Can high и can low: Устройство и разновидности шины CAN

Содержание

Устройство и разновидности шины CAN

Именно так выглядит ( в основном) та самая «шина CAN», с которой в последнее время нам придется сталкиваться все чаще и чаще:

фото 1

Это обыкновенный двухпроводной кабель получивший название Twisted Pair.
На приведенном фото 1 показаны провода CAN High и CAN Low силового агрегата.

По этим проводам производится обмен данными между блоками управления, они могут нести информацию о скорости автомобиля, скорости вращения коленчатого вала, угле опережения зажигания и так далее.

Обратите внимание, что один из проводов дополнительно помечен черной полоской. Именно таким образом отмечается и визуально определяется провод CAN High (оранжево-черный).

Цвет провода CAN-Low — оранжево-коричневый.

За основной цвет шины CAN принят оранжевый цвет.

На рисунках и чертежах принято изображать цвета проводов шины CAN другими цветами, а именно:

фото 2

CAN-High — желтым цветом

CAN-Low — зеленым цветом

Всего существует несколько разновидностей шин CAN, определяемых выполняемыми ими функциями:
Шина CAN силового агрегата (быстрый канал).

Она позволяет передавать информацию со скоростью) 500 кбит/с и служит для связи между блоками управления (двигатель — трансмиссия)
Шина CAN системы «Комфорт» (медленный канал).

Она позволяет передавать информацию со скоростью 100 кбит/с и служит для связи между блоками управления, входящими в систему «Комфорт».
Шина данных CAN информационно-командной системы (медленный канал), позволяющая передавать данные со скоростью 100 kBit/s. Обеспечивает связь между различными обслуживающими системами ( например, телефонной и навигационной системами).

Новые модели автомобилей все более становятся похожими на самолеты — по количеству заявленных функций для безопасности, комфорта и экологичности. Блоков управления становится все больше и больше и «тянуть» от каждого грозди проводов — нереально.

Поэтому кроме шины CAN уже существуют другие шины, получившие названия:

– шина LIN (однопроводная шина)

– шина MOST (оптоволоконная шина)

– беспроводная шина Bluetooth

Но не будем «расплываться мыслью по древу», заострим наше внимание пока что на одной конкретной шине: CAN ( по взглядам корпорации BOSCH).

На примере шины CAN силового агрегата можно посмотреть форму сигнала:

фото 3

Когда на High шине CAN доминантное состояние, то напряжение проводе повышается до 3.5 вольт.

В рецессивном состоянии напряжение на обоих проводах равняется 2.5 вольта.

Когда на проводе Low доминантное состояние, то напряжение падает до 1.5 вольта.

(«Доминанта» — явление, доминирующее, главенствующее или господствующее в какой-либо сфере,- из словарей).

Для повышения надежности передачи данных, в шине CAN применяется дифференциальный способ передачи сигналов по двум проводам, имеющим название Twisted Pair. А провода, которые образуют эту пару, называются CAN High и CAN Low.

В исходном состоянии шины на обоих проводах поддерживается постоянное напряжение на определенном (базовом) уровне. Для шины CAN силового агрегата оно приблизительно равняется 2.5 вольта.

Такое исходное состояние называется «состоянием покоя» или «рецессивом».

Каким образом передаются и преобразуются сигналы по CAN шине?

Каждый из блоков управления подсоединен к CAN шине посредством отдельного устройства под названием трансивер, в котором имеется приемник сигналов, представляющий собой дифференциальный усилитель, установленный на входе сигналов:

фото 4

Поступающие по проводам High и Low сигналы, поступают в дифференциальный усилитель, обрабатываются и поступают на вход блока управления.

Эти сигналы представляют собою напряжение на выходе дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель формирует это выходное напряжение как разность между напряжениями на проводах High и Low шины CAN.

Таким образом исключается влияние величины базового напряжения (у шины CAN силового агрегата оно равно 2,5 В) или какого либо напряжения, вызванного, например, внешними помехами.

