A hálózatban található elektromos csatlakozások
Kezdőlap | Rólunk | visszacsatolás
A CAN (Controller Area Network) egy szabványkészlet az elosztott ipari hálózatok építéséhez, amely valós idejű soros adatátvitelt alkalmaz, nagyon nagy megbízhatósággal és biztonsággal.
A CAN központi helye az OSI protokoll. Kezdetben a CAN-t az autóipar számára fejlesztették ki, de immár gyorsan az ipari automatizálás területén kerülnek bevezetésre. Ez egy jól megtervezett, modern és ígéretes hálózati protokoll. A kezdeti CAN kezdeményezte Bosch 1983-ban, az első CANkontrollerov chipek is megjelent az Intel és Philipsv 1987 jelenleg vezérlők és adó-vevők CANvypuskayutsya számos vállalat, köztük az Analog Devices, Inc. Atmel Corp. Cast, Dallas Semiconductor, Freescale, Infineon, Inicore Inc. Intel, lineáris technológia, Maxim integrált termékek, Melexis, Microchip, National Semiconductor, NXP, OKI, Renesas Technology Corp. STMicroelectronics, Yamar Electronics, Texas Instruments.
Oroszországban az érdeklődés a CAN-ban jelentősen nőtt az utóbbi években, de az oroszországi CAN ellenőrző berendezése rendkívül kicsi, tíz vagy több százszor kisebb, mint a Modbus vagy a Profibus esetében. Az CAN-hez való alkalmazási szintű protokollok közül a CANopen és a DeviceNet volt a legelterjedtebb Oroszországban.
Jelenleg a CAN-t 11 ISO szabvány támogatja.
A CAN az alábbi alapvető tulajdonságokkal rendelkezik:
o minden üzenet (nem az eszköz) saját prioritása;
o a két csereügylet közötti szünet garantált összege;
o a konfiguráció rugalmassága és a rendszer korszerűsítésének lehetősége;
o üzenetek sugárzott vétele az idő szinkronizálásával;
o az adatok következetessége a rendszer egészére kiterjedően;
o a hálózat több vezető eszközének elfogadhatósága ("többmester hálózat");
o a hibák kimutatására és a jelenlétük jelzésére;
o hibaüzenettel küldött üzenetek automatikus továbbküldése, amint a hálózat szabaddá válik;
o a meghibásodások és hibák automatikus megkülönböztetése, a hibás modulok automatikus kikapcsolásával.
Hátránya a viszonylag magas ára CAN-eszközök, nincs meg az a közös alkalmazási réteg protokoll, valamint a túlzott összetettsége és zavart adatkapcsolati protokollok és alkalmazási réteg tartalmazza a szabványügyi szervezet CAN automatikai (CIA).
Táblázat. 2.7. CAN az OSI modellnek megfelelően
Biztosítsa a megbízható átvitelt a byte szinten (kódolás, ellenőrző összeg, idődiagramok, szinkronizálás). Átviteli vonal követelmények
Megjegyzés. MAC - Közepes hozzáférés-vezérlés - "hozzáférés-vezérlés a csatornához"; LLC - Logikai kapcsolat vezérlés - "logikai kapcsolatok kezelése".
Elektromos kapcsolatok a CAN hálózatban
A CAN hálózatban lévő sodrott érpárnak közös (harmadik) vezetéknek kell lennie; a csavart érpár mindkét végén páros ellenállóknak kell lenniük, amelyek ellenállása megegyezik a kábel hullámimpedanciájával. A kábel maximális hossza
1 km. Az interfész, a hálózati hidak és az átjárók ismétlői használhatók a hossza, a csomópontok számának vagy a galvanikus leválasztás növelésére.
Egy csavart érpár lehet a képernyőn, vagy ki, az elektromágneses környezettől függően. A hálózati topológiának busznak kell lennie, a buszon levő ág maximális hossza 1 Mbit / s átviteli sebességgel nem haladhatja meg a 30 cm-t.
A visszahúzási hossz kiszámítható a képletből
hol van az adó elülső élének hossza.
Az átviteli vonal alapvető jellemzői és jellemzői közel állnak az RS-485-hez, azonban a CAN-távadóknál van egy mód a pulzusszélesség-időtartam szabályozására. A vezérlés a kimeneti tranzisztorok kapu kapacitásainak töltése az áramforrásokból történik, míg az áramértéket egy külső ellenállás határozza meg. Az elülső élettartam növekedése lehetővé teszi az alacsony frekvenciájú vonal-összehangolás követelményeit, növelve a kanyarok hosszát és csökkentve az elektromágneses interferencia kibocsátását.
A hálózat minden adójának alapjait össze kell kötni (ha a csatlakozók nem galvanikusan el vannak szigetelve). A földelő kapcsok közötti potenciálkülönbség nem haladhatja meg a 2 V-ot. A galvanikus leválasztás a 200 m-t meghaladó vonalhosszúságra ajánlott, de nem követelmény a szabvány követelményeinek.
