Serwis. Nowe systemy magistral danych LIN, MOST, Bluetooth TM. Zeszyt do samodzielnego kształcenia nr 286. Tylko do użytku wewnętrznego

Transkrypt

1 286 Serwis Nowe systemy magistral danych LIN, MOST, Bluetooth TM Zeszyt do samodzielnego kształcenia nr 286 Tylko do użytku wewnętrznego

2 Wraz ze stale wzrastającymi wymaganiami dotyczącymi zakresów działania i komfortu obsługi w pojeździe samochodowym, wzrasta coraz bardziej udział elektroniki. W prezentacji pierszego Audi A8 w roku 1994 wystarczyło jeszcze maksymalnie 15 komputerów sterujących do realizacji wszystkich funkcji samochodu, aktualnie liczba ich w samochodzie Audi A8 '03 wzrosła pięciokrotnie. Ilość komputerów sterujących Zakres magistral danych Rozszerzone zastosowanie elektroniki wymaga także nowych dróg podczas transmisji danych między poszczególnymi komputerami sterującymi. Z tego względu wprowadzenie nowej magistrali danych CAN w samochodzie Audi w połowie lat dziewięćdziesiątych było pierwszym tak ważnym krokiem. System ten dociera jednak szczegółnie w zakresie informacji do swoich granic przy zastosowaniu zwykłych prędkości transmisji. Dlatego pomocne są tylko systemy transmisji dostosowane każdorazowo do określonych wymagań. Dzięki dalszemu rozwojowi zyskuje na tym również serwis i diagnozowanie.

3 Spis treści strona Wprowadzenie Magistrala LIN - 1-przewodowa magistrala danych Wprowadzenie Transmisja danych Zbiory informacji Diagnoza Magistrala MOST - optyczna magistrala danych Wprowadzenie Budowa komputerów sterujących Światłowód Tłumienie w optycznej magistrali danych Struktura pierścieniowa magistrali MOST Stany systemu magistrali MOST Ramka zbioru informacji Przebiegi funkcji w magistrali MOST Diagnoza Bluetooth TM - bezprzewodowa magistrala danych Wprowadzenie Działanie Diagnoza Diagnoza magistrali danych Zeszyt do samodzielnego kształcenia zawiera informacje o konstrukcjach i działaniu. Nowość! Uwaga! Wskazówka! Zeszyt do samodzielnego kształcenianie nie jest instrukcją napraw! Podane wartości służą tylko do łatwiejszego zrozumienia i odnoszą się do stanu oprogramowania obowiązującego w okresie tworzenia niniejszego zeszytu. Podczas prac obsługowych i naprawczych należy koniecznie korzystać z aktualnej literatury technicznej. 3

4 Wprowadzenie Topologia regulacja odstępu przyłącze diagnostyczne ABS / ESP sygnalizacja przy parkowaniu elektronika silnika elektronika skrzyni biegów elektronika dachu układ klimatyzacji ogrzewnie przedniej szyby odsuwany dach podnoszony dmuchawa W oparciu o dotychczasowe magistrale danych duże ilości komputerów sterujących i rozdzielanych przez nie funkcji, jak również wzrastający zakres wymiany danych, wymagają dalszego rozwoju technologii transmisji danych. Do znanych dotychczas magistral CAN dochodzą następujące: magistrala LIN (1-przewodowa magistrala danych), magistrala MOST (optyczna magistrala danych), magistrala bezprzewodowa Bluetooth TM, 4

5 Bluetooth TM słuchawka telefonu system Telematik komputer ster. informacjami z przodu tuner TV interfejs diagnostyczny magistrali danych J533 (Gateway) czytnik kart system nawigacji zradiem wzmacniacz SSP286_001 CAN układu napędowego CAN zestawu wskaźników CAN układu regulacji odstępu CAN systemu Komfort magistrala LIN optyczna magistrala MOST CAN diagnozy 5

6 Magistrala LIN Wprowadzenie LIN to skrót od Local Interconnect Network. Local Interconnect oznacza, że wszystkie komputery sterujące znajdują się w ramach jednej ograniczonej konstrukcji (np. dach). Jest on oznakowany jako podsystem lokalny. Wymiana danych pomiędzy poszczególnymi systemami magistral LIN w samochodzie następuje każdorazowo przez komputer sterujący poprzez magistralę CAN. W przypadku systemu magistral LIN dotyczy to magistrali 1-przewodowej. Przewód posiada kolor ogólny fioletowy i kolor oznakowania. Przekrój poprzeczny przewodu wynosi 0,35 mm 2. Ekranowanie nie jest konieczne. LOCAL INTERCONNECT NETWORK System umożliwia wymianę danych pomiędzy komputerem sterującym Master (nadrzędnym) magistrali LIN a maksymalnie 16 komputerami sterującymi Slave (podrzędnymi) magistrali LIN. LIN-Master 1 (nadrzędny) komputer sterujący układem klimatyzacji układ klimatyzacji LIN Slave 1 (podrzędny) ogrzewanie przedniej szyby LIN Slave 3 (podrzędny) dodatkowe ogrzewanie PTC, strona prawa LIN Slave 2 (podrzędny) dmuchawa świeżego powietrza LIN Slave 4 (podrzędny) dodatkowe ogrzewanie PTC, strona lewa LIN-Master 2 (nadrzędny) moduł dachu, z przodu moduł dachu LIN Slave 1 (podrzędny) silnik odsuwanego dachu SSP286_014 6

7 Komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali LIN Komputer sterujący, który jest przyłączony do magistrali CAN, wykonuje funkcje komputera sterującego Master (nadrzędnego) magistrali LIN. Zadania Kontroluje transfer danych i szybkość transmisji danych. Komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali danych przesyła nagłówek informacyjny (Nagłówek, patrz strona 12). W jego oprogramowaniu jest ustalony cykl, kiedy i jak często, jaki zbiór informacji jest przesyłany przez magistralę danych. Przejmuje funkcję translacji między komputerami sterującymi lokalnym systemem magistral LIN a magistralą CAN. Zatem jest on jedynym podłączonym do magistrali danych komputerem sterującym w systemie magistral LIN. Diagnoza podłączonych komputerów Slave (podrzędnych) sterujących magistralą LIN następuje poprzez komputer Master (nadrzędny) sterujący magistralą LIN. interfejs diagnostyczny magistrali danych (Gateway) LIN Master (nadrzędny) LIN Slave 1 (podrzędny) CAN diagnozy SSP286_017 złącze diagnostyczne LIN Slave 2 (podrzędny) 7

8 Magistrala LIN Komputery sterujące Slave (podrzędne) magistrali LIN czujniki LIN Slave (podrzędny) LIN Master (nadrzędny) t M elementy wykonawcze SSP286_070 Jako komputery Slave (podrzędne) magistrali LIN w obrębie systemu magistrali LIN mogą działać poszczególne komputery sterujące np. dmuchawy świeżego powietrza lub również czujniki i elementy wykonawcze, np. czujnik pochylenia lub syrena układu alarmowego. W czujnikach zintegrowana jest elektronika, która ocenia mierzone wartości. Transmisja wartości następuje potem jako sygnał cyfrowy poprzez magistralę LIN. Dla kilku czujników lub elementów wykonawczych potrzebny jest tylko jeden styk w gnieździe komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. Elementy wykonawcze są inteligentnymi elektronicznymi lub elektromechanicznymi podzespołami, które otrzymują swoje zadania poprzez sygnał danych magistrali LIN z komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. Poprzez zintegrowane czujniki rzeczywisty stan elementów wykonawczych może zostać odczytany przez komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali LIN tak, że można wykonać porównanie stanu wymaganego ze stanem rzeczywistym. Czujniki i elementy wykonawcze reagują tylko, gdy został wysłany nagłówek (Header) przez komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali LIN. 8

