarygodność? Otóż każdy sterownik jest programowany na pewien zadany zakres wartości, jakie ma akceptować i uznawać za symptom poprawnie funkcjonującego silnika. Porównanie rzeczywistych wartości uzyskiwanych z czujników z uprzednio zaprogramowanymi umożliwia także kontrolę nad sprawnością funkcjonowania mechanicznych i elektrycznych podzespołów silnika. Wyobraźmy sobie, że gdzieś w gąszczu kabli, jakimi "oplecione" jest wnętrze samochodu, nastąpiło lekkie przebicie elektryczne. Zaznaczmy przy tym, że nie chodzi tu o jakąś radykalną sytuację grożącą niemalże pożarem, ale o zdarzenie, które pozostałoby nie wykryte przez zwykły czujnik mechaniczny (elektryczny). Tymczasem dzięki sterownikowi nawet najmniejsze odchylenie poza zakres odpowiadający normie pracy jest natychmiast odnotowywane, wywołuje konkretną reakcję i, co najważniejsze, może być zapamiętywane w pamięci sterownika - ułatwia to znacznie późniejszą analizę sytuacji w serwisie.

Jeszcze większą zaletą wbudowania elektroniki do silnika jest możliwość ustawienia stopni reakcji na dane zdarzenie w zależności od jego wpływu na poprawną pracę silnika. Zdefiniowanie poszczególnych stopni reakcji jest możliwe dzięki odpowiedniemu rozmieszczeniu czujników zbierających informacje o pracy silnika. Otóż informacje z różnych czujników zawierają dane częściowo się pokrywające. Dzięki temu elektroniczny układ sterujący jest w stanie rozpoznać zdarzenie typu "awaria jednego z czujników" od zdarzenia "zwarcie" lub "awaria kluczowego elementu gwarantującego bezpieczną pracę silnika" i w zależności od rozpoznania zastosować odpowiednie metody zaradcze, począwszy od automatycznego nastawienia parametrów na podstawie zaprogramowanych danych zastępczych, aż po odcięcie dopływu paliwa i wyłączenie silnika.

Szybszy serwis

Schemat obiegu informacji

Prosta operacja, jaką było umieszczenie w elektronicznych elementach sterujących pamięci, pozwoliła na wyeliminowanie długotrwałych zazwyczaj pobytów w diagnostycznych stacjach serwisowych. Dziś mechanik wyposażony w specjalny tester, odczytujący pamięć danego sterownika, jest w stanie szybko zlokalizować ewentualne uszkodzenie. Główną funkcją pamięci sterownika jest przechowywanie fabrycznie zaprogramowanego zestawu danych, na bazie których elektroniczny układ steruje pracą podzespołów.

Oprócz tego pamięć układów stosowanych w samochodach pozwala na notowanie błędów, czyli inaczej mówiąc sytuacji, kiedy dany element zaczął pracować niezgodnie z fabrycznie zaprogramowaną specyfikacją. Stwarza to dla serwisu wręcz komfortową sytuację, dzięki której możliwe jest nie tylko usunięcie skutków, ale także znalezienie przyczyn ewentualnych problemów powstałych podczas eksploatacji samochodu.

Inne układy sterujące

Sposoby lączenia sterowników

Oprócz przedstawionego układu elektronicznego sterowania funkcjami charakterystycznymi dla silnika we współczesnych samochodach, w zależności od ich ceny, prestiżu marki czy wreszcie klasy, jaką dany pojazd ma reprezentować na rynku, montowane są także układy elektroniczne sterujące pozostałymi podzespołami samochodu. Są to np. sterownik skrzyni biegów w modelach wyposażonych w automatyczną lub półautomatyczną skrzynię biegów, sterownik ABS-u (Anti-lock Braking System) - systemu zapobiegającego poślizgowi (a właściwie blokowaniu kół) podczas hamowania, czy sterownik zarządzający użytkowymi cechami danego samochodu (centralny zamek, elektryczne opuszczanie szyb itp.). Mimo różnic konstrukcyjnych generalny mechanizm działania zespołu sterownik-czujniki-elementy wykonawcze (patrz schemat), jest podobny bez względu na przedmiot obsługiwany przez dany układ. Logicznym następstwem konstrukcyjnym jest łączenie kilku elektronicznych sterowników. Przy czym nie chodzi o scalanie ze sobą dwóch układów w jeden (byłoby to wysoce niewskazane, gdyż w przypadku awarii trzeba byłoby wymieniać element odpowiedzialny praktycznie za wszystko, czyli b. drogi), lecz umożliwienie przesyłania informacji pomiędzy nimi.

