|

Magistrala CAN – co to jest, jak działa i jakie ma zastosowania?

Wzrost liczby elektronicznych systemów sterowania w pojazdach wymagał niezawodnej metody komunikacji pomiędzy nimi. Tą metodą stała się magistrala CAN (Controller Area Network), która podobnie jak ludzki układ nerwowy, pozwala na ciągłą komunikację. Łączy ona wszystkie elektroniczne jednostki sterujące (ECU) i umożliwia wymianę informacji. Choć pierwotnie została ona stworzona z myślą o samochodach, to obecnie ma znacznie szerszy zakres zastosowań.

Magistrala CAN – co to jest?

Magistrala CAN, zwana inaczej szyną, to system informatyczny, który umożliwia komunikację między różnymi elektronicznymi układami sterowania. Składa się z dwóch przewodów (para różnicowa sygnałów CAN Low i CAN High) i działa w trybie pół-dupleksowym, zapewniając prędkość transmisji do 1 Mb/s i pracując w czasie rzeczywistym. Magistrala ta jest typu multi-master. Z tego powodu do komunikacji w sieci CAN wymagane są minimum dwa węzły.

Magistrala CAN charakteryzuje się szybkością, bezpieczeństwem, prostotą oraz odpornością na błędy i zakłócenia, co jest możliwe dzięki sprzętowej obsłudze protokołu i kontroli błędów. Obsługa ta polega na tym, że specjalizowane kontrolery formują komunikaty i je filtrują, a także sterują bezkolizyjnym dostępem do magistrali.

Jak powstała magistrala CAN?

Szeregowa magistrala komunikacyjna powstała, by zaspokoić rosnące potrzeby zarówno użytkowników samochodów, jak i koncernów motoryzacyjnych, które na przełomie lat 70. i 80. ubiegłego wieku zaczęły korzystać z elektroniki opartej na układach scalonych. Układy te były niezbędne do monitorowania i sterowania komponentami mechanicznymi, takimi jak:

  • silnik,
  • hamulce (ABS),
  • poduszki powietrzne,
  • deska rozdzielcza,
  • klimatyzacja.
  • elektryczne sterowanie szybami i lusterkami.

Aby zapewnić jak największy stopień bezpieczeństwa i niezawodności, powstała koncepcja, według której urządzenia te mogłyby współpracować ze sobą. Tutaj jednak narodził się problem, ponieważ w ramach tej współpracy musiałby zostać spełniony jeden warunek – systemy muszą móc komunikować się i transmitować wzajemnie informacje z dużą prędkością.

Opracowaniem systemu, który spełniałby te kryteria, zajęła się firma Bosch w 1981 roku. Już 4 lata później firma ta rozpoczęła współpracę z firmą Intel w celu zaprojektowania układów elektronicznych realizujących transmisję CAN.

Magistrala CAN – jak działa?

Szyna CAN jest pośrednikiem w komunikacji między wszystkimi elektronicznymi modułami sterującymi (zwanymi ECU – Electronic Control Unit). W samochodzie ECU jest jednostką sterującą silnikiem oraz innymi jego podzespołami.

Magistrala CAN działa poprzez cyfrową transmisję danych, co zmniejsza ilość potrzebnego okablowania w porównaniu z tradycyjnymi systemami punkt-punkt. Zamiast prowadzenia osobnych przewodów dla każdej funkcji, dane są przesyłane przez wspólną szynę, upraszczając nie tylko konstrukcję elektryczną pojazdu, ale też zmniejszając koszty produkcji i ułatwiając integrację nowych instalacji.

Moduł CAN jest kluczowym elementem tego systemu, umożliwiającym przesyłanie różnych sygnałów i informacji w czasie rzeczywistym między różnymi częściami pojazdu. Dzięki temu możliwe jest np. automatyczne włączenie poduszek powietrznych w razie wypadku lub precyzyjne działanie ABS, które szybko dostosowuje się do warunków na drodze, aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo.

Magistrala CAN – rodzaje protokołów

Zazwyczaj stosuje się dwa typy protokołów wykorzystywanych w CAN:

  • 2.0A – ten format korzysta z 11-bitowego identyfikatora, co oznacza, że może zawierać 2,048 różnych unikalnych identyfikatorów. Jest starszy i prostszy, często stosowany w mniej złożonych systemach, gdzie liczba urządzeń komunikujących się na magistrali CAN nie jest zbyt duża.
  • 2.0B – rozszerzenie wersji 2.0A, które oferuje 29-bitowy identyfikator. To pozwala na obsługę ponad 500 milionów unikalnych identyfikatorów. Jest on bardziej złożony, przez co wykorzystuje się go w bardziej rozbudowanych instalacjach, gdzie konieczne jest rozróżnianie większej liczby urządzeń lub funkcji w sieci CAN. W msalamon oferujemy głównie moduły CAN, które obsługują ten typ protokołu.

