BÀI báo cáo tìm HIỂU hệ THỐNG CAN (CONTROL AREA NETWORK)

Nhóm thực : Võ Văn Bin Nguyễn Bằng Lê Minh Thuận Trần Đức Đồn Trần Hữu Hịa Phần I : Giới Thiệu Hệ Thống CAN Do sự phát triển vũ bão của các hệ thống của các thiết bị tiện nghi và an toàn ô tô ngày càng nhanh, làm cho mức độ phức tạp của hệ thống dây dẫn ô tô ngày càng tăng, ví dụ : cứ sau 10 năm thì số dây dẫn bối dây lại tăng lên gấp đôi … Đó cũng là nguyên nhân gây hỏng hóc hàng đầu ô tô Cho nên hệ thống Controller Area Network ( CAN) đời để dáp ứng mọi yêu cầu cũng là tất yếu Controller Area Network (CAN) là giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho hệ thống điều khiển thời gian thực phân bố (distributed realtime control system) với độ ổn định, bảo mật và đặc biệt chống nhiễu cực kỳ tốt CAN đầu tiên phát triển nhà cung cấp phụ tùng xe ôtô của Đức Robert Bosch vào năm 80 Để thỏa mãn yêu cầu ngày càng nhiều của khách hàng vấn để an toàn và tiện nghi, và để tuân theo yêu cầu việc giảm bớt ô nhiễm và tiêu thụ lượng, ngành công nghiệp ôtô đã phát triển rất nhiều hệ thống điện tử hệ thống chống trượt bánh xe, bộ điều khiển động cơ, điều hịa nhiệt đợ, bợ đóng cửa v.v…Với mục đích chính là làm cho hệ thống xe ô tô trở nên an toàn, ổn định và tiết kiệm nhiên liệu đó giảm thiểu việc dây chằng chịt, đơn giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí sản xuất, thì mạng CAN đã phát triển Ngay từ đời, mạng CAN đã chấp nhận và ứng dụng một cách rộng rãi các lĩnh vực công nghiệp, chế tạo ô tô, xe tải Với thời gian, CAN càng trở nên thông dụng vì tính hiệu quả, ổn định, đơn giản, mở và đặc biệt là chi phí rẻ Nó sử dụng với việc truyền liệu lớn, đáp ứng thời gian thực và môi trường khác Cuối cùng, truyền tốc độ cao rất ổn định Đó là lý tại chúng sử dụng nhiều ngành công nghiệp khác ngoài xe các máy nông nghiệp, tàu ngầm, các dụng cụ y khoa, máy dệt, v.v… Ngày nay, CAN đã chuẩn hóa thành tiêu chuẩn ISO11898 Hầu mọi nhà sản xuất chip lớn như: Intel, NEC, siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild, Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi, STmicro có sản xuất chip CAN, có tích hợp CAN vào thành periperal của vi điều khiển Việc thực hiện chuẩn CAN trở nên cực kỳ đơn giản nhờ sự hỗ trợ từ rất nhiều nhà sản xuất chip đó Miền ứng dụng của CAN trải rộng (from hight speed networks to low cost multiplex wiring) : hệ thống điện xe ô tô, xe tải, đơn vị điều khiển động (engine control units), sensor, PLC comunication, thiết bị y tế… Ngày CAN chiếm lĩnh ngành cơng nghiệp Ơ tơ Trong chiếc xe đời thường có một mạng CAN high speed dùng điều khiển động và thắng… một mạng CAN lowspeed dùng điều khiển thiết bị khác kiếng hậu, light Hệ thống CAN xe MERCEDES BENS C200 Phần : Cấu Tạo Và Hoạt Động Hệ Thống CAN 2.1 Tổng quan giao thức CAN a Sơ đồ khối Công nghệ cáp của mạng CAN có đường dây dẫn đơn giản, giảm tối thiểu hiện tượng sự đội tín hiệu sự truyền liệu thực hiện nhờ cặp dây truyền tín hiệu vi sai, có nghĩa là đo sự khác đường (CAN H và CAN L) Đường dây bus kết thúc điện trở 120 ohm (thấp nhất là 108 ohm và tối đa là 132 ohm) đầu Mạng CAN tạo thành một nhóm các nodes Mỗi node có thể giao tiếp với bất kỳ nodes nào khác mạng Việc giao tiếp thực hiện việc truyền và nhận các gói liệu - gọi là message Mỗi loại message mạng CAN gán cho một ID - số định danh - tùy theo mức độ ưu tiên của message đó b Phân loại Việc kết nối các liệu theo kiểu Bus: Bao gồm một số giắc đấu dây (J/C) tạo thành hai đầu bus chính có mạch đầu, cuối và đường bus nhánh nối các ECU và các cảm biến Việc truyền và phát tín hiệu có thể thực hiện từ một ECU nhiều ECU đến một nhiều ECU khác, nếu vài ECU truyền liệu một lúc, việc truyền liệu bị dừng lại và bắt đầu truyền lại với liệu có mức ưu tiên cao nhất Hệ thống mạng CAN sử dụng hai đường truyền liệu đó là: + Đường truyền liệu CAN tốc độ cao (HS-CAN) hoạt