Комуникационни мрежи: Архитектура, еволюция, компоненти, характеристики и диагностика

Комуникационни мрежи: Архитектура, еволюция, компоненти, характеристики и диагностика
Комуникационни мрежи: Архитектура, еволюция, компоненти, характеристики и диагностика
Anonim

⦁ Въведение

В миналото автомобилната индустрия вече обмисляше допълнителни функции, необходими само за работата на системите на превозните средства, но базирани на механични и хидравлични компоненти.

От години се провеждат изследвания с цел добавяне на нови функции, като се има предвид еволюцията на електрическите и електронни системи във връзка с цената и размера, определящи фактори за разработването на нови автомобилни функции.

Въпреки това, за да се задоволят изискванията за допълнителни функции в автомобилните системи, използването на микропроцесорни устройства, комуникационни мрежи и разработка на софтуер нарасна. Компютърната област се превърна във важен и дори диференциален фактор в разработването на нови продукти в автомобилните системи.

Автомобилната индустрия е един от големите бенефициенти на технологиите, което доведе до намаляване на теглото, управление на информационния трафик, забавление, лесна диагностика, поддръжка и широка гама от функции за комфорт, удобство и безопасност за крайния потребител.

Еволюцията на електронните системи в превозните средства може да бъде разделена на няколко фази, понастоящем тя е в бордовата електроника и как тя управлява или улеснява необходимите операции в автомобила.

За да разберете как работят днешните превозни средства, познанията по механика не са достатъчни. Необходимо е да се познават основите на електричеството и от това основите на електрическите и електронни системи.

CAN Bus (Controller Area Network) или комуникационна мрежа за данни е разработена от немската компания Bosch и е предоставена в средата на 80-те години. Фигурата по-долу показва основната структура на комуникационна мрежа.

Първоначалното му приложение е извършено в автобуси и камиони. В момента се използва в промишлеността, в автомобилни превозни средства, кораби и трактори, между другото.

2- Концепции

МОЖЕ

Мрежа за контролна зона, мрежа за контролери или мултиплексна система, която циркулира много информация през един канал за предаване.

АВТОБУС

Пренася големи количества информация.

Мултиплексиране

Това означава да предавате две или повече информации едновременно по един път, в нашия случай, чрез кабели.

Вградена електроника и електронни архитектури

Терминът вградена електроника представлява всяка и всички електрически и електронни системи, монтирани на мобилно приложение, било то кола, кораб или самолет.В продължение на много години автомобилната индустрия използва електронни системи за управление на различните функции, съществуващи в пътнически и търговски автомобили.

3- Преди мултиплексиране

Превозно средство, пуснато на пазара през 1960 г., което не е оборудвано с много аксесоари, съдържа около 200 метра електрически кабели и стотици връзки.

Четиридесет години по-късно, през 2000 г., едно по-луксозно превозно средство се нуждаеше от около 2000 метра кабели, за да поддържа електронните си системи работещи.

Начинът на свързване на температурния сензор и различните модули, които се нуждаят от неговата информация.

Имайте предвид, че при този тип връзка всеки модул трябва да бъде физически свързан към температурния сензор, т.е. с увеличаването на броя на аксесоарите и вградената технология броят на кабелите също се увеличи и за десет години количеството кабелите биха могли да превърнат автомобила в ходещо чиле кабели, което би направило невъзможно включването на нови технологии.

Автомобилното инженерство потърси алтернатива да промени тази реалност и намери решение, което в същото време намали количеството кабели, цената на този материал и също така увеличи надеждността на продукта и накрая улесни диагностиката на евентуални повреди и при ремонт на системи, името на всичко това е мултиплексиране.

4. Мултиплексиране

В проекти за автомобилна електроника, разработени от мултиплексиране, броят на кабелите е намален средно от 2500 на 1000 метра в сравнение с предишния модел, без мултиплексираща мрежа.

Мултиплексирането означава предаване на две или повече части от информация едновременно по един път, в нашия случай по кабели.

Мултиплексирането създава възможности за еволюция в областта на бордовата електроника, тъй като принципът му на работа значително елиминира количеството кабели, сензори, конектори и управляващи блокове.

Като направим аналогия с интернет, за да търси информация в конкретен сайт, интернет потребителят трябва да има физически средства (компютър и връзка), достъп до доставчик, а също и код за достъп, наречен електронен адрес.