Кстати, насчет помех. Как говорят, «шина CAN довольно устойчива к помехам, поэтому она нашла такое широкое применение».

Попробуем разобраться с этим.

Провода шины CAN силового агрегата расположены в моторном отсеке и на них могут воздействовать помехи различного порядка, например, помехи от системы зажигания.

Так как шина CAN состоит из двух проводов, которые перекручены между собой, то помеха одновременно воздействует на два провода:

фото 5

Из вышеприведенного рисунка видно, что происходит далее: в дифференциальном усилителе напряжение на проводе Low (1,5 В – «Pp») вычитается из напряжения

на проводе High (3,5 В – «Pp») и в обработанном сигнале помеха отсутствует ( «Pp» — помеха).

Примечание: По наличию времени статья может иметь продолжение — много еще остается «за кадром».

Кучер В.П.

© Легион-Автодата

Вас также может заинтересовать:
Шина CAN — это страшно?

Шина CAN системы «Комфорт»
Шина данных CAN — небольшая заметка по устройству

Новичку о подключении к CAN шине

Для работы с CAN шиной автомобиля необходимо знать:

CAN шина – это сеть обмена данными определенная в стандарте ISO 11898. Другие каналы обмена данными в автомобиле не могут быть названы CAN шиной. AVC-LAN, BEAN, J1708, VAN и другие старые протоколы это НЕ CAN !

В автомобиле может быть более одной CAN шины. Для каждого функционального сегмента автомобиля выделяется своя сеть CAN. Выделенные сети могут работать на разных скоростях.

Скорости работы CAN шины

CAN на разных автомобилях и в разных сегментах сети может работать на разных скоростях.

Названия сегментов сети: Мотор, Шасси, Комфорт, Салон – условны! У Каждого автопроизводителя свои названия этих участков сети!

Группа VAG: Мотор\шасси – 500 кбит\с, Комфорт – 100 кбит\с и с 2018 года шина Комфорт может иметь скорость 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с.
BMW: Мотор\Шасси – 500кбит\с, Комфорт – 100 кбит\с и с 2018 года шина Комфорт может иметь скорость 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с.
Mercedes-Benz: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 83.333 кбит\с, 250 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
Ford, Mazda: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с. (Для Ford может быть больше вариантов)
KIA\Hyundai: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с, 500 кбит\с, Мультимедиа: 125 кбит\с, 500 кбит\с., Диагностика: 500 кбит\с.
GM: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт: 33.333 кбит\с, 95.2 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
Toyota, Nissan, Honda, Subaru, Suzuki: 500 кбит\с (может использоваться гейтвей! Изучайте сетевую архитектуру автомобиля!)
Mitsubishi: Мотор\Шасси: 500 кбит\с, Салон\Комфорт – 83.333 кбит\с, 250 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
Volvo: Мотор\Шасси: 500 кбит\с, Салон\Комфорт – 500 кбит\с, 125 кбит\с, Диагностика: 500 кбит\с.
Renault: 500 кбит\с
Peugeot: Мотор\Шасси – 500 кбит\с, Комфорт 125 кбит\с.
Lada: 500 кбит\с
Коммерческая и специальная техника: Стандарт J1939 250 или 500 кбит\с.

Сегментация CAN шины по функциональному назначению

Как правило разные, сегменты сети разделены специальным устройством, которое называется Гейтвей (Gateway, ZGW, ETACS, ICU) .
В роли гейтвея может выступать панель приборов (для простых автомобилей) или отдельный специальный модуль межсетевого интерфейса.
Гейтвей разделяет потоки данных в разных сегментах сети и обеспечивает связь сегментов сети работающих на разных скоростях.
ВАЖНО: На многих современных автомобилях CAN шина в диагностическом разъеме OBD2 отделена от других участков сети при помощи гейтвея (Gateway), поэтому подключившись к CAN шине OBD разъема невозможно увидеть поток данных. В этом случае можно увидеть только обмен между диагностическим инструментом и автомобилем во время процесса диагностики! Так же модулем Gateway оборудованы автомобили японских марок >2016г. в зависимости от модели. Автомобили немецких марок оборудуются таким модулем с момента появления в них CAN шины.
ОБЯЗАТЕЛЬНО изучайте схемы на исследуемый автомобиль, чтобы знать к какому сегменту сети Вы подключаетесь!

