Отримання даних із CAN-шини автомобіля. CAN шина в автомобілі: що це таке Цифрова шина can що

Сучасні автомобілі дедалі більше підлаштовуються під конкретні потреби людей. Вони з'явилося багато додаткових систем та функцій, пов'язані з необхідністю передачі певної інформації. Якби до кожної такої системи довелося підключати окремі дроти, як це було раніше, весь салон перетворився б на суцільне павутиння і водієві складно було б керувати машиною через велику кількість проводів. Але вирішення цієї проблеми знайшлося – це встановлення Can-шини. Яку її роль водій зможуть дізнатися зараз.

Can шина – чи має вона щось спільне із звичайними шинами і для чого потрібна

УВАГА! Знайдено зовсім простий спосіб скоротити витрати пального! Не вірите? Автомеханік із 15-річним стажем теж не вірив, поки не спробував. А тепер він заощаджує на бензині 35 000 рублів на рік!

Почувши таке визначення, як CAN шина, недосвідчений водій подумає що це ще один вид автомобільної гуми. Але насправді, до звичайних шин цей пристрій не має жодного стосунку. Цей пристрій створювався для того, щоб не було необхідності встановлювати в машині купу дротів, адже керування всіма системами машин повинне вестись з одного місця. Can шина дає можливість зробити салон автомобіля комфортним для водія та пасажирів, адже за її наявності не буде великої кількості проводів, дозволяє керувати всіма системами машини та підключати у зручний спосіб додаткове обладнання – трекери, сигналізації, маяки, секретки та інше. У машині старого зразка ще немає такого пристосування, це завдає багато незручностей. Цифрова шина краще справляється з поставленими на неї завданнями, а стандартна система – з купою дротів, є складною та незручною.

Коли була розроблена цифрова CAN шина та яке її призначення

Розробка цифрової шини розпочалася ще у ХХ столітті. Відповідальність за цей проект взяли він дві компанії – INTEL і BOSCH.
Після деяких спільних зусиль спеціалістами цих компаній був розроблений мережевий індикатор – CAN. Це була провідна система нового зразка, за якою передаються дані. Таку розробку назвали шиною. Вона являє собою два кручені дроти досить великої товщини і по них передається вся необхідна інформація для кожної із систем автомобіля. Є і шина, яка являє собою джгут дротів – її називають паралельною.

Якщо до CAN шини підключити автосигналізацію, можливості охоронної системи збільшаться, а прямим призначенням цієї автомобільної системи можна назвати:

• спрощення механізму підключення та роботи додаткових систем автомобіля;
• можливість підключити до системи автомобіля будь-які пристрої;
• можливість одночасно приймати та передавати цифрову інформацію з кількох джерел;
• знижує вплив зовнішніх електромагнітних полів на працездатність основних та додаткових систем автомобіля;
• прискорює процес передачі даних до необхідних пристроїв та систем машини.

Щоб підключитися до CAN шини необхідно знайти в системі помаранчевий проводів, він повинен бути товстим. Саме до нього потрібно підключатися, щоб налагодити взаємодію із цифровою шиною. Ця система працює як аналізатор та розповсюджувач інформації, завдяки їй забезпечується якісна та регулярна робота всіх систем автомобіля.

Can шина – параметри швидкості та особливості передачі даних

Принцип роботи, за яким діє аналізатор CAN шини полягає в тому, що йому необхідно швидко переробити інформацію, що надійшла, і відправити її назад як сигнал для певної системи. У кожному окремому випадку швидкість передачі даних для систем автомобіля буває різною. Основні параметри швидкості виглядають таким чином:

• загальна швидкість передачі інформаційних потоків цифровою шиною –1 мб/с;
• швидкість передачі переробленої інформації між блоками керування автомобіля – 500 кб/с;
• швидкість надходження інформації до системи "Комфорт" - 100 кб/с.

Якщо до цифрової шини підключена автосигналізація, то інформація від неї надходитиме максимально швидко, а задані людиною команди, за допомогою брелока, будуть виконані точно і вчасно. Аналізатор системи працює без перебоїв, і тому робота всіх систем машини буде постійно справною.

