امروزه، استفاده از لوازم برقي و الكترونيكي در خودرو، روز به روز در حال افزايش بوده و اين قطعات به تدريج جايگاه ويژه‌اي در ميان قطعات خودرو مي‌يابند. ارتباط اين‌گونه قطعات در يك خودروي مدرن، حجم دسته سيم‌ها را به شدت افزايش داده و نصب آنها را پيچيده مي‌كند. اين مسئله باعث شد تا شركت‌هاي خودروساز براي تسهيل در ارتباط قطعات برقي، از روش‌هاي جديدتري استفاده كنند. اين روش‌ها براساس اصول شبكه‌ها، طراحي شده و در نهايت باعث ايجاد و توسعه روش‌هاي استاندارد ارتباطات در خودرو همانند VAN، ABUS، CAN و غيره شد. در اين ميان، تكنيك CAN ا1به دليل سرعت زياد، قابليت اطمينان بالا، انعطاف‌پذيري بيشتر و سهولت استفاده، از روش‌هاي ديگر پيشي گرفته است. پروتكل ارتباطي CAN، براي اولين بار توسط شركت بوش در 1984 طراحي و قطعات الكترونيكي مورد نياز آن به بازار عرضه شد. اين پروتكل، در يكي از مدل‌هاي سواري بنز به منظور كنترل عملكرد موتور مورد استفاده قرار گرفت. اين روش در 1994 توسط سازمان استاندارد جهاني تحت استاندارد 11898 ISO مورد پذيرش قرار گرفت. اين سيستم، به تدريج جايگاه خود را در كنترل قسمت‌هاي مختلف خودرو پيدا كرده و توسط خودروسازان اروپايي و سپس امريكايي مورد استفاده قرار گرفت. مثلاً، شركت ولوو با بهره‌گيري از اين تكنيك در مدل خودروي سواري S80 خود توانست به ميزان يك كيلومتر از طول دسته سيم اين خودرو بكاهد. در شبكه CAN، قطعات از طريق گره‌ها به گذرگاه‌هاي اصلي وصل مي‌شوند و پيام توسط واحدهاي كنترلي در خطوط اصلي جاري شده و گيرنده‌ها از طريق اتصال گره‌ها پيام مرتبط را دريافت مي‌كنند و متعاقب آن، عمليات مورد نظر انجام مي‌شود.
اصول تبادل اطلاعات در شبكه‌هاي CAN
در شبكه‌هاي CAN، براي ارسال داده‌ها به يك گره، آدرس‌دهي مشخصي صورت نمي‌گيرد بلكه محتواي پيام ارسالي (مثلاً دماي موتور و يا فرمان روشن شدن چراغ راهنما) به همراه اولويت آن، توسط شناسه‌اي اختصاصي در شبكه مشخص مي‌شود. اين موضوع هنگامي اهميت دارد كه دستگاه‌هاي مختلف نياز به دسترسي همزمان به خطوط شبكه داشته باشند. براي ارسال پيام، داده‌ها به همراه شناسه از طريق مبدل‌هاي CAN براي ارسال آماده شده و به محض آزاد شدن خطوط، ارسال به تمام گره‌ها انجام مي‌شود. دستگاه‌ها (كه اكنون در وضعيت گيرنده قرار دارند) پيام را بررسي كرده و در صورتي كه به آنها مربوط باشد، آن را مي‌پذيرند. در اين‌گونه شبكه‌ها، افزودن گره‌هاي جديد (قطعات جديد) به سادگي امكان‌پذير بوده و نياز به تغيير سخت‌افزاري چنداني ندارد. شكل 3 برقراري ارتباط مطابق با استاندارد 11898 ISO را نشان مي‌دهد كه تراشه‌هاي مربوط به آن، توسط شركت‌هاي مختلف به بازار عرضه شده است.