Najprostszą metodą transmisji danych między poszczególnymi sterownikami odpowiedzialnymi za odrębne podzespoły samochodu (np. między sterownikiem silnika a sterownikiem automatycznej skrzyni biegów) jest odpowiednie połączenie kablami złącz obu sterowników. Rozwiązanie to, choć konstrukcyjnie proste, ma jednak pewne wady (por. schemat), które powodują, że wraz ze wzrostem liczby łączonych sterowników wzrasta liczba okablowania, a to zwiększa prawdopodobieństwo uszkodzenia któregoś z nich oraz wprowadza pewien nieład konstrukcyjny.

Procesy nadzorowane przez poszczególne sterowniki muszą być ze sobą ściśle zsynchronizowane i wzajemnie dopasowane. Dość wyrazistym przykładem jest system ASR (regulacja przeciwpoślizgowa), który wykorzystuje do pracy zespół sterowników. Konkretnie ASR powoduje zmniejszenie momentu obrotowego (wywołuje funkcje sterownika silnika), jeśli podczas przyspieszenia następuje poślizg kół napędowych (czujniki sterownika układu jezdnego).

Oczywiste zatem jest, że efektywne i optymalne konstrukcyjnie staje się wykorzystanie czujników i funkcji wszystkich elektronicznych sterowników. Jednak, aby uniknąć zbędnej komplikacji zespołu czujników i układów elektronicznych, trzeba było wymyślić sposób komunikacji między poszczególnymi elementami.

Ekran pokładowego komputera z wyświetloną mapą aktualizowaną na bieżąco na podstawie sygnałów GPS. W zależności od wybranej funkcji zawartość wyświetlacza ulega zmianie.

Tym sposobem dotarliśmy do najbardziej zaawansowanego technologicznie rozwiązania elektronicznego stosowanego w samochodach, jakim są magistrale. Termin "magistrala" określa rozwiązanie pozwalające na komunikowanie się ze sobą różnego typu urządzeń.

Ta dość prosta definicja oddaje istotę rzeczy. Wszak nawet w biurkowych pecetach znajdziemy różnego typu magistrale (PCI, ISA), które umożliwiają używanie najróżniejszego typu kart rozszerzeń bez potrzeby zmiany samego medium komunikacyjnego, czyli właśnie magistrali. W ramce "Magistrala CAN - wewnętrzna infostrada samochodu" opisujemy rozwiązanie zaproponowane przez firmę Bosch, z powodzeniem stosowane w wielu markach samochodów na świecie.

Elektroniczny komfort

Mobilne systemy łączności w samochodzie, zestaw nawigacji satelitarnej i wszelkie inne systemy wczesnego ostrzegania, czuwające nad bezpieczeństwem kierowcy i pasażerów pojazdu, to elementy wzbudzające najwięcej emocji. Dzięki wspomnianemu już rozwiązaniu polegającemu na zastosowaniu do przesyłania danych uniwersalnej magistrali, zestaw elektronicznych gadżetów w samochodzie może być odpowiednio przystosowany bądź to do zamysłów projektantów i konstruktorów, bądź do wymagań indywidualnego klienta.

Jednym z najbardziej bogato wyposażonych pod względem elektronicznym samochodów jest niewątpliwie Mercedes klasy S. Samochód ten jest praktyczną realizacją idei trzystopniowego wprowadzania w elektronikę samochodu magistrali danych. Załączony schemat ujawnia gęstość upakowania elementów elektronicznych, mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa oraz (a może przede wszystkim?) wysokiego komfortu podróżowania.