Magistrala CAN – schemat działania arbitrażu

Komunikaty nadawane przez magistralę CAN formuje się w specjalne ramki. W skład jednej takiej paczki wchodzi siedem pól, lecz warte omówienia jest zdecydowanie pole arbitrażu. Choć wszystkie z nich są ważne, to jednak kluczową funkcję pełni właśnie ono, ponieważ decyduje o priorytecie dostępu do magistrali. 

Wartość identyfikatora komunikatu, znajdująca się w tym polu, determinuje priorytet – im mniejsza wartość identyfikatora, tym wyższy priorytet wiadomości. Kiedy wiele urządzeń próbuje jednocześnie wysyłać dane, system CAN wykorzystuje mechanizm tzw. dominacji bitowej do rozstrzygania konfliktów. Oznacza to, że urządzenia „obserwują” magistralę podczas transmisji, czekając na możliwość wysłania własnego komunikatu.

Konflikty wynikające z ewentualnego podjęcia równoczesnego nadawania przez kilka stacji są łatwo rozwiązywane. Moduł, który jako pierwszy prześle bit o wyższym priorytecie (mniejsza wartość identyfikatora), zyskuje dostęp do magistrali, a pozostałe moduły muszą poczekać na swoją kolej.

Zastosowania magistrali CAN

Metody przesyłania danych z magistrali CAN wcale nie używa się tylko w branży motoryzacyjnej. Jest ona bowiem wykorzystywana również w innych gałęziach, takich jak m.in. medycyna, robotyka, transport szynowy, przemysł lotniczy czy automatyka budynkowa i przemysłowa.

Medycyna

W aparaturach medycznych, takich jak aparaty do tomografii komputerowej, urządzenia diagnostyczne czy sprzęt monitorujący pacjentów, często mamy do czynienia z magistralą CAN. W tym przypadku jej funkcją jest przesyłanie danych pomiędzy różnymi modułami urządzeń medycznych, co gwarantuje niezawodną i szybką komunikację, niezbędną dla bezpieczeństwa pacjentów.

Robotyka

W robotach przemysłowych oraz innych instalacjach mechatronicznych szyna CAN jest używana do sterowania silnikami, przesyłania danych z czujników oraz koordynacji pracy różnych komponentów.

Przemysł lotniczy

Transmisja danych z magistrali CAN w samolotach pomiędzy systemami awioniki i sieciami monitorowania zapewnia niezawodną komunikację w trudnych warunkach.

Automatyka budynkowa i przemysłowa

Te moduły komunikacyjne są wykorzystywane do przekazywania informacji pomiędzy różnymi komponentami systemów automatyki, takimi jak sterowniki PLC, czujniki, siłowniki czy napędy. Umożliwia to synchronizację pracy maszyn i urządzeń w ramach jednej sieci produkcyjnej.

Natomiast w instalacjach zarządzania budynkami (BMS) CAN jest nieodłącznym elementem gwarantującym integrację i kontrolę różnych systemów, m.in. oświetlenia, klimatyzacji, mechanizmów bezpieczeństwa i innych tego typu urządzeń.

Podsumowanie

Właśnie dowiedziałeś się czym jest magistrala CAN🔥
Jeśli nadal jesteś głodny wiedzy (mamy nadzieję że tak jest) to więcej ciekawych i pomocnych artykułów związanych z elektroniką, znajdziesz na naszym blogu!

FAQ:

  1. Co to jest magistrala CAN?

Magistrala CAN to system, który służy do transmisji danych pomiędzy różnymi elektronicznymi układami sterowania. Transmisja ta odbywa się bez udziału jednostki nadrzędnej, co przeciwdziała utracie informacji w przypadku kolizji na szynie. Maksymalna prędkość przesyłu danych to 1 Mb/s, jednak tylko na dystansie do 40 metrów.

  1. Jak działa magistrala CAN?

Sieć CAN działa jako system komunikacji między elektronicznymi jednostkami sterującymi (ECU) w pojeździe. Umożliwia wymianę danych w czasie rzeczywistym, korzystając z dwóch przewodów. Dzięki mechanizmowi arbitrażu moduł CAN rozstrzyga konflikty w początkowej fazie transmisji, co przekłada się na niezawodność i bezpieczeństwo danych.


Prezentowaną w artykule elektronikę znajdziesz oczywiście w naszym sklepie 👉 sklep.msalamon.pl 👈Zapraszamy również na nasze social media, gdzie na bieżąco informujemy o nowych produktach oraz o najciekawszych promocjach 😎👇


Podobne wpisy

Jeden komentarz

  1. Franek pisze:

    Tak tylko wspomnę, że oprócz CAN 2.0A/B jest już nowszy CAN FD, gdzie np. datagram nie musi się mieścić w 8 bajtach, ale może mieć do 64 bajtów. Ponadto umożliwiono komunikację z prędkością osiągającą nawet 8Mbit.

    Co do automatyki budynkowej wielkimi krokami wchodzi tam ostatnio SPE (Single Pair Ethernet).

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *