Что такое can шина: Can шина — как выглядит и работает. Как использовать кан шину для контроля транспорта

Подключение CAN шины — ООО «М2М-Телематика Сибирь»

Общая информация

CAN-шина это два провода, к которым подключены практически все узлы современного автомобиля. По этим проводам происходит постоянный обмен между бортовым компьютером автомобиля и конечными устройствами, узлами и датчиками автомобиля. У каждого устройства и датчика есть свое имя и адрес. Все эти устройства, узлы и датчики периодически отправляют в шину данные о своем состоянии. Компьютер обрабатывает эту информацию и выбирает наиболее оптимальный режим работы для автомобиля. Таким образом, информация о состоянии практически всех систем постоянно присутствует в шине.

Современные терминалы GPS/ГЛОНАСС мониторинга позволяют подключаться к CAN шине и тем самым появляется возможность читать данные о состоянии различных датчиков ТС.  

Подключение абонентского терминала  CAN-шине возможно двумя способами — контактным (менее безопасный, т.к. происходит врезка в провода) и бесконтактным (не снимает ТС с гарантии, 100% безопасный способ) с помощью специальных считывателей. 

Для подключения к CAN наши технические специалисты используют утвержденные схемы подключения от производителей ТС. 

Ниже приведен примере параметров снятых с MAN TGS 2012 года. Для снятия данных использовался терминал GALILEO SKY 5.0

1.  Общий расход топлива 

Абсолютный расход топлива в CAN шине показывает общее количество израсходованного топлива за все время эксплуатации автомобиля. С каждой новой поездкой этот параметр увеличивается и постоянно накапливается. При подключении к CAN шине это основной параметр, отвечающий за контроль топлива. Штатный датчик расхода очень точно определяет количество израсходованного топлива.

Водитель никак не может повлиять на его работу.

2.  Топлива по CAN— 

 Штатный датчик уровня топлива, установленный на автомобиль производителем, не всегда корректно работает. От датчика уровня топлива не требуется большой точности, так как он не влияет на работу двигателя. Этот датчик показывает водителю, когда ему пора заправлять топливо. Использовать этот датчик для точного контроля расхода топлива не всегда получается. Но его показания могут понадобиться, чтобы определить места и время заправок. 

Погрешность показаний штатного датчика топлива относительно заправки по АЗС может быть от 5% до 20%. 

3.  Пробег по CAN

Это пробег с момента первой поездки, он постоянно накапливается с каждой поездкой. Пробег или одометр видит водитель на панели приборов. Данные по пробегу так же доступны для анализа. Можно наглядно оценить, как сильно пробег по одометру отличается от пробега по данным GPS/ГЛОНАСС.

И если скручивается пробег, такие факты легко определить по показаниям этого датчика.

4.  Температура двигателя

Температуры охлаждающей жидкости — Датчик температуры охлаждающей жидкости предназначен для измерения температуры охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя. Датчик включен в систему управления двигателем.

5.  Обороты двигателя 

Параметр позволяющий в системе WIALON контролировать обороты двигателя. 

Например на MANе с которого сняты данные параметры, водитель не должен превышать обороты более 2300 оборотов в минуты, т.к. при повышенных оборотах сильно изнашивается двигатель, стоимость ремонта которого очень высокая.

Так же возможно получение более специфических параметров, например, полное время работы двигателя, нагрузка на двигатель, нагрузка на ось, уровень жидкости AdBLUE, открыты ли двери водителя или пассажира, пристегнут ли ремень водители или пассажира, включены ли фары.

Подключение к CAN шине позволяет, не вмешиваясь в работу узлов и систем, получить множество параметров для контроля топлива и режимов работы автомобиля. Минимальная возможность вмешательства со стороны водителя это важная особенность такого способа.

система управления батареями и связи

CAN-шина — это протокол на основе сообщений, который позволяет различным небольшим системам в автомобиле обмениваться данными без физических подключений.

Связь и передача данных между каждой рабочей частью системы транспортного средства имеют решающее значение для оптимальной функциональности и надлежащего управления и мониторинга этих частей. Здесь в игру вступают протоколы шины CAN. Эти протоколы специализируются на внутренней связи между различными компонентами автомобиля.

В каждом автомобиле есть множество устройств, микроконтроллеров, систем, подсистем и рабочих частей, которые работают вместе, чтобы обеспечить правильную работу автомобиля. Каждая из этих систем работает либо независимо, либо в сочетании с другими системами, но одним общим фактором между ними является связь.

Но как именно они влияют на связь внутри автомобиля? 

В этой статье мы обеспечим простое, но глубокое погружение в концепции протоколов шины CAN в автомобиле.

Содержание

Что такое CAN-шина?

Шина CAN, сокращенно от Controller Area Network Bus, представляет собой шинную систему на основе связи, предназначенную для облегчения передачи данных и связи между устройствами и микроконтроллерами независимо от главного компьютера. Проще говоря, это протокол на основе сообщений, который позволяет различным небольшим системам в автомобиле обмениваться данными без физических соединений или проводов.

Шина CAN может быть спроектирована для работы с широким спектром микроконтроллеров и устройств таким динамическим образом, что во время активной передачи данных устройство с наивысшим приоритетом может передавать данные первым, а остальные передаются последовательно. 

CAN-шина является предпочтительным вариантом, используемым автомобильными инженерами по нескольким причинам. Одна из таких причин заключается в том, что шина CAN передает данные в режиме реального времени, очень надежна и очень эффективна при передаче данных.