Samochód jutra

Być może już niedługo po włożeniu kluczyka do stacyjki ujrzymy na ekranie pokładowego komputera napis "Intel Inside". Giganci rynku komputerowego w coraz większym stopniu starają się wpływać na rozwój przemysłu motoryzacyjnego. Intel we współpracy z innymi firmami rynku IT oraz motoryzacyjnymi pracuje nad zaawansowanymi technologiami komunikacyjnymi. Stanie się możliwe nie tylko telefonowanie z samochodu, wysyłanie faksów, wiadomości e-mail itp. Znacznie ważniejsze jest to, że wszystkie te czynności będziemy mogli wykonywać wydając polecenia głosem.

Integracja elektroniki z mechaniką stanie się na tyle silna, że nawet w razie awarii samochód sam będzie powiadamiał wszystkie odpowiednie służby (karetkę, policję, pomoc drogową itp.), zaś zbieg z miejsca wypadku będzie łatwo ujęty dzięki wbudowanemu w każdy pojazd cyfrowemu identyfikatorowi. Namiar satelitarny z łatwością wykaże, gdzie w danym miejscu znajduje się skradziony samochód. Choć wszystkie te rewelacje brzmią dość fantastycznie, może się okazać, że na praktyczne realizacje wspomnianych tu idei wcale nie będziemy długo czekać. Świadczą o tym choćby słowa Rona J. Smitha - wiceprezesa Intel's Semiconductor Product Group - twierdzącego, że technologie umożliwiające wdrożenie tak zaawansowanych aplikacji w konstrukcję samochodu istnieją już dziś.

Jak więc widać termin "komputer" w ujęciu motoryzacyjnym rozumiany jest nieco inaczej niż jego domowe odpowiedniki. Wpływ na to miały niewątpliwie dużo cięższe warunki pracy elektronicznych układów samochodowych, ale także zupełnie inny obszar zastosowań. Widać jednak wyraźnie, że potrzeba ciągłej wymiany i przetwarzania informacji znacznie zbliża do siebie oba - dotychczas różne - typy komputerów. Tym niemniej bez względu na rodzaj i miejsce przesyłania informacji cyfrowej, bit zawsze pozostanie bitem.

Tuning elektroniczny

Istniejące w samochodach elektroniczne elementy sterujące mają zaprogramowane fabrycznie pewne dane, na podstawie których sterownik kontroluje pracę nadzorowanego przezeń układu. Nasuwa się pytanie, czy ustawień "roboczych" nie można zmodyfikować? Owszem, jest to możliwe, ale tylko w wykwalifikowanej stacji obsługi, specjalizującej się w elektronicznych układach, jakie znajdują się w naszym samochodzie.

Należy jednak pamiętać, że jakakolwiek zmiana fabrycznych ustawień być może spowoduje oczekiwany wzrost mocy silnika, ale też przyczyni się do zwiększonego zużycia paliwa. Szczególną uwagę należy też zwrócić na to, by skład spalin, które będą się wydobywały z silnika po takiej operacji mieścił się jeszcze w ramach powszechnie obowiązujących norm ochrony środowiska.

Drugie pytanie: "Czy taka modyfikacja nie jest szkodliwa dla silnika?". Jeżeli całą operację wykonano profesjonalnie, można liczyć na to, że nie zaszkodzi to całemu układowi napędowemu silnika. Zwykle jednak "wyżyłowanie" parametrów pociąga za sobą wzrost wymagań eksploatacyjnych, czyli np. wymóg używania lepszego paliwa, lepszej jakości olejów i częstszych przeglądów.

