Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạng giao tiếp Can trên ô tô

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạng giao tiếp Can trên ô tô

Mạng giao tiếp CAN là mạng giao tiếp được sử dụng phổ biến nhất tren xe ô tô hiện nay. Mạng giao tiếp này được phát minh và sử dụng lần đầu tiên vào những năm 1908. Đến thế kỷ 21, mạng CAN mới bắt đầu được sử dụng phổ biến và có mặt ở hầu hết các xe ô tô đang sản xuất hiện nay. Vậy mạng giao tiếp CAN hoạt động như thế nào? Để hiểu chi tiết hơn, các bạn hãy cùng tìm hiểu ngay sau đây.

Mạng giao tiếp CAN là gì?

Mạng vùng điều khiển (CAN) là một công nghệ mạng nối tiếp ban đầu được thiết kế cho ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là cho ô tô châu Âu. Mạng CAN chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống nhúng và như tên gọi của nó, là một công nghệ mạng cung cấp giao tiếp nhanh giữa các bộ vi điều khiển theo yêu cầu thời gian thực, loại bỏ nhu cầu về công nghệ phức tạp và đắt tiền hơn nhiều của RAM hai cổng.

Giới thiệu

CAN là một hệ thống mạng hai dây, bán song công, tốc độ cao, vượt trội hơn nhiều so với các công nghệ nối tiếp thông thường như RS232 về chức năng và độ tin cậy. Tuy nhiên việc triển khai CAN tiết kiệm chi phí hơn.

Ví dụ, trong khi TCP/IP được thiết kế để truyền tải lượng dữ liệu lớn, CAN được thiết kế cho các yêu cầu thời gian thực và với tốc độ truyền 1 MBit/giây của nó có thể dễ dàng đánh bại kết nối TCP/IP 100 MBit/giây khi có thời gian phản ứng ngắn, phát hiện lỗi kịp thời, khắc phục lỗi và sửa chữa lỗi nhanh chóng.

Mạng CAN có thể được sử dụng như một hệ thống truyền thông nhúng cho vi điều khiển cũng như một hệ thống truyền thông mở cho các thiết bị thông minh. Một số người dùng, ví dụ như trong lĩnh vực kỹ thuật y tế, đã chọn CAN vì họ phải đáp ứng các yêu cầu đặc biệt nghiêm ngặt về an toàn.

Các nhà sản xuất thiết bị khác có yêu cầu về độ an toàn hoặc độ tin cậy rất cao cũng phải xem xét các yêu cầu tương tự (ví dụ: rô bốt, thang máy và hệ thống vận chuyển).

Ưu điểm lớn nhất của mạng giao tiếp CAN nằm ở việc giảm số lượng dây kết hợp với khả năng ngăn chặn xung đột bản tin một cách khéo léo (nghĩa là không có dữ liệu nào bị mất trong quá trình truyền tin nhắn).

Đặc điểm của mạng giao tiếp CAN

- Là một công nghệ mạng nối tiếp cho các giải pháp nhúng.

- Chỉ cần hai dây có tên CAN-H và CAN-L.

- Hoạt động với tốc độ dữ liệu lên đến 1 Megabit mỗi giây.

- Hỗ trợ tối đa 8 byte cho mỗi khung tin nhắn.

- Không hỗ trợ ID nút, chỉ ID thông báo. Một ứng dụng có thể hỗ trợ nhiều ID tin nhắn.

- Hỗ trợ mức độ ưu tiên của tin nhắn, tức là ID tin nhắn càng thấp thì mức độ ưu tiên của nó càng cao.

- Hỗ trợ hai độ dài ID tin nhắn, 11-bit (tiêu chuẩn) và 29-bit (mở rộng).

- Không gặp xung đột tin nhắn (vì chúng có thể xảy ra trong các công nghệ nối tiếp khác).

- Không đòi hỏi khắt khe về yêu cầu cáp. Hệ thống dây xoắn đôi là đủ.

Phần cứng giao diện CAN

Rất nhiều loại chip vi xử lý, chẳng hạn như bộ xử lý ARM Cortex-M3, cung cấp các giao diện như Ethernet, I / O kỹ thuật số, I / O tương tự, USB, UARTS. Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là Mạng Khu vực Bộ điều khiển. Tuy nhiên, điều đó không có nghĩa là bạn có thể sử dụng chip “nguyên trạng” và kết nối nó với mạng, cảm biến, v.v. Tất cả các giao diện này đều yêu cầu một số loại “trình điều khiển phần cứng”. Trong trường hợp công nghệ nối tiếp như RS232 hoặc CAN, bạn sẽ cần bộ thu phát tương ứng.

Trong trường hợp cụ thể của bộ điều khiển CAN bus, chúng ta cần một trình điều khiển đường truyền (bộ thu phát) để chuyển đổi tín hiệu TTL của bộ điều khiển sang mức CAN thực tế, là mức điện áp vi sai. Việc sử dụng điện áp chênh lệch góp phần vào độ tin cậy rộng lớn của CAN.

Trạng thái tín hiệu thực tế, lặn hoặc trội, dựa trên điện áp chênh lệch giữa CAN-H và CAN-L (2V trong thời gian bit trội; 0V trong thời gian bit lặn).

Mạng giao tiếp CAN trên ô tô hoạt động như thế nào?

Như đã nêu trước đó, CAN là một mạng ngang hàng. Điều này có nghĩa là không có master nào điều khiển khi các nút riêng lẻ có quyền truy cập để đọc và ghi dữ liệu trên CAN bus. Khi một nút CAN đã sẵn sàng để truyền dữ liệu, nó sẽ kiểm tra xem bus có bận hay không và sau đó chỉ cần ghi một khung CAN lên mạng. Các khung CAN được truyền không chứa địa chỉ của nút truyền hoặc bất kỳ (các) nút nhận dự kiến. Thay vào đó, một ID trọng tài duy nhất trên toàn mạng sẽ gắn nhãn khung. Tất cả các nút trên mạng CAN đều nhận được khung CAN và, tùy thuộc vào ID trọng tài của khung được truyền đó, mỗi nút CAN trên mạng quyết định có chấp nhận khung hay không.

Nếu nhiều nút cố gắng truyền một thông báo lên xe buýt CAN cùng một lúc, thì nút có mức ưu tiên cao nhất (ID trọng tài thấp nhất) sẽ tự động nhận được quyền truy cập xe buýt. Các nút có mức độ ưu tiên thấp hơn phải đợi cho đến khi bus khả dụng trước khi cố gắng truyền lại. Bằng cách này, bạn có thể triển khai mạng CAN để đảm bảo giao tiếp xác định giữa các nút CAN.

Trên đây là những chia sẻ về nguyên lý lý hoạt động của mạng giao tiếp CAN trên xe ô tô mà các bạn có thể tham khảo để hiểu hơn về mạng giao tiếp trên xe ô tô.