động với tốc độ đường truyền là 500 kB + Đường truyền liệu CAN tốc độ trung bình (MS-CAN) hoạt động với tốc độ đường truyền là 125 kB 2.3 Cơ Chế Hoạt Động Bus CAN định nghĩa hai trạng thái là "dominant" và "recessive", tương ứng với hai trạng thái là và Trạng thái "dominant" chiếm ưu thế so với trạng thái "recessive" Bus trạng thái "reccessive" không có node nào phát trạng thái "dominant" Điều này tạo khả giải quyết chanh chấp nhiều một Master muốn chiếm quyền sử dụng bus Bởi tính chất vật lý của bus, cần thiết phải phân biệt dạng truyền: - Truyền CAN low speed - Truyền CAN high speed 2.3 Cơ Chế Giao Tiếp Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa và giao tiếp hướng đối tượng, hầu hết các hệ thống bus thường khác giao tiếp dựa vào địa các trạm.Mỗi thông tin trao đổi mạng coi một đối tượng , gắn một mã số cước Thông tin gửi bus theo kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác Các thông báo không gửi tới một địa nhất định mà bất cứ trạm nào cũng có thể nhận theo nhu cầu Nội dung thông báo các trạm phân biệt qua một mã cước (IDENTIFIER).Mã cước không nói lên địa đích của thông báo, mà biểu diễn ý nghĩa của liệu thông báo.Vì thế, trạm mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo qua phương thức lọc thông báo(message filtering).Cũng nhờ xử dụng phương thức lọc thông báo, nhiều trạm có thể đồng thời nhận một thông báo và có các phản ứng khác Một trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi liệu cách gửi khung REMOTE FRAME.Trạm có khả cung cấp nội dung thông tin đó gửi trả lại một khung liệu DATA FRAME có mã cước với khung yêu cầu.Bên cạnh tính đơn giản, chế giao tiếp hướng đối tượng CAN mang lại tính linh hoạt và tính nhất quán liệu của hệ thống.Một trạm CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống ( ví dụ địa trạm), nên việc bổ sung hay bỏ một trạm mạng khơng địi hỏi bất cứ mợt sự thay đổi nào phần cứng hay phần mềm các trạm khác.Trong một mạng CAN , có thể chắn một thông báo tất các trạm quan tâm tiếp nhận đồng thời, không trạm nào tiếp nhận.tính nhất quán liệu đảm bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt và xử lý lỗi 2.4 Cơ Chế Phân Quyền Ưu Tiên A Phân Quyền Ưu Tiên Bộ mã nhận dạng cho nội dung liiệu và mức độ ưu ti65n cho thông tin đyợv gủi Một tín hiệu thay đổi nhanh ví dụ ( tốc độ động cơ…) phải đượv huyển tức khắc và đó, định quyền ưu tiên cao các tín hiệu thay đổi chậm nhiệt độ động nhiệt độ nước làm mát… B Phân Quyền Ưu Tiên Trên Bus Khi đường truyền trống , trạm có thể bắt đầu chuyển thông tin của nó Nếu vài trạm bắt đầu chuyển thông tin lúc , hệ thốnfg truyền thông tin có mức độ ưu tiên coa mà không bị mất thời gian và liệu Các trạm cị thơng tin ít ưu tiên tự động chuyển sang nhận và la95p lại việc chuyển thông tin cho đến đường truyền trống lại Thứ tự trùn thơng tin Những tín hiệu vào đường truyền liệu tốc độ cao (HS-CAN) mạng kết nối điều khiển táp lô + Tốc độ xe từ bộ cảm biến tốc độ bánh xe đến bộ điều khiển ABS, đến PCM qua cổng giao tiếp (Gateway) và đồng hồ tốc độ xe bảng táp lô báo + PCM điều khiển nạp cho máy phát điện, đến ăcquy qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh + Thông tin từ cảm biến trục khuỷu (CKP) đến bộ điều khiển PCM qua cổng giao tiếp đến đồng hồ báo tốc độ động bảng táp lô + Thông tin từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) đến bộ điều khiển PCM qua cổng giao tiếp đến màn hình thông tin trung tâm + PCM qua cổng giao tiếp đến đèn báo lỗi + PCM qua cổng giao tiếp đèn cảnh báo hệ thống điều khiển động màn hình thông tin trung tâm + PCM qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo áp suất dầu bôi trơn động + Bộ điều khiển ABS qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo ABS + Bộ điều khiển ABS qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo hệ thống cân xe + Bộ điều khiển số TCM qua cổng