Elektronika a złodzieje

Sterowniki sterownikami, ale w jaki sposób zabezpieczyć samochód przed kradzieżą? Producenci samochodów myślą także o tym - niewątpliwie przykrym - aspekcie użytkowania samochodu. Wykorzystanie cyfrowych technologii do transmisji danych między elektronicznymi podzespołami samochodu musiało zaowocować powstaniem zabezpieczenia nie chroniącego co prawda całkowicie przed kradzieżą (takiego niestety nie ma), ale znacznie ten proceder utrudniającego.

Najbardziej popularnym rozwiązaniem elektronicznego zabezpieczenia samochodu przed kradzieżą jest immobiliser. Dzięki wykorzystaniu istniejących elektronicznych sterowników, których funkcje umożliwiają np. zablokowanie dopływu paliwa oraz zastosowanie kodowania danych umożliwiło użycie funkcji wbudowanych w poszczególne sterowniki w celu zabezpieczenia przed kradzieżą, a ściślej - nieuprawnionym uruchomieniem samochodu.

Niestety jak zwykle w przypadku wszelkich cyfrowych zabezpieczeń ich najsłabszym elementem jest sam użytkownik - właściciel samochodu.

Magistrala CAN - wewnętrzna infostrada samochodu

Jedną z magistral opracowanych specjalnie dla techniki samochodowej jest rozwiązanie zaproponowane przez firmę Bosch, z powodzeniem stosowane w wielu markach pojazdów na świecie. Mowa o systemie CAN (Controller Area Network). System ten umożliwia wymianę informacji między poszczególnymi sterownikami, przy czym niekoniecznie muszą to być sterowniki konkretnego producenta. Dzięki stworzeniu dla celów systemu CAN odpowiedniego protokołu komunikacyjnego stało się możliwe "dogadywanie się" różnego typu sterowników. W zależności od klasy danego samochodu można wyróżnić trzy główne obszary zastosowania magistrali CAN.

Pierwszy obejmuje komunikację między sterownikami grupy napędu, czyli silnika, ABS-u oraz automatycznej (bądź półautomatycznej) skrzyni biegów.

Drugi to zastosowanie magistrali CAN do połączenia funkcji sterowników określanych mianem "komfortowe" (mają związek z użytkowymi walorami obsługi danego pojazdu, tj. centralny zamek, elektryczna regulacja szyb, lusterek, elektronicznie sterowana klimatyzacja itp.).

Wreszcie trzeci obszar zastosowania magistrali CAN to mobilny system komunikacyjny, integrujący funkcje radia, telefonu, urządzenia nawigacyjnego i bieżącego wyświetlania różnego typu informacji.

Znamienną cechą systemu CAN jest to, że magistrala nie wymaga od sterowników zmian w ich działaniu. Do każdego sterownika dodano jedynie elementy spełniające funkcje interfejsu między sterownikiem a magistralą. Tak jak odpowiedni układ na płycie głównej biurkowego komputera zarządza jego wewnętrzną magistralą, tak i w tym przypadku dodano odpowiedni kontroler CAN. Kontroler ten otrzymuje dane z mikroprocesora danego sterownika, przetwarza je, a następnie wysyła do kolejnego elementu, jakim jest transceiver.

Transceiver jest zarówno nadajnikiem informacji, jak i jej odbiornikiem (stąd nazwa: nadajnik - transmitter, odbiornik - receiver). Zajmuje się on wprowadzeniem obrobionej przez poprzedzający go kontroler informacji do magistrali, a także odbiera dane z magistrali i przesyła je do "rozpatrzenia" kontrolerowi.

Transmisja danych odbywa się za pomocą specjalnego protokołu uwzględniającego wszystkie aspekty cyfrowego przesyłania informacji, m.in. kontrolę błędów, przydział priorytetów (przykładowo komunikaty sterownika ABS są ze względów bezpieczeństwa dużo istotniejsze niż komunikaty sterownika skrzyni biegów czy dane systemu nawigacyjnego). Każdy komunikat umieszczany jest w tzw. ramce danych, określającej wspólny standard dla wszystkich komunikatów przesyłanych po magistrali.