Но CAN-шина — не единственный вариант, вы можете узнать больше о других типы систем связи. Теперь давайте взглянем на подпротоколы.

Что такое открытая система CAN?

Шина CAN — это протокол систем динамической связи, на основе которого существует множество подпротоколов, одним из основных протоколов является CAN Open. 

CANopen — это прикладной протокол, основанный на системе шины CAN, который эффективно позволяет применять протокол CAN к широкому спектру приложений. В настоящее время это один из самых стандартных подпротоколов связи, используемых инженерами для различных приложений в электромобилях и других машинах. 

Что такое протокол CAN J1939?

CAN J1939 отвечает за последовательную передачу данных и связь между небольшими устройствами, системами и компонентами автомобиля. CAN J1939 все еще набирает популярность благодаря использованию в современных электромобилях и автомобилях.

Что такое протокол CAN 2.0B?

С другой стороны, CAN 2.0B — это просто гораздо более широкий формат обмена данными по шине CAN и усовершенствование исходного формата CAN 2.0A.

Формат CAN 2.0B использует 29-битные идентификаторы для передачи данных, в отличие от 11-битного стандартного идентификатора, используемого в модели 2.0A. Он может использовать как 11-битные, так и 29-битные идентификаторы и является гораздо более продвинутым, обеспечивая совместимую передачу данных между микросистемами в автомобиле.

Каковы преимущества и недостатки шины Can?

Как и каждый компонент автомобиля или любой машины, шина CAN имеет свои преимущества и недостатки, и все они влияют на общую производительность автомобиля.

Преимущества CAN-шины

• Высокоскоростная связь: Протокол шины CAN обеспечивает высокоскоростную связь и передачу данных между различными компонентами и устройствами в автомобиле. Все эти компоненты должны работать и обмениваться данными одновременно, чтобы транспортное средство функционировало должным образом, а с помощью шины CAN эта связь осуществляется с исключительно высокой скоростью.  

• низкая стоимость: С появлением CAN-шины отпала необходимость в надежной жесткой проводке и, следовательно, нет необходимости приобретать провода за небольшую часть стоимости, необходимой для создания и включения CAN.

• Низкий вес: протокол CAN использует сетевую связь для облегчения передачи данных между компонентами автомобиля и, следовательно, не требует большого количества проводных соединений.

• Автоматическая система протоколов: В качестве программного протокола шина CAN не только облегчает передачу данных и обмен данными по сети, но также использует высокий уровень сортировки и повторной передачи сообщений между компонентами и системами. Протокол CAN, такой как CANopen, может устанавливать приоритет передачи сообщений и данных, а в случае нескольких недель может повторно передавать задержанные сообщения.

Недостатки CAN-шины

• Высокая стоимость обслуживания программного обеспечения: CAN-шина — это очень технический протокол, и каким бы эффективным он ни был во внутренней связи, он столь же технический в обслуживании. Для поддержания протокола и его функционирования требуются услуги специалистов, а такие услуги специалистов встречаются редко и требуют больших затрат. 

• Случайные ошибки сигнала: Как и любой другой программный протокол и программа, шина CAN подвержена ошибкам и проблемам со связью. Это может сильно повлиять на общую производительность автомобиля, поскольку жизненно важные сообщения и сигналы от компонентов могут не отправляться или не приниматься необходимыми частями.

Каковы приложения шины CAN?

Протоколы CAN Bus и CANopen используются в самых разных приложениях, особенно в транспортных средствах и машинах с многочисленными блоками управления и системами. Каждый из этих блоков управления и подсистем образует более крупные блоки или работает независимо, но все же должен поддерживать постоянную связь друг с другом для правильной работы автомобиля.

Системы включают в себя тормозные системы, автономное вождение, подушки безопасности, усовершенствованные системы помощи при вождении, рулевое управление, аудиосистемы, подзарядку, BMS для аккумуляторов и т. д. Эти коммуникации, поддерживаемые протоколами шины CAN и CANopen, способствуют высокому уровню координации, безопасности, стоимости и эффективности. сокращение материала.

Некоторые примеры систем, использующих протоколы шины CAN в автомобиле, включают:

1. Система управления батареями (BMS): Аккумуляторная батарея электромобилей является источником энергии, который двигает транспортное средство вперед, и эта аккумуляторная система находится в состоянии постоянной передачи энергии и нуждается в контроле. Здесь на помощь приходит BMS, поскольку она предназначена для управления, обслуживания и регулирования работы аккумуляторных батарей для достижения оптимальной производительности.

С другой стороны, система управления батареями разработана на основе протоколов шины CAN, поскольку она участвует во многих аспектах состояния батареи и должна поддерживать постоянную связь со своими компонентами, а также с центральным компьютером, управляющим транспортным средством.  

Система управления батареями, основанная на протоколах шины CAN, помогает управлять функциональностью каждой ячейки батареи, содержащейся в аккумуляторной батарее. система управления батареями отслеживает такие аспекты батареи, как напряжение, ток, состояние заряда (SOC), состояние здоровья (SOH), диапазон хода, предлагаемый батареей, температуру батареи и множество других параметров. 

2. Электрическая тормозная система: Шина CAN встроена в тормозную систему электромобиля таким образом, что она контролирует эффективность, качество и состояние тормозов, передавая эту информацию на центральный компьютер для чтения водителем. Эти сообщения сообщают водителю, какая мощность применяется и как эта передача мощности влияет на всю систему.

3. Автономные парковочные системы: многочисленные камеры и датчики, необходимые и используемые электромобилем для самостоятельного вождения и парковки, должны быть в постоянном контакте.