Схема ниже изображена в общем виде для упрощения понимания роли Гейтвея. Количество CAN шин и варианты включения блоков управления к тому или другому сегменту сети могут отличаться.

Реализации CAN на уровне электрических сигналов

CAN шина может быть реализована физически тремя способами:

1 ISO11898-2 или CAN-High Speed.

Классическая витая пара нагруженная с обоих концов резисторами 120 Ом.

В этом случае уровни на шине CAN выглядят так:

Для такой реализации сети используются как правило обычные CAN трансиверы в 8 выводном корпусе, аналоги PCA82C250, TJA1050 и им подобные. Работает такая конфигурация на скоростях 500 кбит\с и выше. (Но могут быть исключения) .

2

ISO11898-3 или CAN-Low Speed или Faut Tolerant CAN

В этом варианте используется та же витая пара, но линии CAN-Low и CAN-High подтянуты к напряжению питания и массе соответственно.
Подробное описание FT-CAN по ссылке
Такой вариант CAN шины способен переключаться в однопроводный режим в случае повреждения одной из линий. Работает на скоростях до 250 кбит\с.Уровни сигнала на шине отличаются от High Speed CAN, при этом не теряется возможность работы с шиной FT-CAN используя трансиверы High-Speed CAN и соблюдая ряд условий.
Подробнее в нашей статье о FT-CAN – ссылка.

Fault tolerant CAN обычно используется для низкоскоростного обмена между блоками управления относящимися к сегменту сети Салон\Комфорт\Мультимедиа.

ВАЖНО: При подключении к шине Faul tolerant CAN, подключать терминальный резистор 120 Ом между линиями CAN-High и CAN-Low НЕ НУЖНО !

3

Single Wire CAN или SW-CAN

Однопроводный вариант шины CAN. Работает на скорости 33.333 кбит\с

Используется специальный тип трансиверов. Для того что бы подключиться к такому варианту шины CAN необходимо линию CAN-High анализатора подключить к шине SW-CAN а линию CAN-Low к массе\земле.

Автомобильные коммуникационные сети, часть II CAN-шина

Основное содержание

Дэмиен Коулман
Snap-on ^® Специалист по диагностическому программному обеспечению

Введение

Локальная сеть контроллеров (CAN) представляет собой сеть передачи данных, предназначенную для обеспечения связи между множеством узлов (модулей) с использованием стандартной структуры и формата. Преимущество этого заключается в сокращении проводки автомобиля и возможности легкого добавления или удаления дополнительных опций автомобиля. Устранение неполадок в такой сложной системе достаточно просто, если технический специалист имеет общее представление о сети и о том, как передаются данные. Эта статья предоставит техническому специалисту необходимые инструменты для успешной проверки сигнала шины CAN и поможет определить неисправности, если они есть.

Базовая блок-схема типичной сети CAN.

Характеристики высокоскоростной сети CAN (класс C)

Несколько модулей подключены к шине параллельно. Скорость передачи данных составляет 500 Кбит/сек для высокоскоростного CAN. Это 500 000 единиц данных или информации в секунду!! Сигнал передается по двум проводам связи для обеспечения целостности сигнала. Эти провода скручены вместе и называются CAN High и CAN Low.

Чтобы обеспечить передачу сообщений с наивысшим приоритетом в первую очередь, поле арбитража является частью структуры сообщения. Для обеспечения оптимального качества сигнала к шине подключены два резистора с фиксированным значением для обработки сигнала. Они называются согласующими резисторами.