Цифрова шина – це ціла мережа контролерів, які об'єдналися в один компактний пристрій та мають можливість швидко отримувати або передавати інформацію, запускаючи або вимикаючи певні системи. Послідовний режим передачі даних робить роботу системи більш злагодженою та коректною. CAN шина – це механізм, який має тип доступу Collision Resolving і при встановленні додаткового обладнання необхідно враховувати цей факт.

Чи можуть виникати проблеми в роботі кан шини

Кан шина або цифрова шина працює з багатьма системами одночасно і постійно передає дані. Але як і в кожній системі, в механізмі CAN шини можуть відбуватися збої, і від цього аналізатор інформації працюватиме вкрай некоректно. Проблеми з кан шиною можуть виникати через такі ситуації:

При виявленні несправності системи необхідно шукати причину цього, враховуючи, що вона може ховатися у додатковому обладнанні, яке встановлювалося – автосигналізація, датчики та інші зовнішні системи. Пошуки проблеми повинні здійснюватися так:

• перевірити роботу системи загалом та запросити банк несправностей;
• перевірка напруги та опору провідників;
• перевірка опору резисторних перемичок.

Якщо з цифровою шиною виникають проблеми і аналізатор не може продовжувати коректну роботу, не варто намагатися самостійно вирішити цю проблему. Для грамотної діагностики та проведення необхідних дій необхідна підтримка фахівця у цій галузі.

Які системи входять у сучасну Can шину автомобіля

Всі знають що кан шина – це аналізатор інформації та доступний пристрій для передачі команд до основних та додаткових систем транспортного засобу, додаткового обладнання – автосигналізація, датчики, трекери. Сучасна цифрова шина включає такі системи:

До цього списку не ходять зовнішні системи, які можна підключати до цифрової шини. На місці таких може бути автосигналізація або додаткове обладнання такого типу. Отримувати інформацію з шини і стежити за тим, як працює аналізатор можна за допомогою комп'ютера. Для цього потрібна установка додаткового адаптера. Якщо до кан-шини підключено сигналізацію та додатково маяк, то можна керувати деякими системами автомобіля, використовуючи для цього мобільний телефон.

Не кожна сигналізація має можливість підключення до цифрової шини. Якщо власник автомобіля хоче, щоб його автосигналізація мала додаткові можливості, а він постійно міг керувати системами свого автомобіля на відстані, варто задуматися про купівлю більш дорогого та сучасного варіанта охоронної системи. Така сигналізація легко підключається до дроту кан шини і працює дуже ефективно.

CAN шина, як підключається автосигналізація до цифрової шини

Аналізатор цифрової шини справляється не тільки із внутрішніми системами та пристроями автомобіля. Підключення зовнішніх елементів –сигналізація, датчики, інші пристрої, додає цифрового пристрою більше навантаження, але при цьому його продуктивність залишається незмінною. Автосигналізація, яка має адаптер для підключення до цифрової шини, встановлюється за стандартною схемою, а для того, щоб підключитися до CAN необхідно пройти кілька простих кроків:

1. Автосигналізація за стандартною схемою підключається до всіх точок автомобіля.
2. Власник транспортного засобу шукає помаранчевий, товстий провід – він веде до цифрової шини.
3. Адаптер сигналізації підключається до дроту цифрової шини автомобіля.
4. Виробляються необхідні дії, що закріплюють – встановлення системи в надійному місці, ізоляція проводів, перевірка правильності проведеного процесу.
5. Налаштовуються канали для роботи із системою, задається функціональний ряд.

Можливості сучасної цифрової шини великі, адже виток із двох проводів поєднує в собі доступ до всіх основних та додаткових систем автомобіля. Це допомагає уникнути наявності великої кількості проводів у салоні та спрощує роботу всієї системи. Цифрова шина працює за типом комп'ютера, а це в сучасному світі дуже актуально та зручно.