4. Автоматический запуск и остановка: функции автозапуска в электромобиле требуют связи почти со всеми подсистемами автомобиля, включая такие системы, как рулевое управление с аккумуляторной батареей, датчики скорости, кондиционер и многое другое.

Интеллектуальные батареи, такие как литий-ионные батареи, работают намного лучше со скоростью передачи и управляющими сигналами протокола шины CAN, чтобы обеспечить стабильность автомобиля намного лучше, чем другие батареи, такие как свинцово-кислотные батареи.

Зачем нужна CAN-шина?

Шина CAN является неотъемлемой частью современных транспортных средств, особенно электромобилей, которые имеют множество электрических частей, которые должны быть в постоянной связи друг с другом для оптимальной работы.

Это также важно для контроля аккумуляторной батареи электромобиля за счет использования специального устройства BMS, основанного на протоколах шины CAN. Шина CAN также уменьшила потребность в чрезмерной жесткой проводке, позволяя использовать один выделенный провод, соединяющий все микроконтроллеры и устройства.

Можно ли заменить CAN-шину?

Проще говоря, да, шину CAN можно заменить. Поскольку это автобус с физической проводкой, его можно купить и заменить в случае повреждения оригинальной модели. Новая шина CAN должна соответствовать требованиям шины, которую она заменяет, чтобы быть уверенной, что она может выполнять функции и операции, как исходная шина.

---

Статьи по теме:

1. Техническая информация о характеристиках заряда и разряда аккумулятора электровелосипеда

Tritek является вашим партнером по ODM для левовских аккумуляторов, и мы внимательно следим за вашими требованиями.

Шина

CAN: что это такое, зачем она существует и действительно ли нам нужно ее понимать?

Очень немногие отрасли стоят на месте и выживают, и автомобильный мир не исключение. Без невероятных инноваций и эволюции, которые мы наблюдали за последнее столетие, мы до сих пор пытались бы мчаться на деревянных колесах, дико свисая с нашего ручного дросселя в попытке обуздать все 15 киловатт ярости от пыхтения, неэффективная шишка сидит между передними листовыми рессорами.

В этом интервью: Что такое шина CAN | Когда была создана шина CAN | Использует ли мой автомобиль шину CAN? | Street vs Motorsport Системы шины CAN | Почему это используется? | Сложно ли учиться? | Как я могу учиться? | Что делать, если у меня нет предварительных знаний?

За последние пару десятилетий мы стали свидетелями быстрой цифровизации автомобилей, и это изменило правила игры для тех, кто хочет модифицировать свои автомобили или создавать новые гоночные автомобили с нуля. Система связи CANBus лежит в основе всех этих инноваций, и для большинства людей идея работы и творчества в рамках этого протокола пугает. Но так ли это жестоко и жестоко, как кажется на первый взгляд? Мы беседуем с преподавателем High Performance Academy Заком Перстоном, чтобы выяснить это.

HPA: Во-первых, нам нужно, чтобы вы объяснили нам, что такое CANBus и как он используется в современных автомобилях.

Зак Перстон: «Шина CAN» — это на самом деле два термина, которые объединяются: «CAN» — это «локальная сеть контроллеров» и «шина», которая относится к физическим проводам, которые использует система CAN… Это на самом деле не помогает объяснить, что это такое! CAN — это цифровой сетевой протокол, который используется в промышленности для передачи данных между устройствами. Это здорово, потому что это означает, что мы можем использовать всего два провода для обмена целой кучей информации о транспортном средстве, вместо того, чтобы использовать отдельный провод для каждого сигнала. Делает наши жгуты проводов меньше, легче, прочнее и, самое главное, дешевле!

Когда CANBus начали использовать в дорожных автомобилях, и все ли автомобили теперь используют его повсеместно?

CAN был официально выпущен еще в 1986 году! Однако в ту эпоху вы не найдете много автомобилей за пределами Европы, использующих его, и даже внутри Европы его использование было довольно ограниченным. Однако CAN доказал свою полезность, что привело к дальнейшему развитию, снизило стоимость электроники, упростило ее внедрение… И цикл продолжился. Я бы сказал, что это действительно стало мейнстримом где-то в 1996, и я был бы удивлен, если бы существовал хоть один дорожный автомобиль, построенный после 2000 года, в котором где-то не было связи CANbus.

Как узнать, использует ли мой автомобиль шину CAN?

Если его модельный год позже 2006, то стандарт протокола OBD2 означает, что он будет использовать CAN, по крайней мере, для некоторых диагностических целей, но очень, очень велики шансы, что все, что позже 1995 года, будет иметь связь CAN в где-то там.

Есть ли разница между системами, используемыми в дорожных и гоночных автомобилях, или это одно и то же?

Да, но также и нет. Позвольте мне немного объяснить это. CAN — это стандарт протокола, что означает, что фактически используемые электрические сигналы одинаковы, независимо от того, используем ли мы электронные модули вторичного рынка в гоночном автомобиле или работаем с автомобилем OEM. Стандарт CAN определяет, что означают эти электрические сигналы и как их следует читать как законченное сообщение. Однако все немного по-другому, так это содержание этих сообщений. Когда мы создаем гоночный автомобиль, мы определяем, что содержат эти сообщения и как данные отправляются и принимаются… Но когда мы работаем с автомобилем OEM, нам обычно приходится выяснять, как кто-то еще настроил сообщения. , процесс, известный как обратный инжиниринг.