Все эти характеристики будут более подробно описаны ниже.

Генерация сигналов

Каждый модуль в сети имеет контроллер CAN и приемопередатчик CAN на микросхеме CAN. Трансивер может как передавать, так и принимать данные. Контроллер CAN преобразует данные (двоичные), отправленные микропроцессором, и отправляет их на приемопередатчик CAN. Приемопередатчик CAN преобразует двоичные данные в диапазон напряжения, и это напряжение сигнала, наблюдаемое в сети.

Примечание : Входы и выходы модуля по-прежнему аналоговые. Для такого компонента, как двигатель дроссельной заслонки, по-прежнему потребуются источники питания, заземление и сигналы обратной связи, как и в случае с автомобилем без CAN.

На приведенной ниже схеме показано, как сообщение, полученное модулем управления двигателем, обрабатывается и передается по сети для других модулей. В этом примере вход частоты вращения двигателя от датчика положения коленчатого вала в ECM двигателя также требуется комбинации приборов для тахометра.

Уровни напряжения шины CAN

В таблице ниже показано ожидаемое напряжение как для рецессивного, так и для доминирующего состояния на проводах CAN High и CAN Low.

Государственный	CAN Высокое напряжение	CAN Низкое напряжение	Тип биты
Рецессивный	2,5 В	2,5 В	1
Доминант	3,5 В	1,5 В	0

С помощью осциллографа можно наблюдать следующие уровни напряжения при подключении к сети.

Как упоминалось ранее, CAN High и CAN Low скручены вместе для уменьшения внешних помех. На приведенной ниже диаграмме показано дифференциальное напряжение между CAN High и CAN Low во время передачи данных.

С рецессивным битом оба уровня напряжения CAN High и CAN Low составляют 2,5 В, поэтому дифференциальное напряжение равно 0 вольт. Когда передается доминирующий бит, CAN High повышается до 3,5 В, тогда как CAN Low падает до 1,5 В. Это дифференциальное напряжение 2 вольта.

В случае возникновения переходного состояния, такого как скачок внешнего напряжения, и CAN High, и CAN Low будут одинаково затронуты. Таким образом, дифференциальное напряжение останется на уровне 2 вольт, это защищает целостность сообщения.

Анализ формы сигнала шины CAN

Приведенная ниже форма сигнала показывает как сигнал, когда CAN High и CAN Low проверяются относительно земли, так и дифференциальное напряжение между CAN High и Can Low. Пример показан на Volvo XC-90.

Обе трассы отражают друг друга
Чистота без глюков и всплесков
Правильное напряжение

Правильное дифференциальное напряжение

Примечание. Технический специалист может заметить повышенное напряжение на трассе в конце сообщения. Это бит конца кадра и не является причиной для беспокойства.

Защита от отражения сигнала

Из-за высокой скорости передачи данных требуется средство для подавления отражения сигнала. Для этого производители используют два резистора по 120 Ом параллельно. Хотя в некоторых транспортных средствах резисторы расположены снаружи жгута проводов, в большинстве случаев резисторы располагаются в двух отдельных модулях, как показано ниже.

Когда оба резистора имеют одинаковое сопротивление и соединены параллельно, общее сопротивление цепи уменьшается вдвое.

Арбитраж сообщения

При использовании шины CAN следует отметить, что сообщение имеет приоритет, а не идентификатор модуля. Сообщение с наименьшим числовым идентификатором и старшими доминантными битами (0) может передавать сообщение. Все модули слушают до тех пор, пока шина снова не освободится перед передачей. См. пример ниже.

Модуль А теряет возможность отправить свое сообщение первым (красная стрелка).

Модуль C теряет возможность отправить свое сообщение через секунду (синяя стрелка).

Модуль B выигрывает арбитраж.