CEM - (Central Electronic Module) Jednostka centralna:

Magistrala zespołu napędowego (silnik, zawieszenie itp.):
ECM	- (Engine Control Module) kontrola silnika
TCM	- (Transmission Control Module) kontrola elektronicznej skrzyni biegów
ETM	- (Electronic Throttle Module) kontrola pedału przyspieszenia
ABS	- (Anti-lock Braking System) kontrola blokowania kół
Magistrala elektroniki użytkowej (komfort, bezpieczeństwo itp.):
PDM	- (Passenger Door Module) kontrola drzwi pasażera
AUM	- (Audio Module) sterowanie systemem audio
CCM	- (Climate Control Module) kontrola systemu klimatyzacji
PHM	- (Phone Module) sterowanie zainstalowanym telefonem komórkowym
UEM	- (Upper Electronic Module) sterowanie światłem wewnętrznym,
SRS	- (Supplementary Restrain System) kontrola pasów bezpieczeństwa i poduszek powietrznych
DIM	- (Drivier Information Module) wyświetlacze informacyjne LCD
SWM	- (Steering Wheel Module) sterowanie kołem kierownicy
DDM	- (Drivers Door Module) kontrola drzwi kierowcy
PSM	- (Power Seat Module) sterowanie fotelem kierowcy
RTI	- (Road Traffic Information) system informacji o drogach (mapy, nasilenie ruchu itp.)
REM	- (Rear Electronic Module) kontrola tylnego oświetlenia

Uratowany przez elektronikę

Dzięki elektronicznym układom konstruktorzy pojazdów poruszających się na naszych drogach mogą pozwolić sobie na modyfikacje nadwozia kierując się bardziej względami estetycznymi niż właściwościami fizycznymi stworzonego modelu. Swego czasu dość znana była "wpadka" firmy Mercedes po zaprezentowaniu nowego modelu A-Klasa. Jednym z testów sprawnościowych, jakiemu poddawane są wprowadzane na rynek modele jest tzw. test "łosia". Polega on na tym, że pojazd rozpędzany jest do konkretnej szybkości (60 km/h), a następnie wykonywane są gwałtowne skręty w przeciwnych kierunkach.

Najmniejszy na świecie (dane z roku 1998) sterownik systemu ABS: 50×37 mm.

Niestety okazało się, że samochód Mercedesa wywracał się. Sytuację uratowało wprowadzenie do nowego modelu elektronicznych układów sterujących zawieszeniem. Po takim "zabiegu" test zakończył się już pomyślnie.

Sterowanie układami ABS i ASR

Układ ABS zamontowany został w samochodzie po raz pierwszy w 1978 roku. Jego zadanie to nie dopuścić do zablokowania kół podczas gwałtownego hamowania. ASR, wprowadzony 9 lat później, zapobiega poślizgowi kół podczas wyprzedzania.

System zarządzania silnikiem wyposażony jest w:
1 Hydroagregat z wmontowanym urządzeniem sterującym
2 Czujnik prędkości obrotowej koła

3 Sterownik
4 Zespół przepustnicy
5 Wtryskiwacze
6 Moduł zapłonowy
7 Czujnik położenia pedału gazu

Co to jest CAN?

Controller Area Network (CAN) jest szeregową siecią (magistralą), która była pierwotnie zaprojektowana dla przemysłu samochodowego, ale stała się popularną magistralą w automatyce przemysłowej jak również w innych zastosowaniach. Magistrala CAN jest zasadniczo stosowana w systemach wbudowanych i jak wynika z nazwy jest rozpowszechniona wśród mikrokontrolerów. Jest to dwuprzewodowa, pół-dupleksowa, szybka sieć odpowiednia dla szybkich aplikacji używających krótkich wiadomości.

CAN może teoretycznie połączyć do 2023 urządzeń (zakładając jeden węzeł z jednym identyfikatorem) w pojedynczej sieci. Jednak z powodu praktycznych ograniczeń sprzętowych (transceivers) może połączyć tylko do 110 urządzeń w pojedynczej sieci. Oferuje szybką komunikację do 1 Mbit/s pozwalając na kontrolę w czasie rzeczywistym. Dodatkowo właściwość ograniczania i wykrywania błędów czyni ją bardziej niezawodną w krytycznych warunkach zakłóceniowych.