شكل 1: برقراري ارتباط از طريق شبكه
روش برقراري ارتباط بين قطعات برقي در سيستم CAN
برقراري ارتباط به شكل CAN به دو فرم كلي انجام مي‌شود. در يكي از اين دو حالت، از مدارها و تراشه‌هاي مخصوص اين‌گونه ارتباط كه به صورت مجزا2 ساخته شده‌اند، استفاده مي‌شود (شكل 4) و ارتباط از طريق اتصال اين قطعات به ميكروكنترلر و برنامه‌نويسي تراشه‌ها صورت مي‌پذيرد. روش دوم، استفاده از ميكروكنترلرهايي است كه قابليت‌هاي فوق، درون آنها تعبيه شده است (شكل 5). هر كدام از اين روش‌ها مزايايي دارند. مثلاً در روش اول، در صورت تغيير نوع CPU به تعويض مدارات جانبي نيازي نيست در حالي كه در روش دوم، فضاي مورد نياز كمتر بوده و قيمت مجموعه ارزان‌تر است. همچنين، به دليل اينكه خواندن و نوشتن اطلاعات از طريق خطوط داخلي انجام مي‌شود، اين روش براي كاربردهاي با سرعت زياد مناسب است.
ساختار پيام در شبكه CAN
شكل 6، فرم كلي پيام در شبكه‌هاي CAN را نمايش مي‌دهد. همان‌طور كه ديده مي‌شود، شروع پيام با بيت SOFا3 است. به دنبال ارسال اين بيت، پيام مورد نظر فرستاده خواهد شد. در اين پيام، ابتدا بيت‌هاي Arbitration ارسال مي‌شوند. اين بيت‌ها شامل بخش شناسه ID و بيت RTRا4 هستند. در صورتي كه بيت RTR صفر منطقي باشد، معرف فريم داده‌ها و در صورتي كه منطقي باشد، معرف درخواست فريم داده است. طول شناسه در CAN استاندارد، 11 بيت بوده و در CAN توسعه يافته، به 29 بين مي‌رسد (شكل7). پس از آن، بيت‌هاي كنترلي وجود دارند كه شامل بيت IDEا5 (در صورت استفاده از CAN توسعه يافته)، يك بيت ذخيره و 4 بيت ديگر است كه معرف تعداد بايت‌هاي داده آماده براي ارسال مي‌باشد. طولداده‌ها مي‌تواند از صفر تا 8 بايت باشد و توسط DLC3-DLC0 مشخص مي‌شود. بيت‌هاي CRCا6 براي تشخيص خطا بوده و پس از ارسال اطلاعات، آورده مي‌شوند. دو بيت بعدي، با عنوان ACKا7 براي تشخيص خطا و كنترل صحت پيام ارسالي هستند. هفت بيت بعدي EOF بوده و پايان ارسال پيام را مشخص مي‌كنند.
شبكه CAN يكي از معتبرترين روش‌هاي تبادل اطلاعات بوده و يكي از مزاياي آن، تشخيص و تصحيح خطا و قابليت اطمينان بالاست. مثلاً، در شبكه‌هاي CAN براي كنترل خطا در تبادل اطلاعات، پنج روش وجود دارد كه عبارتند از:
1. Bit Monitoring
2. Bit Stuffing
3. Frame Check
4. ACK Check
5. CRC Check
با استفاده از روش‌هاي فوق، ميزان خطاي تشخيص داده نشده در ارسال8 به كمتر از نرخ ارسال خطا×11-10×7/4 كاهش مي‌يابد و خطاي احتمالي ايجاد شده در پيام، شناسايي شده و تصحيحات لازم صورت مي‌گيرد.
شكل 2: تبادل اطلاعات در شبكه‌هاي CAN
نتيجه‌گيري
با توجه به مزايايي همچون ارزاني، سهولت استفاده، سرعت بالا، قابليت اطمينان و كار در شرايط مختلف و Real Time بودن، روند عمومي در طراحي سيستم‌هاي برقي خودروهاي جديد به سمت استفاده از اين گونه سيستم‌هاست. امروزه، اين شبكه‌ها علاوه‌بر صنعت خودرو، در صنايع كنترلي نيز از اهميت ويژه‌اي برخوردار بوده و كاربردهاي فراواني در اتوماسيون دارند.
شكل 3: برقراري ارتباط CAN مطابق استاندارد ISO11898
شكل 4: كنترلر CAN از نوع STAND- ALONE
شكل 5: كنترلر CAN از نوع يكپارچه
شكل 6: ساختار پيام در شبكه CAN استاندارد
شكل 7: ساختار پيام در شبكه CAN توسعه يافته
|