З кожним роком автомобільні електричні схеми збільшувалися у розмірі та ускладнювались у конструкції. На перших випущених автомобілях від магнето працювало запалювання, а акумуляторної батареї та генератора не було зовсім. У фарах використовувалися ацетиленові пальники.

У 1975 році довжина проводів в автомобільній електричній схемі дорівнювала кільком сотням метрів і була порівнянна з електрикою легкомоторної авіації.

Бажання спростити електропроводку була такою: необхідний лише один провід, підключити до нього всі споживачі та до кожного підвести пристрій керування. Пропустити по цьому дроту електрострум до споживачів та сигнали керування пристроями.

Відео

До 1991 року завдяки прориву цифрових технологій фірми Bosch і Intel створили мережевий інтерфейс CAN (Controller Area Network) для мультипроцесорних систем бортових комп'ютерів. В електроніці таку систему називають "шиною".

У послідовній шині (serial bus) дані передаються імпульс за імпульсом по кручений парі (двох проводів), а в паралельній шині (parallel bus), дані йдуть по декількох проводах одночасно.

При більшій продуктивності паралельна шина ускладнює електропроводку автомобіля. Послідовна шина передає інформацію до 1 Мбіт/сек.

Різні блоки діляться даними, правило, яким це відбувається, називається протоколом. Протокол може надсилати різним блокам команди, вимагати дані в одного або в усіх. Крім конкретного звернення до пристрою протокол може задати важливість і командам. Наприклад, команда включення вентилятора охолодження двигуна буде пріоритетнішою за команду опускання бічного скла.

Мінімізація сучасної електроніки дозволила налагодити випуск дешевих модулів управління та систем зв'язку. В автомобільній мережі вони можуть об'єднуватися в ланцюги, зірки та кільця.

Інформація йде в обидві сторони, наприклад, увімкнувши лампу далекого світла, на панелі приладів загориться сигнал – вона світить чи ні.
Система керування двигуном вибирає найкращий режим, отримуючи дані від усіх пристроїв ланцюга, система освітлення увімкне або відключить фари, система навігації прокладе або змінить маршрут тощо.

Завдяки такому протоколу діагностика двигуна та інших пристроїв автомобіля спростилася.

Бажання мати лише один провід в автомобілі не здійснилося, але CAN – модуль та протокол передачі даних підвищили надійність системи та спростили електропроводку.

Відео

CAN шина - що це таке?

CAN – шина ("кан шина") є системою керування всіма електричними приладами та цифрового зв'язку в автомобілі, яка може отримувати інформацію від пристроїв, між ними обмінюватися даними, а також ними керувати. Дані про технічний стан та керуючі сигнали йдуть у цифровому вигляді по кручений парі завдяки спеціальному протоколу. Від бортової мережі автомобіля до кожного споживача йде харчування, але вони з'єднані паралельно. Такий варіант підвищив надійність усієї електросхеми, знизив кількість проводів та спростив монтаж.

Що таке CAN шини.

Історія появи CAN розпочалася у середині 80-х років минулого століття. Компанія bosсh разом із компанією intel розробили новий цифровий інтерфейс передачі даних — Controller Area Network (CAN).

Аналогове підключення сигналізації (без CAN шини)

Для чого потрібна CAN шина в автомобілі.

CAN шина дозволяє з'єднати між собою будь-яку кількість датчиків, контролерів, виконавчих елементів та інших блоків, що знаходяться в автомобілі (наприклад: системи ABS, SRS AIRBAG, ESP, іммобілайзер, блок керування двигуном, клімат, КПП, центральний замок, світло, підвіска, приладова панель тощо) у дуплексному режимі (прийом та передача даних) зі швидкістю до 1 Мбіт/с. При цьому сама can шина складається всього з двох дротів (кручена пара). Раніше для з'єднання блоків необхідно використовувати сотні проводів т.к. передача одиниці інформації від блоку до блоку здійснювалася окремим проводом.

Установка сигналізації по CAN шині

Автосигналізації з CAN модулем.