9 Transmisja danych Szybkość transmisji danych wynosi 1-20 kbit/s i jest ustalona w oprogramowaniu komputerów sterujących magistrali danych LIN. Odpowiada to maksymalnie jednej piątej szybkości transmisji danych w magistrali CAN systemu Komfort. maksymalnie 20 kbit / s SSP286_061 Sygnał Poziom reziduanty poziom reziduanty Jeżeli nie zostanie wysłany żaden zbiór informacji lub zwrotny bit do magistrali LIN, w przewodzie magistrali danych występuje napięcie zbliżone do napięcia akumulatora. 2V/Div.= 0,5ms/Div. Poziom dominanty W celu realizowania transmisji bitu dominanty w magistrali danych LIN, w komputerze sterującym nadajnikiem zostaje przełączony na masę przewód magistrali danych poprzez Transceiver (odbiornik / nadajnik). T Z powodu różnych wersji Transceivera (odbiornik / nadajnik) w komputerach sterujących przy poziomach dominanty mogą być widoczne różnice. poziom dominanty SSP286_071 9

10 Magistrala LIN Bezpieczeństwo transmisji Poprzez stwierdzenie tolerancji podczas nadawania i odbierania zakresu poziomu reziduanty jak również dominanty, zagwarantowana jest stabilna transmisja danych. U akum Zakres napięcia podczas przesyłania 2V/Div.= 0,5ms U reziduanty min. 80 % U dominanty max. 20 % Zacisk 31 Aby mimo promieniowania zakłócającego można było odbierać jeszcze obowiązujące sygnały, dopuszczalne zakresy napięcia są większe po stronie odbioru. U akum T SSP286_016 Zakres napięcia podczas odbioru ms/div. U reziduanty min. 60 % U dominanty max. 40 % Zacisk T SSP286_022

11 Zbiory informacji Nagłówek informacyjny (Nagłówek, patrz strona 12) Nadajniki: LIN-Master (nadrzędny) Treść zbiorów informacji (Response (odpowiedź), patrz strona 13) Nadajniki: LIN-Master (nadrzędny) albo LIN-Slave (podrzędny) 2V/Div.= 0,5ms/Div. T SSP286_072 Zbiór informacji z odpowiedzią komputera sterującego Slave (podrzędny) Komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali danych LIN wzywa w nagłówku (Header) komputer sterujący Slave (podrzędny) magistrali danych LIN do wysłania informacji, np. o stanach przełączników lub wartościach mierzonych. Odpowiedź (Response) wysyłana jest z komputerasterującego Slave (podrzędny) magistrali LIN. Zbiór informacji ze wskazówką komputera sterującego Master (nadrzędny) Komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali LIN wzywa poprzez identyfikator w nagłówku (Header) odpowiednie komputery sterujące Slave (podrzędne) do oceny danych zawartych w odpowiedzi (Response). Odpowiedź wysyłana jest z komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali danych LIN. 11