Самое замечательное в том, что CAN является стандартом, заключается в том, что, поскольку все эти электрические сигналы совместимы, как только мы реконструируем сообщения, которые мы хотим от OEM-автомобиля, мы можем заставить нашу послепродажную электронику считывать эти данные, бесшовное объединение двух систем.

Так зачем же он нам нужен? Что было не так с тем, как мы подключали и управляли автомобилями до появления CANBus?

Стоимость, большие объемы, сложность и гибкость! Раньше, когда нам нужно было передать сигнал от одной части автомобиля к другой, у него должен был быть свой выделенный провод. Это быстро выходит из-под контроля, и жгуты проводов становятся действительно громоздкими, тяжелыми и дорогими в производстве. Подумайте о том, сколько фрагментов информации показывается вам на современной приборной панели, и подумайте о каждом из них, скорости, оборотах в минуту, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла, наддуве (если вам повезет), уровне топлива — список продолжается. на. Если каждому из них нужен свой провод, жгут будет массивным. CANBus позволяет нам отправлять много-много разных данных вокруг транспортного средства по одним и тем же двум проводам, поэтому это действительно упрощает работу.

Мы также получаем большую гибкость при использовании CAN. Если у меня в гоночном автомобиле есть приборная панель, и у меня есть индикатор, который предупреждает меня о сбое зарядки генератора, но я хочу изменить его, чтобы он предупреждал меня о ситуации с низким давлением масла, я могу просто изменить программное обеспечение. чтобы выполнить это. Пока данные о давлении масла находятся на CANBus, приборный регистратор может считывать их и в ответ включать сигнальную лампу без необходимости в дополнительной проводке. Это действительно важно для гоночного автомобиля профессионального уровня, где жгут проводов представляет собой герметичный элемент, который нельзя легко модифицировать.

Честно говоря, все это звучит как хорошая идея, но мысль о работе с этими CAN-протоколами и используемыми системами проводки будет очень пугающей для большинства людей — даже для профессионалов. индустрия. Считаете ли вы, что трепет оправдан?

Абсолютно, однозначно, определенно не . Только не чуть-чуть. Поскольку CAN является стандартом, как только вы изучите этот стандарт, вы получите знания, необходимые для настройки системы связи с использованием вторичной электроники, а также для обратного проектирования существующих потоков данных. Это страх перед неизвестностью. Как только вы преодолеете барьер знаний, страх исчезнет, ​​и перед вами откроется целый мир возможностей. Положа руку на сердце, я бы сказал, что CAN упрощает работу с автомобильной электроникой, а не использует ее.

Я думаю об этом как о сопротивлении EFI. Люди знали карбюраторы, знали, как их настраивать, как добиться желаемого результата — EFI был новым и пугающим. Но как только барьер знаний был преодолен, преимущества, предлагаемые EFI, огромны!

Ваш курс CANBus Communications Decoded довольно всеобъемлющий. После завершения, чего, по вашему мнению, сможет достичь учащийся, используя полученные знания и навыки?

В случае использования электронных модулей вторичного рынка в гоночном автомобиле они смогут спроектировать и построить проводку шины, убедившись, что все устройства физически подключены правильно. Они смогут настроить и запрограммировать эти устройства для отправки необходимых данных и запрограммировать другие устройства для чтения необходимых данных. Они будут иметь полное представление об основах протокола CAN, что позволит им устранять любые странные результаты и обеспечивать безупречную работу системы.

Они также смогут подключаться к существующей системе CAN, отслеживать данные, которые уже циркулируют, и иметь путь, по которому нужно следовать, чтобы определить, что на самом деле означают эти данные. Один из моих любимых рабочих примеров в курсе — отслеживание данных об угле поворота руля на OEM CANbus в гоночном автомобиле Toyota 86. Затем эти данные отправляются на видеорегистратор, что означает, что изображение положения рулевого колеса может быть наложено на видео. Настройка этого с помощью вторичной электроники и датчиков была бы трудоемкой и дорогой, но получение этих данных от системы, которая уже находится в автомобиле, просто блестяще экономит время и деньги!

По вашему мнению, каким уровнем способностей и знаний должен обладать человек, чтобы получить максимальную отдачу от этого? Мы должны предположить, что это не совсем для абсолютных новичков…

Курс начинается с абсолютных основ, необходимых для понимания протокола CAN, но некоторые базовые знания автомобильной электрики, безусловно, будут полезны. Курс формирует необходимые базовые знания, а затем начинает знакомить с более продвинутыми концепциями. Если вы раньше вообще не имели дело с CAN, этот курс проведет вас с самого начала.

Хотите узнать все о связи по шине CAN? Запишитесь на курс Зака ​​прямо сейчас и сразу начните с 60-дневной гарантией возврата денег.

CAN-шина: как это работает, плюсы и минусы и руководство по быстрой локальной обработке

Что такое CAN-шина?

Шина Control Area Network (CAN) представляет собой протокол последовательной связи, который позволяет устройствам обмениваться данными надежным и эффективным способом. Он широко используется в транспортных средствах, работая как нервная система для подключения ЭБУ в автомобиле.

Шина CAN изначально была разработана Bosch для автомобильных приложений в 1980-х годах. Это отказоустойчивый протокол с несколькими ведущими, несколькими подчиненными, полудуплексным и отказоустойчивым протоколом, который хорошо соответствует требованиям автомобильных приложений. Он прост, недорог и надежен и может использоваться в суровых условиях. Шина CAN обеспечивает единую точку входа для всех ЭБУ автомобиля, что упрощает их подключение и диагностику.