Практический пример — открытая Astra

Этот автомобиль не заводится, так как на клемму 50 электромагнитного клапана стартера не подается ток при повороте ключа зажигания в положение пуска. Также отсутствовала связь с модулем управления двигателем, комбинацией приборов, модулем управления антиблокировочной системой тормозов или модулем интеграции рулевой колонки (CIM) с помощью диагностического прибора. Эти модули подключены к высокоскоростной шине CAN. У автомобиля был разряжен аккумулятор, и техник безуспешно пытался завести автомобиль.

Осциллограф был подключен к контактам 6 и 14 автомобильного разъема передачи данных (DLC) для доступа к высокоскоростной сети.

Назначение контактов:

Контакт 4: масса шасси
Контакт 5: Сигнальная масса
Контакт 6: CAN High (ISO 15765)
Контакт 14: низкий уровень сигнала CAN (ISO 15765)
Контакт 16: постоянное питание (+12 вольт)

Захвачена следующая форма волны:

Проверка сопротивления сети показала короткое замыкание:

Поскольку проблема, скорее всего, возникла в результате повреждения электронного модуля управления, каждый модуль в высокоскоростной сети отключался по очереди до тех пор, пока сетевой сигнал не вернулся к ожидаемой форме волны. Когда модуль антиблокировочной тормозной системы был отсоединен, осциллограф отображал следующую форму сигнала:

Теперь автомобиль завелся, и диагностический прибор смог установить связь с модулем управления двигателем, комбинацией приборов и CIM. Сопротивление сети также вернулось к спецификации:

Основные системы, управляемые с помощью шины CAN:

На приведенной ниже диаграмме показано, как изменилась базовая система, такая как стартер, с тех пор, как технология шины CAN была реализована на автомобилях. Стартовый сигнал от замка зажигания отправляется в модуль рулевой колонки, после обработки он преобразуется в сообщение CAN и передается по сети CAN. Блок предохранителей моторного отсека использует это сообщение для управления реле стартера путем заземления контакта 85 обмотки реле. Это приводит к замыканию контактов реле и подаче тока на клемму 50 соленоида стартера.

Видно, что внутренняя электрическая схема стартера осталась без изменений.

Назначение контактов:

30 — постоянный ток
31 – Земля
15 — Зажигание в режиме реального времени
50 — Электромагнит управления стартерным двигателем
86 — Питание обмотки реле стартера
85 — Масса управления обмоткой реле стартера
87 – Реле стартера, контакты, выход

Модуль шлюза

Модуль шлюза используется для обеспечения связи между модулями в разных сетях с разной скоростью передачи данных. Шлюз является связующим звеном между несколькими сетями. Модуль может быть отдельным модулем или частью другого модуля, например модуля комбинации приборов.

В приведенном выше примере показана высокоскоростная сеть CAN класса C (500 кбит/с), комфортная сеть CAN класса B (250 кбит/с) и локальная сеть Lin Bus (10 кбит/с). через модуль шлюза.

CAN-ШИНА (СЕТЬ КОНТРОЛЛЕРОВ)

Общее описание
Шина CAN — это автомобильная шина, разработанная Bosch, которая позволяет микроконтроллерам и устройствам взаимодействовать друг с другом в автомобиле без главного компьютера. Шина CAN — это протокол на основе сообщений, разработанный специально для автомобильных приложений, но теперь также используемый в других областях, таких как аэрокосмическая промышленность, промышленная автоматизация и медицинское оборудование. Он стал международным стандартом (ISO 11898) в 1994 году и был специально разработан для быстрого последовательного обмена данными между электронными контроллерами в автомобилях. Он соединяет отдельные системы и датчики в качестве альтернативы традиционным многопроволочным ткацким станкам. Он позволяет автомобильным компонентам обмениваться данными по однопроводной или двухпроводной сетевой шине данных со скоростью до 1 Мбит/с. Шина CAN
является одним из пяти протоколов, используемых в стандарте диагностики автомобилей OBD-II.