12 Magistrala LIN Nagłówek informacyjny (Header) ograniczenie synchronizacji identyfikator pola przerwa synchronizacji pole synchronizacji 2V/Div.= 0,2ms/Div. T SSP286_ Nagłówek (Header) wysyłany jest cyklicznie z komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. Można go podzielić na cztery zakresy: przerwa synchronizacji ograniczenie synchronizacji pole synchronizacji identyfikator pola Przerwa synchronizacji ( synch break ) ma długość co najmniej 13 bitów. Jest ona przesyłana z poziomem dominanty. Długość 13 bitów jest konieczna, aby jednoznacznie poinformować wszystkie komputery sterujące Slave (podrzędne) magistrali LIN o rozpoczęciu zbioru informacji. W dalszych częściach zbioru informacji transmitowanych jest w kolejności maksymalnie 9 bitów dominujących. Ograniczenie synchronizacji ( synch delimiter ) wynosi co najmniej 1 bit i jest reziduantne ( U akum. ). Pole synchronizacji ( synch field ) składa się z bitów w kolejności Za pomocą tej kolejności bitów wszystkie komputery sterujące Slave (podrzędne) magistrali LIN można nastawić na takt systemu komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN (zsynchronizować). Synchronizacja wszystkich komputerów sterujacych jest wymagana w celu bezbłędnej wymiany danych. W przypadku utraty synchronizacji wartości bitu podczas odbioru zastałyby wprowadzone w zbiorze informacji na nieprawidłowym miejscu. Doszłoby do błędów w transmisji danych. Pole identyfikacji posiada długość 8 bitów. W pierwszych 6 bitach zawarte jest rozpoznanie zbioru informacji (identifikacja) oraz liczba pól danych odpowiedzi (patrz strona 14). Liczba pól danych w odpowiedzi może wynosić pomiędzy 0 a 8. Ostatnie dwa bity zawierają, w celu rozpoznania błędów w transmisji, sumę kontrolną pierwszych 6 bitów. Suma kontrolna jest konieczna, aby w przypadku transmisji usterek identyfikatora uniknąć przyporządkowania do błędnego zbioru informacji.

13 Treść zbioru informacji (Response (odpowiedź) W przypadku zbioru informacji z odpowiedzią komputera sterującego Slave (podrzędny) komputer sterujący Slave (podrzędny) magistrali danych LIN dołącza na podstawie identyfikatora odpowiedź z informacjami. Przykład: LIN Master (nadrzędny) jednostka obsługi i wskazań układu klimatyzacji LIN-Slave 1 (podrzędny): ogrzewanie przedniej szyby SSP286_026 odczyt liczby obrotów dmuchawy W przypadku zbioru informacji z wymaganiem danych komputera sterującego Master (nadrzędny) komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali danych LIN dołącza odpowiedź. Przykład: prędkość obrotowa = 150 /min LIN-Slave 2 (podrzędny): dmuchawa świeżego powietrza zgłasza rzeczywistą prędkość obrotową W zależności od identyfikatora odpowiednie komputery sterujące Slave (podrzędne) magistrali danych LIN wykorzystują dane do wykonywania funkcji. LIN Master (nadrzędny) jednostka obsługi i wskazań układu klimatyzacji LIN-Slave 1 (podrzędny): ogrzewanie przedniej szyby SSP286_062 Wprowadzenia liczby obrotów dmuchawy prędkość obrotowa = 200 /min LIN-Slave 2 (podrzędny): dmuchawa świeżego powietrza zwiększa obroty do 200 /min 13

14 Magistrala LIN Odpowiedź składa się z 1 do 8 pól danych (pola danych). Jedno pole danych składa się z 10 bitów. Każde pole danych składa się z jednego dominującego bitu początkowego (startbit), jednego bajtu danych, który zawiera informacje i jednego reziduantnego bitu końcowego (stopbit). Bit początkowy (startbit) i bit końcowy (stopbit) służą do postsynchronizacji, a przez to do unikania usterek w transmisji danych. 2V/Div.= 0,5ms/Div. SSP286_074 T Kolejność zbiorów informacji Komputer sterujący Master (nadrzędny) magistrali LIN przesyła cyklicznie nagłówek do magistrali LIN, według ustalonej w jego oprogramowaniu kolejności oraz odpowiedzi w przypadku zbiorów informacji Master. Informacje potrzebne często są transmitowane częściej. Kolejność zbiorów informacji może się zmieniać w zależności od warunków otoczenia komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. Przykłady warunków otoczenia: zapłon ZAŁ. / WYŁ. diagnoza aktywna / nieaktywna prawe światło pozycyjne WYŁ. / ZAŁ. odpowiedź W celu ograniczenia liczby wariantów komputera sterującego Master (nadrzędny) magistali LIN, komputer ten wysyła nagłówki dla komputerów sterujących kompletnie wyposażonego samochodu do magistrali LIN. Z powodu niezamontowanych komputerów sterujących wyposażeniem specjalnym, na ekranie oscyloskopu nagłówki są widoczne bez odpowiedzi. Nie ma to żadnego wpływu na działanie systemu. Zbiór informacji z komputera Master (nadrzędny) reziduanta 2V/Div.= 2ms/Div. dominanta T SSP286_ nagłówek bez odpowiedzi zbiór informacji z komputera Slave (podrzędny) (rozpoznawalny tu przez zróżnicowane poziomy dominanty)