След това показва връзката на температурния сензор, но този път според приложението за мултиплексиране.

В тази конфигурация има нужда само от физическа връзка между температурния сензор и модула на двигателя, тъй като информацията за температурата ще бъде предоставена чрез шина към другите модули, което значително намалява броя на сензорите и кабели.

4.1 Gateway

В превозно средство мултиплексната мрежа е свързана чрез електронен централен „шлюз“, който може да бъде модулът на каросерията или модулът на панела, например, който получава, обработва и разпространява мрежовата информация от сензори, изпълнителни механизми и управление единици.

Този електронен ключ може да се сравни с интернет доставчик. Информацията, която пристига от контролните блокове, е кодирана, тоест тя се сравнява с електронния адрес в Интернет, сякаш контролните блокове са получили достъп до информацията от сензор (уебсайт), чрез електронния контролен блок (интернет доставчик) и поема отговорността за разпространението на цифровия код (електронен адрес).

Комуникационните пътища на мултиплексираната мрежа могат да бъдат направени от медни кабели, оптични влакна, радиовълни, наред с други, през които преминават електрически сигнали (напрежение, ток), електромагнитни вълни или светлина.

Фигурата по-долу показва подробности за модула с функция за шлюз.

Имайте предвид, че в модула на шлюза, в допълнение към положителното и отрицателното захранване, общо за другите модули, имаме също B-CAN трансивър за приемане на нискоскоростната CAN мрежа и F-CAN трансивър за комуникирайте с високоскоростната мрежа CAN.Модулът за шлюз позволява обмен на информация между нискоскоростни и високоскоростни мрежи.

5. Еволюция на системата

Има много компоненти в едно превозно средство, които разчитат на информация от други източници, за да ги предадат. Мрежата за комуникация на данни осигурява сигурно и рентабилно средство за връзка за различни компоненти на превозното средство, за да „говорят“помежду си и да споделят информация

Разнообразието от компоненти, които обменят информация помежду си, така че превозното средство с неговите различни системи да работи правилно.

⦁ Типове архитектури

⦁ Центрирано

Когато анализираме определени приложения, откриваме едно ECU, което отговаря за получаването на всички входни сигнали (като сензори и командни превключватели), обработката им и командването на съответните изходи за управление на системата (като задвижки и релета).

Логото показва структурата на този тип връзка между компонентите.

⦁ Конвенционален или peer-to-peer

Конвенционалната система за управление се извършва от точка до точка, т.е. всеки модул трябва да бъде свързан с всички останали модули на автомобила, за да „говорят“помежду си и да споделят информация. Представяме ви подробно превозно средство, което работи с тази форма на комуникация.

⦁ Разпределена архитектура (шина)

Възможно е да се използват, в една и съща система за управление, няколко взаимосвързани контролни модула, разделяйки между тях изпълнението на различни функции, съществуващи в автомобила.

A показва схематичната диаграма, представяща тази архитектурна концепция.

6. Предимства на разпределената архитектура (Bus)

Този тип архитектура има няколко предимства.

Автомобилната индустрия е един от големите бенефициенти на технологията, която доведе до намаляване на теглото, управление на информационния трафик, забавление, лесна диагностика и поддръжка и широка гама от функции за комфорт, удобство и безопасност за крайния потребител.Фигурата показва архитектурата, разпределена от диагностичния конектор, достигайки до шлюза, който се свързва към високоскоростната (F-CAN) и нискоскоростната (B-CAN) мрежа, насърчавайки обмена на информация между различните модули.йени

Образ

7. Подробности за мрежата High Speed ​​​​CAN BUS

Високоскоростната CAN мрежа (Controller Area Network) е добър пример за мрежа за комуникация на данни между контролните модули, жизненоважни за работата на автомобила.

Тази мрежа се състои от два преплетени кабела, както е показано на фигурата по-горе, подходяща конфигурация за избягване на смущения от магнитни полета, необходима защита за електронни компоненти, чувствителни към такива смущения.

В случай на ремонт трябва да се спазва спецификацията от най-малко 10 навивки на всеки 31 см, измерени на всяко място по дължината на кабелите. Външният диаметър на плетените кабели не трябва да надвишава 6 mm.