CAN модуль

Сучасні автосигналізації виробляються з інтегрованим CAN модулем, що дозволяє підключати автомобільну сигналізацію безпосередньо до цифрової шини CAN автомобіля. Автосигналізація отримує у цифровому вигляді інформацію про стан кінцевиків, замків, запалювання, ручника, тахометра тощо. а також може керувати замками дверей, склопідйомниками, люком, штатною сигналізацією та деякими іншими системами автомобіля. дозволяє значно скоротити втручання в штатну електропроводку (підключення виробляються всього до 6-8 проводів, замість 15-20 у варіанті без використання can шини) і дозволяє уникнути проблем із гарантією на електроустаткування автомобіля.

Бортові системи електроніки в сучасних легкових і вантажних автомобілях мають величезну кількість додаткових пристроїв та виконавчих механізмів. Щоб обмін інформацією між усіма пристроями був максимально ефективний, в автомобілі повинна бути надійна комунікаційна мережа. На початку 80-х років 20 століття компанія Bosch та розробник Intel запропонували новий мережевий інтерфейс – Controller Area Network, який у народі називається Can-шина.

1 Про принцип роботи мережного інтерфейсу CAN-шина

Каншина в автомобілі призначена для забезпечення підключення будь-яких електронних пристроїв, які здатні передавати та отримувати певну інформацію. Таким чином, дані про технічний стан систем та керуючі сигнали проходять по кручений парі в цифровому форматі. Така схема дозволила знизити негативний вплив зовнішніх електромагнітних полів і суттєво збільшити швидкість передачі даних за протоколом (правила, якими блоки управління різними системами здатні обмінюватися інформацією).

Крім того, різних систем автомобіля своїми руками стало простіше. За рахунок застосування подібної системи у складі бортової мережі автомобіля вивільнилася певна кількість провідників, які здатні забезпечувати зв'язок за різними протоколами, наприклад, між блоком керування двигуном та діагностичним обладнанням, системою сигналізації. Саме наявність Кан-шини в автомобілі дозволяє власнику своїми руками виявляти несправності контролерів та помилки за допомогою спеціального діагностичного обладнання.

CAN-шина–це спеціальна мережа, за допомогою якої здійснюється передача та обмін даними між різними вузлами управління.Кожен із вузлів складається з мікропроцесора (CPU) та CAN-контролера, за допомогою якого реалізується виконуваний протокол та забезпечується взаємодія з мережею автомобіля. Шина Кан має мінімум дві пари проводів – CAN_L і CAN_H, за якими і передаються сигнали за допомогою трансіверів – приймачів, здатних посилювати сигнал від керуючих пристроїв мережі. Крім того, трансівери виконують і такі функції як:

• регулювання швидкості передачі за допомогою посилення або зменшення подачі струму;
• обмеження струму для запобігання пошкодженню датчика або замикання ліній передачі;
• тепловий захист.

На сьогоднішній день визнано два види трансіверів – High Speed ​​та Fault Tolerant. Перший тип найбільш поширений та відповідає стандарту (ISO 11898-2), він дозволяє передавати дані зі швидкістю до 1МБ на секунду. Другий тип приймачів дозволяє створити енергозберігаючу мережу, зі швидкістю передачі до 120 Кб/сек, при цьому подібні передавачі не мають чутливості до будь-яких пошкоджень на самій шині.

2 Особливості роботи мережі

Слід розуміти, що дані CAN-мережі передаються у вигляді кадрів. Найважливіші з них – це поле ідентифікатора (Identifire) та система даних (Data). Найчастіше використовуваний тип повідомлення Кан-шине – Data Frame. Даний тип передачі складається з так званого арбітражного поля і визначає пріоритетну передачу даних у тому випадку, якщо відразу кілька вузлів системи передають дані на CAN-шину.