Данные шины CAN могут предоставить ценную информацию о производительности и состоянии подключенных устройств. Однако сбор и обработка данных шины CAN могут быть затруднены из-за высокой скорости передачи данных, низкой пропускной способности и непостоянства сетевых условий.

Одним из возможных решений этих проблем является использование MQTT, обеспечивающее своевременную передачу данных из автомобилей в облако даже при слабом сетевом состоянии. EMQX — это брокер MQTT с открытым исходным кодом, который может помочь вам создать надежную и масштабируемую инфраструктуру MQTT для сбора данных шины CAN.

Краткая история шины CAN

Шина Controller Area Network (CAN), разработанная Bosch, немецкой многонациональной инженерно-технологической компанией, возникла в начале 19 века. 80-е годы. Его основная цель заключалась в создании эффективной системы связи для автомобильных приложений, в частности, для уменьшения сложности жгутов проводов в транспортных средствах.

В 1986 году компания Bosch представила свой первоначальный протокол CAN, который быстро завоевал популярность среди автопроизводителей благодаря своей надежности и надежности. К 1993 году он стал международным стандартом ISO-11898. Подведем итог эволюции протокола:

• 1991: Mercedes-Benz становится одним из первых производителей автомобилей, внедривших шину CAN в свою модель W140 S-класса.
• 2004: Представление CAN FD (Flexible Data Rate), обеспечивающее более высокую скорость передачи данных и большую полезную нагрузку, чем традиционные сети CAN.
• 2015: Принятие ISO-16845:2015 в качестве плана проверки на соответствие для устройств, реализующих как классический протокол CAN, так и протокол CAN FD.

Помимо автомобильных приложений, этот универсальный сетевой протокол со временем стал применяться и в других отраслях. Сегодня он используется в системах промышленной автоматизации (CANopen) и морской электронике (NMEA 2000). Его широкое распространение в основном связано с его способностью надежно работать даже в суровых условиях при сохранении низких требований к стоимости внедрения.

Как работает шина CAN?

Шина CAN представляет собой децентрализованный протокол связи. Его децентрализованный подход делает его идеальным для приложений в автомобильных и промышленных системах, где важны надежность и производительность в реальном времени.

В сети CAN все узлы соединены витой парой или оптоволоконным кабелем. Каждый узел имеет свой микроконтроллер, отвечающий за обработку входящих сообщений и отправку исходящих. Данные передаются узлом на общей шине, что позволяет всем остальным узлам получать их. Основные этапы коммуникативного процесса:

1. Арбитраж: для предотвращения коллизий при одновременной попытке передачи несколькими узлами CAN использует процесс арбитража, основанный на приоритете сообщения. Чем ниже значение идентификатора сообщения, тем выше его приоритет.
2. Обнаружение ошибок: встроенные механизмы обнаружения ошибок обеспечивают целостность данных в сетях CAN. К ним относятся проверки циклическим избыточным кодом (CRC), последовательности проверки кадров (FCS) и биты подтверждения от принимающих узлов.
3. Ограничение сбоя: если какой-либо узел обнаружит ошибку или неисправность во время передачи, он перейдет в состояние «пассивная ошибка» до тех пор, пока не возобновится нормальная работа. Это предотвращает влияние ошибочных передач на общую функциональность системы.

Эта комбинация функций позволяет шинам CAN поддерживать высокий уровень эффективности, обеспечивая при этом надежную связь между различными компонентами сложных систем, таких как транспортные средства или заводское оборудование автоматизации.

Структура сообщения в протоколе CAN

Структура сообщения в системе шины CAN имеет решающее значение для эффективной связи между устройствами.

Протокол использует формат кадра данных, который состоит из нескольких полей, включая идентификатор, поле управления, поле данных и механизм обнаружения ошибок.

• Идентификатор: это уникальное значение определяет приоритет каждого сообщения в сети. В стандартных 11-битных идентификаторах (CAN 2.0A) доступно до 2048 различных приоритетов. Расширенные 29-битные идентификаторы (CAN 2.0B) предоставляют еще больше возможностей с более чем полумиллиардом различных значений.
• Код длины данных (DLC): Расположенный в поле управления, этот код указывает, сколько байтов присутствует в поле данных — от нуля до восьми байтов.
• Поле данных: Содержит фактическую информацию, передаваемую между узлами в сегментах размером в байт.
• Cyclic Redundancy Check (CRC): встроенный механизм обнаружения ошибок, который обеспечивает надежную связь, обнаруживая ошибки передачи и запрашивая повторную передачу при необходимости.
• Слот подтверждения: Один бит, используемый принимающими узлами для подтверждения успешного получения сообщений или указания на ошибки, требующие повторной передачи.
• Error Frame: Необязательная часть обмена сообщениями CAN, которая позволяет узлам сигнализировать, когда они обнаруживают проблему с их собственными передачами или полученными сообщениями от других устройств в сети.

Типы CAN

Вот три основных типа CAN:

Низкоскоростная CAN

Низкоскоростная CAN, также известная как отказоустойчивая или ISO 11898-3, работает на скорости до 125 кбит/с. Он предназначен для менее критичных систем, таких как модули управления кузовом, дверные замки, элементы управления окнами и т. д., где скорость передачи данных не является жизненно важной. Его ключевой особенностью является способность продолжать работу даже при выходе из строя одного провода в шине.