Крайни резистори

Някои CAN мрежови архитектури имат два резисторни блока (завършващи или крайни) със стойности от 120 ома (или свързани последователно, 60+60 ома), свързани към мрежата, за да се гарантира перфектното разпространение на електрическите сигнали по мрежовите кабели.

Тези резистори, по един във всеки край на мрежата, гарантират отразяването на сигналите по шината за данни и правилното функциониране на CAN мрежата, елиминирайки шума.

Възможно е да направите бърза проверка на непрекъснатостта на мрежата с измерване на съпротивлението между кабелите CAN-High (CAN-High) и CAN-Low (CAN-Low), без да има напрежение в мрежата и контролните модули са свързани.

Измерването на съпротивлението между щифтове 6 (CAN – високо) и щифт 14 (CAN – ниско) на диагностичния конектор, при изключена отрицателна клема на акумулатора, трябва да бъде приблизително 60 ома.

Представяме ви измерването, извършено с мултицет на щифтове 6 и 14 на диагностичния конектор с шината с перфектна непрекъснатост.

ВАЖНА ЗАБЕЛЕЖКА 1: Някои комуникационни мрежови архитектури не използват крайни резистори, следователно е от съществено значение техникът да се стреми да знае подробности за системата на превозното средство, която извършва диагностиката.

Протокол за комуникация

За да се осъществи комуникация между всички елементи на мултиплексираната мрежа, е необходимо да се генерира общ комуникационен език, наречен Data Protocol.

Протоколът за данни или комуникационният протокол определя всички правила за комуникация на данни между оборудването. Тези правила са: режим на предаване (аналогов или цифров), тип код, адрес, ред на предаване, откриване на грешки, приоритет на информацията, между другото.

Протоколът CAN е протокол за синхронизирана серийна комуникация на данни. Синхронизирането между модулите, свързани към мрежата, се извършва по отношение на началото на всеки кадър, стартиран към него, събитие, което се случва на известни и редовни интервали от време.

Протоколът CAN в приложенията за вградена електроника, както е обяснено, изисква двойка усукани проводници, наречени BUS за данни, за да се избегнат смущаващи електромагнитни смущения, идващи от самия кабел на шината за данни или от други източници в превозното средство, като захранващи вериги, искри, мобилен телефон или радио.

Всеки един от проводниците на CAN мрежата има различни логически нива, наречени CAN-високо (CAN_High) и CAN-ниско (CAN_Low) и следователно сумата от напрежения е постоянна по всяко време, минимизирайки електромагнитните ефекти и на двете.

показва пример за поведение на сигнала от усукани кабели с високоскоростна CAN мрежа.

Според това, което виждаме, системата може да приеме две различни състояния: Ако разликата между напреженията между CAN-High и CAN-Low е равна на нула, системата приема бит 1 и когато разликата в напрежението на напрежението е равно на или по-голямо от 2 волта, приема бит за 0 (нула).

Разбирането на тази операционна логика е от съществено значение, тъй като можем да проверим с мултиметър или осцилоскоп дали мрежата работи правилно.

Например, когато измерваме напрежението на пинове 6 и 14, ще имаме посочени следните приблизителни стойности, показващи перфектно функционираща мрежа:

Наблюдавайки, виждаме, че напрежението на пин 6 (CAN-High) е по-високо от напрежението, измерено на пин 14 (CAN-Low), което показва добра работа на мрежата. Имайки предвид, че с мултиметъра няма да можем да измерим моментното напрежение на мрежата, тъй като тази стойност се променя бързо и мултицетът не може да проследи тези вариации, резултатът на екрана ви е средна стойност от стойностите, тъй като изпълнява средно четири измервания в секунда.

ВАЖНА ЗАБЕЛЕЖКА 2: Някои системи само „събуждат“или активират мрежата след инсталиране на скенера в диагностичния конектор, така че е важно сервизът да знае специфичните характеристики на комуникационната мрежа, която се прилага към автомобила който извършва анализа.

Във втората част на тази статия ще представим характеристиките на високоскоростния CAN мрежов сигнал чрез използването на осцилоскопа, в допълнение към показването на различни диагнози на мрежови повреди чрез реални случаи, изпитани в сервиза и предоставени от нашите партньори.

Ще се видим следващия път!!!

Популярна тема