giao tiếp đến phần hiển thị các dải số P-R-N-D-L High-speed CAN Những tín hiệu vào đường truyền liệu tốc độ trung bình (MS-CAN) mạn kết nối điều khiển táp lô + Bộ điều khiển túi khí RCM, đến bảng táp lô, đến đèn cảnh báo hệ thống túi khí có lỗi + Bộ điều khiển túi khí RCM, vào bảng táp lô, đến đèn cảnh báo dây đai an toàn + Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ môi trường, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo mặt đường có nước đóng băng + Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ môi trường, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô – màn hình thông tin trung tâm + Công tắc đèn trước, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo đèn pha trước + Công tắc đèn xin đường, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô, đến đèn cảnh báo hệ thống đèn xin đường đèn pha + Công tắc đèn pha, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo sử dụng + Công tắc điều khiển cửa, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo cửa xe mở hiển thị màn hình thông tin trung tâm + Công tắc nắp khoang động cơ, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo nắp khoang động mở hiển thị màn hình thông tin trung tâm + Công tắc nắp khoang hành lý, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo nắp khoang hành lý mở hiển thị màn hình thông tin trung tâm + Công tắc điều khiển ga tự động, vào bộ điều khiển ga tự động, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo hệ thống điều khiển ga tự động phanh thấp + Bộ báo mức dầu phanh, đến bộ điều khiển GEM, đến bảng táp lô, đèn cảnh báo mức dầu Low-speed CAN 2.5 Cấu trúc liêu Một khung liệu dài tối đa 130 bit ( định dạng chuẩn) hay 150 bit ( định dạng mở rộng ) tạo để truyền liệu bus Một khung liệu bao gồm phần liên tiếp Cấu tạo cấu trúc liệu Đầu khung Chỉ định vị trí đầu của thông tin và đồng bộ hóa các trạm Vùng phân định Bao gồm bộ nhận dạng thông tin và một bit điều khiển phụ Trong vùng này truyền thì bộ truyền với bit truyền để kiểm tra nhằm bảo đảm không có trạm ưu tiên cao nào cũng truyền Bit điều khiển quyết định liệu phân cấp dạng cấu trúc liệu hay cấu trúc điều khiển Vùng điều khiển Chứa đựng bộ mã định chứa đựng số lượng liệu vùng liệu Vùng liệu Chứa nội dung thông tin từ đến bytes Một thông tin có chiều dài băng có thể dùng để đồng bộ hóa chương trình Vùng kiểm tra phần tử Chứa đựng khung kiểm tra xác định quá trình truyền liệu có bị cản trở hay không Vùng phản hồi Chứa tín hiệu phản hồi tất các bộ nhận thông tin xác định thông tin không bị mất Vùng kết thúc Chỉ phần cuối của thông tin Phần : Khả tự chẩn đoán của CAN Hệ thống mạng CAN trang bị một số chức để tìm lỗi Chúng bao gồm tín hiệu kiểm tra khung liệu và bộ theo dõi dó bộ truyền nhận lại tín hiệu mà nó truyền đi, và đo đó có thể phát hiện bất cứ sai lệch nào Nếu có một trạm phát hiện lỗi, thì nó gửi một cờ báo lỗi và ngăn việc truyền thông tin Điều này ngăn cản các trạm khác nhận thông tin bị lỗi này Trong trường hợp một trạm phát hiện lỗi có thể xảy trường hợp là tất thông tin, bao gồm thông tin bị lỗi bị loại bỏ có một Để ngăn điều này xảy ra, hệ thống CAN có thêm chức có thể phân biệt lỗi gián đoạn và lỗi thường trực, và nhờ đó có thể xác định vị trí của trạm bị lỗi Quá trình này dựa vào thống kê tình trạng lỗi ... khác kiếng hậu, light Hệ thống CAN xe MERCEDES BENS C200 Phần : Cấu Tạo Và Hoạt Động Hệ Thống CAN 2.1 Tổng quan giao thức CAN a Sơ đồ khối Công nghệ cáp của mạng CAN có đường dây dẫn... hàng đầu ô tô Cho nên hệ thống Controller Area Network ( CAN) đời để dáp ứng mọi yêu cầu cũng là tất yếu Controller Area Network (CAN) là giao thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ... thống mạng CAN sử dụng hai đường truyền liệu đó là: + Đường truyền liệu CAN tốc độ cao (HS -CAN) hoạt động với tốc độ đường truyền là 500 kB + Đường truyền liệu CAN tốc độ