Высокоскоростной CAN

Высокоскоростной CAN или ISO 11898-2, может развивать скорость до 1 Мбит/с. Этот тип сети подходит для более чувствительных ко времени приложений, таких как системы управления двигателем и электронные тормозные системы, благодаря более высокой скорости передачи данных по сравнению с низкоскоростными аналогами. Однако ему не хватает отказоустойчивости, характерной для низкоскоростных сетей.

CAN FD (Flexible Data Rate)

CAN FD, представленный Bosch в 2012 г., представляет собой расширение высокоскоростных сетей с повышенной скоростью передачи данных — до 5 Мбит/с — при сохранении обратной совместимости с существующими высокоскоростными устройствами. Основное преимущество этой технологии заключается в ее способности передавать большие полезные нагрузки более эффективно, чем традиционная CAN, что делает ее идеальной для современных автомобилей со все более сложными электронными системами.

Шина CAN: преимущества и проблемы

Каковы основные преимущества шины CAN?

Данные шины CAN могут предоставить ценную информацию о производительности, состоянии и поведении автомобиля. Сбор данных шины CAN в облаке — это мощный способ использовать потенциал данных о транспортных средствах посредством анализа больших данных. Применяя машинное обучение, искусственный интеллект или другие аналитические инструменты к собранным данным о большом количестве транспортных средств, производители транспортных средств могут получить ценную информацию и использовать ее для оптимизации характеристик транспортных средств.

• Обнаружение, устранение неполадок и прогнозирование неисправностей: анализируя данные шины CAN, можно выявить любые ненормальные или ошибочные сигналы от устройств и датчиков. Это может помочь диагностировать основную причину проблемы и устранить ее до того, как она приведет к еще большему ущербу или проблемам с безопасностью. Производители также могут обучать модели машинного обучения прогнозировать неисправности, передавая собранные данные в модель.
• Визуализация данных о транспортных средствах: с помощью собранных данных пользователи могут разработать систему для отображения агрегированных данных на приборной панели, которая позволяет пользователям фильтровать, сортировать и сравнивать различные транспортные средства и показатели. Панель инструментов также предоставляет предупреждения и рекомендации на основе анализа данных. Система позволяет пользователям получить представление о своей производительности.
• Координация транспортных средств на дорогах: собранные данные могут быть рассчитаны вместе с данными дорожной инфраструктуры для создания системы координации транспортных средств на дорогах.

В эпоху искусственного интеллекта данные являются самым ценным имуществом. Собирая данные с автомобилей в облако, а затем распределяя их по всем видам инфраструктуры данных, таким как базы данных и озера данных, пользователи могут использовать данные практически для всех видов приложений.

Каковы проблемы сбора данных в реальном времени?

Локальный сбор данных CAN-шины на автомобиле является достаточно зрелым. Однако сбор и обработка данных шины CAN, а также передача информации в облако в режиме реального времени могут быть затруднены из-за высокой скорости передачи данных, низкой пропускной способности и непостоянных сетевых условий. Таким образом, передавать все данные CAN-шины в облако для обработки нецелесообразно. Вместо этого можно собирать и обрабатывать данные шины CAN локально на периферии, чтобы уменьшить объем данных и передавать информацию в облако в режиме реального времени.

Для создания такого решения нам потребуются как минимум два компонента:

1. Механизм граничных вычислений: Механизм граничных вычислений может собирать только необходимые сигналы шины CAN, гибко обрабатывать их и запускать действия по передаче MQTT в режиме реального времени. LF Edge eKuiper — это движок граничных вычислений с открытым исходным кодом, который может помочь вам обрабатывать и анализировать данные шины CAN в режиме реального времени.
2. Брокер MQTT в облаке: Брокер MQTT может помочь передавать обработанные данные шины CAN в облако в режиме реального времени. EMQX — это брокер MQTT с открытым исходным кодом, который может помочь вам создать надежную и масштабируемую инфраструктуру MQTT для сбора данных шины CAN.

Узнать больше:

• https://ekuiper.org/
• https://www.emqx.com/en/products/emqx-ecp

Далее мы проиллюстрируем общее решение, объединяющее EMQX и eKuiper.

Решение проблем локальной обработки CAN-шины с помощью eKuiper

eKuiper — это механизм граничных вычислений с открытым исходным кодом, который может помочь вам обрабатывать и анализировать данные CAN-шины в режиме реального времени. eKuiper предназначен для потоковой обработки на периферии, подходящей для обработки в реальном времени типичных потоковых данных, генерируемых шиной CAN. eKuiper может решить следующие проблемы:

• Производительность достаточна для обработки больших объемов и скорости данных, генерируемых шиной CAN, в режиме реального времени. Гибкая фильтрация, обработка и выбор интересующих сигналов только для уменьшения полосы пропускания для передачи данных.
• Может анализировать двоичный кадр CAN на значимые сигналы, чтобы сделать возможным обработку правил и триггерные действия. Он поддерживает динамическую загрузку файла DBC, так что пользователи могут гибко изменять файл DBC, чтобы адаптироваться к различным устройствам шины CAN самостоятельно, без перезапуска двигателя. Это также делает файл DBC приватным и безопасным, и нет необходимости делиться им с командой разработчиков.
• Может гибко составлять сигналы из разных фреймов CAN для создания полного сообщения для приложений с помощью правил. Пользователи могут быстро изменить правило, чтобы адаптироваться к различным пользовательским сценариям или изменениям требований с помощью горячей перезагрузки.