Кожен із підключених до шини пристроїв управління має свій вхідний опір, а загальне навантаження розраховується із суми всіх підключених до шини блоків, що виконуються. У середньому, вхідний опір систем керування двигуном, які підключаються на CAN-шину, становить 68-70 Ом, а опір інформаційно-командної системи може становити до 3-4 ОМ.

3 Кан-інтерфейс та діагностика системи

Системи керування CAN мають не лише різний навантажувальний опір, але й різну швидкість передачі повідомлень. Цей факт ускладнює обробку однотипних повідомлень усередині бортової мережі. Для спрощення діагностики на сучасних автомобілях використовується міжмережевий інтерфейс (перетворювач опору), який або виконаний як окремий керуючий блок, або вбудований в ЕБУ двигуна автомобіля.

Подібний перетворювач також призначений для введення або виведення певної діагностичної інформації з проводу "К"-лінія, який підключається під час діагностики або зміни параметрів роботи мережі або діагностичний роз'єм або безпосередньо до перетворювача.

Важливо відзначити, що стандартів для роз'ємів мережі Can на сьогоднішній день не існує. Тому кожен із протоколів визначає свій тип роз'ємів на CAN-шині, залежно від навантаження та інших параметрів.

Таким чином, під час проведення діагностичних робіт своїми руками використовується уніфікований роз'єм типу OBD1 або OBD2, який можна зустріти на більшості сучасних іномарок та вітчизняних автомобілів. Однак деякі моделі автомобілів, наприклад Volkswagen Golf 5V, Audi S4,немає міжмережевого інтерфейсу. Крім того, схема блоків управління та CAN-шини індивідуальна для кожної марки та моделі авто. Для того щоб провести діагностику CAN-системи своїми руками, використовується спеціальна апаратура, яка складається з осцилографа, аналізатора CAN та цифрового мультиметра.

Роботи з виявлення несправностей починаються зі зняття напруги мережі (зняття мінусової клеми АКБ). Далі визначається зміна опору між проводами шини. Найпоширенішими видами несправності Каншини в автомобілі є замикання або обрив лінії, вихід з ладу резисторів навантаження та зниження рівня передачі повідомлень між елементами мережі. У деяких випадках без застосування аналізатора Can виявити несправність не виходить.

У сучасних машинах використовуються електронні блоки керування (ЕБУ, ECU - Electronic Control Unit) для контролю та керування різними системами машини, такими як гідравліка, коробка передач і двигун.
Аналогічно тому, як комп'ютери можуть бути з'єднані в одну мережу, блоки керування в машині також можна об'єднати.

Переваги мережевого з'єднання:

• Більш чутлива система керування
• Отримання більш повних та надійних даних
• Виявлення несправностей та керування налаштуваннями здійснюється засобами програмного забезпечення.

Наприклад, ЕБУ двигуна може обмінюватися з іншими ЕБУ машини за системою мережі CAN.

Система CAN:Controller Area Network- Мережа контролерів. CAN розроблений компанією Robert Bosch GmbH у середині 1980-х і в даний час набув широкого застосування в автомобільній, авіаційній, тракторобудівній та інших видах промисловості.

Електронна система зв'язку CAN, яка об'єднує всі блоки керування машиною в мережу із загальним кабелем (шиною) і складається з однієї пари проводів, називається шиною CAN. Закодовані дані надсилаються від блоків управління на шину CAN.

Малюнок - CAN шина з 4-х блоків керування.

Вище показана шина CAN, що складається із 4-х блоків управління. На кінцях загального кабелю (шини) встановлюється опір, що узгоджує (термінатори, резистори) Зазвичай опір кожного резистора становить 120 Ом. Застосування узгоджувальних резисторів на кінцях системи дозволяє уникнути відображення сигналу в кінці лінії, тим самим забезпечуючи нормальну роботу всієї мережі CAN.

Передача сигналів у шині CAN здійснюється за допомогою двох скручених між собою проводів (кручена пара, Twisted Pair) Застосування крученої пари проводів, обумовлене диференціальною передачею даних і високим захистом такого рішення від зовнішніх перешкод.