Dalej>

Minimoduł MB-128 z interfejsami USB i CAN

MB-128-USBCAN jest kolejną wersją modułu MB-128-XXX rozbudowaną o interfejsy USB oraz CAN. Magistrala CAN (Controller Area Network) chakteryzuje się m.in dużą szybkością transmisji danych (do 1Mb/s) oraz odpornością na zakłócenia. Jest szeroko stosowana w automatyce samochodowej i przemysłowej. Moduł MB-128-USBCAN oparty jest mikrokontrolerze jednoukładowym AVR AT90CAN128. Przeznaczony jest do budowy systemów sterowania i akwizycji danych. Może byc wykorzystany jako samodzielny węzeł sieci CAN albo w roli interfejsu pomiędzy komputerem PC a siecią CAN ( połączenie z PC poprzez USB). Wykonany w technologi SMD, zbliżony wielkością do karty kredytowej, idealnie nadaje się również jako element OEM do produkcji sterowników urządzeń pomiarowych i  diagnostyki samochodowej.

Moduł MB-128-USBCAN to m.in.:

procesor ATMEL AT90CAN128 ( do 16 MIPS ) w architekturze RISC

interfejsy magistrali USB (1.0/2.0) oraz CAN (1.0B/2.0B)

dowolna konfigurację otoczenia systemu dzięki zastosowaniu układu reprogramowanego GAL do budowy logiki sterującej i sygnałów selekcji

wszystkie sygnały systemowe wyprowadzone na złącza krawędziowe SIL

zegar czasu rzeczywistego podtrzymywany bateryjnie

układ kontroli zasilania i zerowania procesora w przypadku awarii systemu

programowanie w systemie docelowym poprzez złącze ISP

możliwość uruchamiania, debuggowania i śledzenia programu w systemie docelowym poprzez złącze JTAG

wbudowany bootloader/monitor do programowania modułu poprzez USB z poziomu AvrStudio

pełną dokumentację elektryczną i machaniczną w zestawie

wersję modułu ( zestaw montowanych elementów ) dostosowaną dla potrzeb aplikacji

pakiet bibliotek ( kod żródłowy w języku C ) do obsługi układów peryferyjnych, w tym magistrali CAN

zakres temperatur pracy -40 do +85 st. C

Charakterystyka

MB-128-USBCAN: Instrukcja użytkownika

Wyposażenie / wersja modułu	MB-128-USBCAN	MB-128-USB	MB-128-CAN
CPU:	AT90CAN128	ATmega128	AT90CAN128
Oscylator: 11.059Mhz (16Mhz)	X	X	X
Flash EPROM: 128kB	X	X	X
Int. RAM: 4kB	X	X	X
Int. EEPROM: 4kB	X	X	X
Ext. RAM: 32kB	X
Porty I/O: 5 x 8	X	X	X
Dekoder adresowy: GAL	X	X	X
RTC: EPSON 72423	X
Watchdog: Internal	X	X	X
Watchdog: ADM695	X	X	X
1 x RS232 (poziomy TTL)	X	X	X
1 x CAN (1.0B/2.0B)	X		X
1 x USB (1.0/2.0)	X	X
A/D: 8 x 10b	X	X	X
PWM: 2 x 8b / 6 x 2-16b	X	X	X
Bateria: CR2032	X
ISP	X	X	X
JTAG	X	X	X
Zasilanie: 5 V	120 mA	100mA	100 mA