A CAN interfésszel rendelkező eszközök elektromos csatlakoztatásához a szabvány két lehetőséget kínál. Az első lehetőség T alakú elosztók használatából áll, amelyek három, ugyanabban a házban található, 9 érintkezős D-sub csatlakozóból állnak, amelyek azonos érintkezői egymáshoz vannak csatlakoztatva. Az osztók egy csatlakozóval rendelkeznek csapokkal és kettővel - aljzatokkal.
A második opció két csatlakozó jelenlétét igényli mindegyik CAN-eszközön. Az eszköz csatlakoztatása a hálózathoz, a kábel le van vágva, és a csatlakozók páros alkatrészei a végükön vannak felszerelve. A készülék szó szerint bekapcsolódik az átviteli vonalra. Ez a megközelítés lehetővé teszi számukra az eszközök számának növelését és a hálózat topológiájának megváltoztatását új eszközök és kábelek csatlakoztatásával, a végeken a kábeltöréshez. Az egyik csatlakozónak csapokkal kell rendelkeznie, a második pedig az aljzatokkal. A csatlakozók csatlakoztatása a buszra nem megengedett. A lezáró ellenállást a csatlakozó belsejében kell elhelyezni, amely a kábel végéig csatlakozik. A modulok CAN-buszhoz való csatlakoztatásához 9 pólusú D-Sub csatlakozót kell használni. A modul aljzattal rendelkezik, a csatlakozó kábellel - csapokkal. A csatlakozók rögzítése a táblázatban található. 2.8.
A csatlakozókat csapokkal vagy aljzatokkal a következő szabály határozza meg: ha a modulok forró cserélhetőek, a tápfeszültségnek csak az aljzatokon kell maradnia a foglalatokkal; ez elkerüli a véletlen rövidzárlatokat.
Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a CANopen CAN-alapú szabványa sokkal szélesebb választékot kínál a csatlakozó opciókhoz, beleértve a lapos kábelt, az RJ-10-et, az RJ45-t, a levehető csavaros terminált és még tíz további különleges mintát. Más csatlakozókat is használhat.
Táblázat. 2.8. Csatlakozó csap D-sub a CAN számára
Külső tápegység (külön megvásárolható, galvanikus leválasztóval ellátott távadók tápellátására)
Megjegyzés. Minden modulban a 3 és 6 csapokat csatlakoztatni kell.
A standard az alábbi árfolyamokat határozza meg:
1 Mbps, 800 kbps, 500 kbps, 250 kbps, 125 kbps, 50 kbps, 20 kbps. A CAN-modulok nem támogatják az összes sebességet, de kívánatos, hogy számuk a legnagyobb.
Ábra. 2.20. A CAN adóvevő szerkezeti diagramja
Alkalmazása során a logikai nulla szinten a bemeneti (input invertáló) a két tranzisztor az adó végfokozat nyitjuk, és a terhelés (a két ellenállás 120 ohm) áram folyik, ami egy sor megfelelő állapothoz logikai egy. A kimeneti potenciál mindig magasabb, mint a kimenet (2.21. Ábra). A standard által biztosított potenciális értékeket a táblázat tartalmazza. 2.9. A jeladó bemeneténél a logikai egységnél a kimenete nagy ellenállású állapotba kerül, és a vonalon lévő differenciál feszültség nulla.
CAN adó-vevő van egy nagyon fontos tulajdonság: ha az egyik adó a hálózat megállapítja logikai nulla, és a második - egy logikai, ez a feltétel nem vészhelyzet. mint az RS-485 interfészen alapuló hálózatban, mivel nincs átmenő áram. CAN esetén a vonal a logikai egység állapotában marad. Más szóval, a logikai egység mindig dominál egy logikai zérusnál. Ezért, a CAN szabványt használjuk a „domináns állapot” (domináns) állapotban a vonal állapotának jelzésére egy aktuális sort, és a „recesszív állapotban”, szemben domináns.
Akkor a tulajdonság lehetővé teszi a hozzáférést a vonal összevetésével küldött összhangban logikai szintjeit a szintet, hogy valóban telepítve benne: ha az adó küld egy recesszív állapotban a sorban, és ez így marad domináns, akkor a vonal foglalt. Hozzáférést kap annak a hálózati csomópontnak, amely domináns jelszintet biztosít. A recesszív szintű csomópontok hagyják el a vonalat, és várják a következő esetet. Ez a hozzáférési módszer érvényes száloptikai csatorna vagy vezeték nélküli hálózat használatakor is - ebben az esetben a fény vagy elektromágneses hullámok jelenléte mindig uralja távollétüket.
A kimenet lehetővé teszi a bemenet és a közös módú feszültség küszöbfeszültségének beállítását a sorban, amikor recesszív állapotban van. Normál esetben = 2,5 V. A közös módú feszültségszint beállítása a vonalon, a terminál ellenállások két 60 ohmosra oszthatók, sorosan kapcsolódnak, és a kimenet csatlakozik a csatlakozási pontra. Amikor az impulzus alakja szimmetrikus és egy recesszív állapotban csökkentett sugárzási zajszint, mivel a jelenlegi növekedés az egyes csavart érpár vezetékek váltott logikai szintek azonos nagyságrendű, de ellenkező előjellel, ezért kioltják egymást.