У нашому випадку блок №2 відправляє один сигнал по двох витих дротах в шину CAN, причому цей сигнал буде різна напруга на кожному дроті кручений пари. Інші блоки в мережі читають сигнал і визначають якому блоку воно призначене та яку команду потрібно виконати (Блоки №1 та №4)

Передача того самого сигналу на два дроти (CAN High і CAN low) з різною напругою відбувається методом "диференціальної передачі даних". У стані спокою напруга на дроті CAN High і CAN low становить 2,5 В. Такий стан називається "рецесивний" і спрощено відповідає значенню біта "0" При переході в активний "домінантний" стан (такий стан може створити будь-який елемент мережі) проводі CAN High підвищуватиметься не менше ніж на 1 В до 3,5 В, а CAN low знижуватиметься - теж на 1 В до 1,5 В. Щоб "розуміти" різницю напруг між CAN High та CAN low, кожен блок управління підключається до шини CAN через трансівер, де відбувається перетворення різниці напруг U CAN Hi та U CAN Lo у підсумкову напругу U DIFF . Різниця між CAN High і CAN low буде 2В і буде сприйматися приймаючими блоками управління як значення біта, що дорівнює "1". Така "диференціальна передача" сигналу виключає вплив базової напруги 2,5 В та інші стрибки напруг через різні перешкоди на роботу блоків управління. Наприклад, відбувається просідання напруги в бортовій мережі на 1,5 В через включення потужного споживача в мережу: U CAN Hi і U CAN Lo в стані спокою 2,5 -1,5 = 1 В (U DIFF = 1 - 1 = 0 - значення біта "0") Різниця при переході в домінантний стан U CAN Hi = 2,5 +1 -1,5 = 2 В; U CAN Lo = 2,5 -1 -1,5 = 0 В. Разом U DIFF = 2 - 0 = 2 В (Значення біта "1"), навіть така нереальна просідання не вплинула на роботу.

Малюнок - Принцип лінії CAN

Так відбувається передача сигналів шиною CAN. Самі ці сигнали є "кадри" (повідомлення), які приймаються всіма елементами мережі CAN. Корисна інформація в кадрі складається з ідентифікаційного поля (ідентифікатора) довжиною 11 біт (стандартний формат) або 29 біт (розширений формат, надмножина попереднього) та поля даних довжиною від 0 до 8 байт. Ідентифікаційне поле говорить про вміст пакета і служить для визначення пріоритету при спробі одночасної передачі кількома мережевими вузлами. Також у кадрі (повідомленні) крім корисної інформації міститься службова інформація. Вона представлена ​​полями перевірки, полем відкликання та іншими полями. Наприкінці кадру міститься "поле кінець повідомлення"

У шині CAN повідомлення від блоків управління повинні передаватися в загальну шину, то для виключення конфліктів між блоками кожен вузол перед відправкою кадру перевіряє мережу на передачу домінантного біта. Пристрій, що передає домінантний біт, вважається пріоритетним. Таким чином пристрій чекатиме звільнення лінії CAN. З одного боку такий алгоритм роботи підвищує швидкодію, але з іншого при неправильній роботі одного з блоків керування можливе повне "завантаження" CAN шини і неможливість відправлення повідомлення іншими блоками, елементами мережі CAN (Лінія для них завжди буде зайнята).

Малюнок - Структура повідомлення

Насамкінець приклад роботи:

Перемиканням кнопки ініціюємо команду блоку управління №1 передачу повідомлень у шину CAN. Блок №2 отримує повідомлення і розшифрувавши в повідомленні, що кадр прийшов для нього з командою включити світло. Подається бортова напруга споживача.

Малюнок -Принцип комунікації через CAN

Ось такий принцип роботи шини CAN без конкретних заглиблень. Також варто відзначити, що шина CAN може мати свої особливості, що залежить від сфери застосування та фірми виробника. У статті я розповів про шину CAN, що найчастіше зустрічається, яку можна зустріти в сучасних вантажних і легкових автомобілях, тракторах і різноманітній спец техніці.