Учебное пособие: локальная обработка данных CAN-шины с помощью eKuiper

Шаг 1: подключение к CAN-шине

eKuiper использует подключаемый модуль источника CAN для подключения к CAN-шине и получения CAN-кадров. Он поддерживает два режима подключения к шине CAN, как показано на схеме ниже.

1. Подключение к CAN-шине напрямую через socketCan. SocketCAN использует API сокетов Беркли, сетевой стек Linux и реализует драйверы устройств CAN в качестве сетевых интерфейсов. Как только шина CAN подключена к системе Linux, пользователи могут получить сетевой интерфейс CAN. В eKuiper пользователи могут создать поток CAN, указав сетевой интерфейс CAN и путь к файлу DBC . Затем к потоку CAN можно применить любые правила для обработки данных шины CAN.
2. Подключиться к CAN-шине через шлюз по протоколу TCP/UDP. Шлюз может быть адаптером CAN, который объединяет несколько фреймов CAN в пакет и отправляет пакетами по TCP или UDP. Обратите внимание, что формат пакета, отправляемого шлюзом, не стандартизирован. Поэтому нам может потребоваться изменить плагин, чтобы адаптироваться к нему. В eKuiper пользователи могут создать поток CAN, указав TCP/UDP-адрес и путь к файлу DBC . Затем к потоку CAN можно применить любые правила для обработки данных шины CAN.

Шаг 2: Декодирование данных шины CAN

Данные шины CAN представлены в двоичной форме и организованы в виде кадра. Кадр CAN состоит из нескольких полей. Различные протоколы CAN включают CAN 2.0A, CAN2.0B и CANFD. Формат кадра CAN немного отличается для разных протоколов. Формат кадра CAN для CAN 2.0A показан на рисунке ниже.

Среди них два поля важны для нас для декодирования данных шины CAN:

1. Поле ID: Поле ID используется для идентификации кадра CAN. Он 11-битный для протокола CAN 2.0A и 29-битный.-bit для CAN 2.0B и CANFD.
2. Поле данных: Поле данных представляет собой полезную нагрузку, которая используется для переноса фактических данных. Это 0-8 байтов для CAN 2.0A и CAN 2.0B 0-64 байта для CANFD.

В полезной нагрузке данные организованы в виде серии сигналов. Сигнал представляет собой именованный элемент данных с определенной длиной и определенной позицией в полезной нагрузке. Файл DBC представляет собой текстовый файл, содержащий информацию для декодирования необработанных данных шины CAN в «физические значения». Он определяет имя сигнала, длину, положение и формулу преобразования для преобразования необработанных данных в физические значения.

В eKuiper пользователи могут указать путь DBC для использования при анализе данных шины CAN. Настройка DBC в eKuiper довольно гибкая и безопасная.

• Несколько файлов DBC: пользователи могут указать каталог в качестве пути DBC. Внутри каталога несколько файлов DBC будут загружены в алфавитном порядке, и все они вступят в силу. Это может помочь пользователям постепенно добавлять или возвращать сигналы с помощью отдельных файлов DBC.
• Динамическая загрузка файлов DBC: файлы DBC загружаются во время выполнения без необходимости развертывания во время разработки. Это может помочь пользователям сохранить конфиденциальность и безопасность файла DBC.
• Горячая перезагрузка: пользователи могут изменить файл DBC, чтобы адаптироваться к различным устройствам шины CAN самостоятельно, без перезапуска двигателя.

После настройки источника CAN eKuiper пользователи могут создать поток для получения данных шины CAN с физическими и значимыми сигналами. Например, полезная нагрузка CAN 0x0000000000000000 может быть разобрана на следующие сигналы:

 {
  "сигнал1": 0,
  "сигнал2": 0,
  "сигнал3": 0,
  "сигнал4": 0,
  "сигнал5": 0,
  "сигнал6": 0,
  "сигнал7": 0,
  "сигнал8": 0
}
 

Затем пользователи могут использовать мощные возможности потоковой обработки eKuiper для гибкой обработки проанализированных данных, как при получении от MQTT.

Шаг 3: Обработка данных шины CAN

После получения проанализированных данных eKuiper может выполнять с ними множество действий. Чтобы уменьшить пропускную способность для передачи данных, мы можем выбрать только интересующие сигналы. Например, мы можем выбрать только сигналы signal1 и signal2 .

 {
  "сигнал1": 0,
  "сигнал2": 0
}
 

SQL eKuiper для этого прост:

 ВЫБЕРИТЕ сигнал1, сигнал2 ИЗ canStream
 

Поскольку размер кадра CAN ограничен, существует большая вероятность того, что необходимые сигналы будут распределены по нескольким кадрам CAN. В этом случае мы можем гибко комбинировать сигналы из разных CAN-фреймов, чтобы построить полное сообщение для приложений с различными алгоритмами в соответствии с вашими потребностями. Дополнительные сведения см. в примере слияния данных. Здесь мы используем signal1 в качестве основного свойства для выбора данных.

 ВЫБЕРИТЕ сигнал 1, последний (сигнал 2) как сигнал 2 ОТ canStream, ГДЕ isNull (сигнал 1) = ложь
 

Другим примером обработки является сбор данных только тогда, когда происходит какое-то событие. Это также может значительно уменьшить пропускную способность. Например, мы можем собирать данные, только когда сигнал1 выше 100.

 ВЫБЕРИТЕ сигнал1, сигнал2 ИЗ canStream ГДЕ сигнал1 > 100
 

Кроме того, эти правила обработки являются гибкими и могут быть изменены на лету. Не волнуйтесь, если вы не можете определить нужные сигналы в начале. Вы можете изменить правила, чтобы адаптироваться к изменениям требований с помощью горячей перезагрузки.