A kimenetnek több célja van. Ha megállapítják, logikai egy állam, az adóvevő alvó üzemmódba kerül, hogy fogyaszt nagyon kis áram az áramforrásból, és a kimeneti beállítása nagy impedanciájú (recesszív) állapotban van. "Ébresztés" lehet egy jel, amely a vevőegységből érkezik a távvezetékből. Ha ezt a vezetéket az ellenálláson keresztül a talajhoz csatlakoztatja, akkor beállíthatja a távadó impulzusának kívánt impulzusszélességét. Néhány adóvevőnek két módja van: készenléti állapot és hibernálás, amelyek különböznek az aktuális fogyasztás szintjétől és az aktív üzemmódba helyezés módjától. Az alacsony energiafogyasztású üzemmódot a szabvány biztosítja, hogy megóvja az akkumulátort egy parkolt autóban.
Ábra. 2.21. A recesszív és domináns állam fogalmainak magyarázata
Ha a jel domináns túl hosszú (több mint 1 ms), timeout impulzus generátor (ábra. 2.20 négyszög jelöli impulzus) ideiglenesen kikapcsolja az adó, mert ellenkező esetben a modul lehet tartósan segítségével blokkolva a kapcsolati réteg, mint nem sikerült.
A szabvány lehetővé teszi számukra, hogy bármilyen eszközt csatlakoztassanak a CAN hálózathoz, de a gyakorlatban az adók terhelési kapacitása (100. 200) vagy az ismétlők késleltetése korlátozza.
A CAN-adó-vevőben van egy 16 MHz ± 0,1% frekvenciájú órajel-generátor. Egy bit szélessége programozható 8-25 óraimpulzusból, általában 8 impulzus 1 Mbit / s átviteli sebességgel és 16 impulzus 20 kbit / s sebességgel. A hálózat összes csomópontjának szinkronizálása az első óraciklus alatt történik. A vevőben a bitfeldolgozó eljárás programozható késleltetést biztosít a szinkronizációs impulzusokhoz, amelyek szükségesek a kommunikációs vonalban lévő jelátvitel késleltetési idejének és az óra frekvencia sodródásának köszönhetően végrehajtott fáziseltolásnak.
A szinkronizálás két típusa létezik: kemény szinkronizálás az indító bittel az üzenet elején és újbóli szinkronizálás az üzenet továbbítása során. Az újraszinkronizálás segítségével beállíthatja az időintervallumot a szinkronizálás kezdetétől az időpontig, amikor a vett adatimpulzus logikai szintjét méri. A hangolási intervallum 1. 4 ciklusra változik.
Annak megállapításához, a logikai állapota a vett jel mért által a gumiabroncs a régióban 6 órajelciklust vezető éle az impulzus (bit) sebességgel 1 Mbit / s, és a távolság 14 ciklus sebességgel 20 kbit / s. A minták száma 1 vagy 3 lehet (telepítve programozva). CAN használ szinkron bitátvitelt. Ez növeli a kommunikációs csatorna sávszélességét, de bonyolultabb szinkronizálási folyamatot igényel.
Táblázat. 2.9. A potenciálok értékei a CAN átviteli vonalon
Feszültség CAN hálózat hálózati eszközöket kell lennie 18 és 30 V. A kimeneti feszültség a 9. érintkező csatlakozó (külső pozitív tápfeszültség) kell lennie a 7 V 13 V áramfelvételét nem több modulok
100 mA. Ne engedélyezze a modulok számára az aktuális forrásokat.
CAN használ NRZ kódolás (Non Return-to-Zero - "vissza nem nulla", "lehetséges kódolás"), amelyben a logikai nulla megfelel az alacsony feszültségszint vonal (recesszív állapot), a logikai egység - a magas szintű (domináns állapot). Egy ilyen módszer a következő hátránya: abban az esetben, amikor az átviteli vonalon vezetjük át bájtot, amely tartalmazza az összes közül (szünetelteti fenntartásához akkor, ha NRZ kódolás nincs jelen), a vevőkészülék nem tudja megkülönböztetni ezt a bájtot a szünet. A probléma kiküszöbölésére az úgynevezett bitkitöltést használják. Ez abból áll, hogy az egymás után következő 5 azonos szimbólum sorozata után az ellenkező szimbólum van beillesztve. Például 5 egymást követő egység után logikai zérus van beillesztve. A vevőegység, miután 5 egymás után azonos szimbólumot észlelt, eltávolítja a mögötte álló következő karaktert, ami egy kicsit kitömött.
A CAN-adó-vevők egyéb jellemzői, amelyek a szabványban szerepelnek, a következők:
o az interfészhuzalok rövidzárlatvédelme egymáshoz, áramforráshoz vagy földhöz. Ezek közül a vevőkészülék polaritásának megfordításával és a vonalhoz való csatlakozással szembeni védelem, a kábelszakaszok és a kábelátvitel automatikusan követi;
o elektrosztatikus kisülések elleni védelem;
o a vonalon belüli fázisú jelek csillapítása;
o a kimeneti fokozatok túlhevülés elleni védelme.
A [CAN] szerint a CAN csatorna réteg két részből áll: LLC és MAC.