Внешний вид

Рис.1 Автомобильная сеть CAN BUS

Принцип работы шины CAN

Шина CAN использует для связи два выделенных провода. Провода называются CAN high и CAN low. Контроллер CAN подключается ко всем компонентам в сети через эти два провода. Каждый сетевой узел имеет уникальный идентификатор. Все ЭБУ на шине фактически параллельны, поэтому все узлы постоянно видят все данные. Узел отвечает только тогда, когда обнаруживает свой собственный идентификатор. Отдельные узлы могут быть удалены из сети, не затрагивая другие узлы.
Когда шина CAN находится в режиме ожидания, по обеим линиям подается напряжение 2,5 В. Когда биты данных передаются, верхняя линия CAN достигает 3,75 В, а нижняя линия CAN падает до 1,25 В, тем самым создавая разницу в 2,5 В между линиями: каждая из линий CAN ссылается на другую, а не на массу автомобиля. . Поскольку связь зависит от разницы напряжений между двумя линиями шины, шина CAN НЕ чувствительна к индуктивным пикам, электрическим полям или другим помехам. Это делает шину CAN надежным выбором для сетевой связи на мобильном оборудовании.

Рис.2

Питание по CAN может подаваться через CAN-шину. Или питание для модулей шины CAN может быть организовано отдельно. Проводка источника питания может быть либо полностью отделена от линий шины CAN, в результате чего для сети используются два 2-проводных кабеля, либо она может быть интегрирована в тот же кабель, что и линии шины CAN, в результате чего получается один 4-проводной кабель.
Характер обмена данными по шине CAN позволяет всем модулям передавать и получать данные по шине. Любой модуль может передавать данные, которые получают все остальные модули. Очень важно, чтобы полоса пропускания шины CAN в первую очередь выделялась наиболее важным для безопасности системам. Узлы обычно назначаются одному из нескольких уровней приоритета. Например, органы управления двигателем, тормоза и подушки безопасности очень важны с точки зрения безопасности, и командам на активацию этих систем отдается наивысший приоритет. Это означает, что они будут действовать раньше, чем менее критичные. Аудиоустройства и навигационные устройства часто имеют средний приоритет, а активация освещения может иметь самый низкий приоритет. Процесс, известный как арбитраж, определяет приоритет любых сообщений.
Большинство автомобильных сетей CAN работают со скоростью шины 250 кБ/с или 500 кБ/с. В новейших автомобилях используется до 3 отдельных сетей CAN, обычно с разной скоростью, соединенных между собой шлюзами. Данные одной из трех сетей доступны для двух других сетей. Функции управления двигателем обычно выполняются на высокоскоростной шине со скоростью 500 кбит/с, а системы шасси работают на более медленной шине CAN со скоростью 250 кбит/с. Другие функции, такие как освещение, спутниковая навигация и зеркала, находятся на отдельной низкоскоростной однопроводной шине LIN (Local Interconnect Network).

Процедура проверки надежности шины CAN с помощью осциллографа

Определите контакты CAN-H и CAN-L в доступной точке сети CAN.
Такой точкой обычно является многоконтактный разъем ECU.
Установите входы осциллографа на 5 В
Подсоедините измерительный провод сигнала одного из каналов осциллографа к проводу CAN-H.
Затем подключите провод заземления к заземлению корпуса.
Подсоедините измерительный провод сигнала одного из других каналов осциллографа к проводу CAN-L.
Включите зажигание.
Посмотрите на экран осциллографа. Вы должны наблюдать следующие формы волны.

Измерение позволяет выполнить следующие проверки:
• Проверить правильность уровней размаха напряжения
• Проверить, присутствует ли сигнал на обоих проводах CAN (CAN использует дифференциальную сигнализацию, поэтому сигнал на одной линии должен быть зеркальным изображение данных на другой строке).