Наиболее зрелое использование — обеспечить гибкий сбор данных. Кроме того, eKuiper можно использовать в других сценариях, таких как:

1. Гибкий механизм правил в режиме реального времени на стороне автомобиля, который может инициировать действия на основе определенных условий. Например, автоматическое закрытие окон, когда скорость автомобиля превышает 70 миль в час.
2. Гибкая интеллектуальная аналитика, которая позволяет связывать данные и модель ИИ (в настоящее время TF Lite) без кодирования или подключения к облаку. Эта функция позволяет анализировать данные в режиме реального времени, например прогнозировать и предлагать режимы вождения на основе таких данных, как скорость и давление в шинах (даже без подключения к сети).
3. Пограничные вычисления для уменьшения пропускной способности передачи и снижения нагрузки на облачные вычисления. Разбор, переформатирование и преобразование данных, например расчет средней скорости за временное окно для сохранения.
4. Агрегация разнородных данных. Парсить данные из различных протоколов (TCP, UDP, HTTP, MQTT) и различных форматов (CAN, JSON, CSV и т. д.) и объединять их по гибким правилам.
5. Маршрутизация сообщений. Решите, какие данные отправлять в облако, а какие сохранять локально, чтобы их могли использовать другие приложения на стороне автомобиля. Например, на основе GDPR или какого-то белого списка для определения маршрутизации.

Использование MQTT для сбора данных CAN-шины

Использование MQTT-брокера, такого как EMQX, для сбора данных CAN-шины может дать несколько преимуществ, таких как:

• Снижение нагрузки на сеть: MQTT использует двоичный формат и минимальный заголовок для кодирования сообщений что снижает потребление пропускной способности сети и повышает эффективность передачи данных.

• Повышенная масштабируемость: MQTT может поддерживать тысячи одновременных соединений и миллионы сообщений в секунду с одним брокером. Это может обеспечить крупномасштабный сбор данных с нескольких устройств шины CAN без ущерба для производительности или надежности.

• Повышенная безопасность: MQTT поддерживает различные механизмы безопасности, такие как шифрование TLS/SSL, аутентификацию по имени пользователя/паролю и списки контроля доступа (ACL), для защиты данных от несанкционированного доступа или подделки.

• Улучшенная совместимость: MQTT основан на открытых стандартах и ​​широко поддерживается различными платформами и языками. Это может облегчить интеграцию данных шины CAN с другими системами или приложениями.

Помимо этих преимуществ, EMQX предоставляет дополнительные функции и вместе с eKuiper может помочь пользователям сэкономить полосу пропускания, уменьшить время ожидания и повысить надежность при передаче данных по шине CAN.

Попробуйте EMQX Enterprise бесплатно

Подключайте любые устройства любого масштаба и в любом месте.

Начать →

Save Bandwidth

Для передачи данных CAN-шины по MQTT обычно требуется передача в условиях слабой сети с ограниченной пропускной способностью. В этом случае нам нужно максимально уменьшить размер данных.

В приемнике eKuiper мы можем использовать опцию формата для указания формата данных. Формат по умолчанию — JSON . Мы можем изменить его на protobuf для сериализации данных в двоичный формат, чтобы значительно уменьшить размер данных. Кроме того, мы можем использовать параметр compress для сжатия данных с помощью gzip или других методов сжатия. Таким образом, мы можем значительно уменьшить размер данных по сравнению с исходными данными JSON. В частности, при отправке данных в пакетном режиме размер данных может быть уменьшен на 90 % и более в одном из наших тестовых случаев.

Данные в реальном времени

Некоторые данные зависят от времени для облачных приложений. Например, данные для диагностики дорожно-транспортного происшествия имеют решающее значение. В этом случае нам нужно максимально уменьшить задержку. В правиле eKuiper мы можем использовать приемник MQTT для отправки данных в EMQX.

Чтобы сэкономить пропускную способность в сценарии реального времени, мы можем установить формат сериализации и метод сжатия, как указано выше, в приемнике eKuiper MQTT. На стороне EMQX он предоставляет механизм правил, который поддерживает распаковку и десериализацию данных. Без кодирования данные могут использоваться облачным приложением в режиме реального времени.

Пакетные данные в файле

Для данных, которые не зависят от времени, мы можем сохранить данные в файле или локальной базе данных и отправить их в облако в пакетном режиме. Он может достичь более высокой степени сжатия, чтобы сэкономить еще больше пропускной способности. В правиле eKuiper мы можем использовать файловый приемник для локального сохранения и сжатия данных. Он поддерживает настройку политики смены файлов. Например, мы можем настроить политику смены файлов, чтобы сворачивать файл каждые 10 минут. Таким образом, мы можем сохранять данные в файле в пакетном режиме. EMQX разрабатывает новую функцию для поддержки передачи файла. После завершения сохраненный файл можно передать по MQTT. В настоящее время пользователи могут использовать другие инструменты для передачи файла в облако.

Заключение

В этом блоге мы рассказали, как собирать, обрабатывать и передавать данные шины CAN от автомобилей в облако с помощью eKuiper и EMQX. В следующем посте блога мы более подробно расскажем о каждом шаге.

Присоединяйтесь к нашему веб-семинару, посвященному MQTT и QUIC: новый стандарт для подключенных автомобилей

Подключенные автомобили революционизируют автомобильную промышленность, предоставляя водителям расширенные возможности и функции, которые раньше были невозможны.