CAN-bus czyli wymiana informacji i diagnoza po szynie danych

CAN-bus czyli wymiana informacji po szynie danych w Mercedesie klasy "S" Magistrala CAN jest tak skonstruowana, że w jednej chwili nadawać może tylko jedno urządzenie. Jeśli zdarzy się sytuacja, że wiele nadajników chce wysyłać dane, wszystkie milkną i jako pierwsze rozpoczynają transmisję te urządzenia, które mają najwyższy priorytet. W Mercedesie klasy S przez samochód przebiegają dwie, a w CL nawet trzy sprzężone ze sobą szyny danych. Dane ważne dla bezpieczeństwa jazdy, na przykład z układów sterowania napędem, przepływają szyną o większej przepustowości niż sygnały dotyczące na przykład klimatyzacji. W Mercedesie klasy S magistrala przenosi (w zależności od wyposażenia auta) do 650 sygnałów sterujących około 150 funkcjami 50 urządzeń elektronicznych. Informacje te mogą być wykorzystywane przez wiele układów do najróżniejszych zadań: np. przez klimatyzację do sterowania dmuchawą, radio w celu dopasowania siły głosu, deskę rozdzielczą do pokazywania prędkości czy przez komputer pokładowy i system nawigacji do znalezienia optymalnej trasy. Auta Mercedesa klasy S i CL, obok tradycyjnych kabli miedzianych, zawierają światłowody. Przez szynę o nazwie D2B może przepływać ponad 5,6 miliona bitów na sekundę, czyli około 60 razy więcej niż tradycyjną CAN. Dzięki temu, że magistrala D2B może przenosić także sygnały audio, system nagłaśniający, urządzenie głośno mówiące oraz system nawigacji mogą korzystać z tych samych głośników. Mimo iż ciągle przybywa w samochodach nowych układów elektronicznych, dzięki cyfrowemu układowi CAN zmniejszyło się okablowanie samochodu. W poprzedniku klasy S było 3,2 km kabli ważących 56 kg, dziś znajduje się tam tylko 2,2 km przewodów o masie 39 kg. W Volvo już od roku 1999 komunikacja wszystkich urządzeń odbywa się w technice CAN -bus. Chociaż przełącznik świateł steruje siedmioma różnymi funkcjami, dochodzą do niego tylko trzy przewody: plus, masa i sygnał danych. Takim kablem połączone są wszystkie urządzenia wykonawcze. Dzięki technice CAN-bus jednym przewodem mogą być przenoszone jednocześnie w obu kierunkach dwa sygnały lub więcej. Przepływają dane - np. sterujące silnikiem lub skrzynią biegów - z szybkością 250 kbit/s oraz do modułów mających mniej istotne zadania, jak sterowanie klimatyzacją lub światłem wewnątrz samochodu - te informacje transmitowane są z prędkością 125 kbit/s.Jeśli na przykład włączone mają być tylne światła przeciwmgielne, przełącznik świateł przekazuje przez szynę danych odpowiedni cyfrowy sygnał do wszystkich modułów. Układy, do których nie jest on adresowany, ignorują te informacje. Są one odbierane prze REM (Rear Electronic Module) umieszczony w bagażniku. Układ pobudza przekaźnik, który z kolei włącza lampy przeciwmgielne. To jednak nie koniec - jednocześnie REM kontroluje ich działanie. Jeśli wszystko jest w porządku, odpowiednia informacja przepływa przez szynę danych i na tablicy rozdzielczej zapala się lampka OK. Dzięki technice CAN-bus oraz elastycznie działającym modułom, sygnał wysłany do układu REM może naprzykład spowodować włączenie tylnego światła przeciwmgielnego, gdy przepali się żarówka znajdująca się w świetle hamowania.Komunikacja wszystkich pokładowych urządzeń sterujących odbywa się poprzez CAN (Controller Area Network). Nazwa ta obejmuje zarówno magistralę, jak i protokół określający sposób przesyłania danych. CAN działa na zasadzie rozsiewczej (broadcasting), co oznacza, że informacje są wysyłane przez jedno urządzenie, a pozostałe mogą je odbierać. Ponieważ wszystkie przesyłane pakiety danych zawierają identyfikator adresata, każdy z odbiorników "wie", czy są one przeznaczone dla niego.

10

10

---