15 Zabezpieczenie przed kradzieżą zamek drzwi notebook manipulacja komputer 2 sterujący instalacją elektryczną samochodu komputer sterujący drzwi dane nootebooka nie są zrozumiałe komputer sterujący pilotem bramy garażu SSP286_065 Transmisja danych w systemie magistrali LIN następuje tylko, gdy komputer sterujący Master (nadrzędny) przesyła nagłówek (Header) z odpowiednim identyfikatorem. Manipulowanie przy przewodzie magistrali LIN leżącym na zewnątrz samochodu jest uniemożliwiona przez całkowita kontrolę wszystkich zbiorów informacji przez komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali danych LIN. Komputer sterujący Slave (podrzędny) magistrali danych LIN może tylko odpowiadać. W rezultacie nie mogą np. zostać odblokowane drzwi poprzez magistralę LIN. Tę zależność umożliwiają komputery sterujące Slave (podrzędne) magistrali danych LIN (np. komputer sterujący pilotem otwierania drzwi garażu w przednim zderzaku) zamontowane na zewnątrz samochodu. 15

16 Magistrala LIN Diagnoza Diagnoza systemu magistrali LIN następuje poprzez słowo adresowe komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. Przy komputerach sterujących Slave (podrzędne) możliwe są wszystkie funkcje diagnozy własnej. Transmisja danych diagnozy z komputerów sterujących Slave (podrzędne) magistrali LIN do komputerów sterujących Master (nadrzędne) magistrali LIN następuje poprzez magistralę LIN. Miejsce usterki Komputer sterujące Slave (podrzędny) magistrali LIN, np. regulator dmuchawy Tekst usterki brak sygnału / brak komunikacji Przyczyna zapisania usterki w pamięci Brak działania transmisji danych z komputera sterującego Slave (podrzędny) magistrali LIN poprzez okres czasu ustalony w oprogramowaniu komputera sterującego Master (nadrzędny) magistrali LIN. - przerwa lub zwarcie w przewodach, - usterka w zasilaniu napięciowym komputera sterującego Slave (podrzędny) magistrali LIN, - nieprawidłowa wersja komputera sterującego Slave (podrzędny) lub Master (nadrzędny) magistrali LIN, - usterka komputera sterującego Slave (podrzędny) magistrali LIN. Komputer sterujące Slave (podrzędny) magistrali LIN, np. regulator dmuchawy niewiarygodna wartość sygnału Błąd w sumie kontrolnej. Niepełna transmisja zbiorów informacji. - wpływ zakłóceń elektromagnetycznych w przewodzie magistrali LIN, - zmiana pojemności i rezystancji w przewodzie magistrali LIN (np. wilgoć / zabrudzenie w obudownie wtyczki), - problem w oprogramowaniu (nieprawidłowa wersja części). 16

17 Magistrala MOST Wprowadzenie Obok znanych już systemów magistral CAN zamontowna jest po raz pierwszy w samochodzie Audi A8 '03 optyczna magistrala danych. Oznaczenie tego systemu magistrali danych powstało z nazwy Media Oriented Systems Transport (MOST) Cooperation. Do tego związku przyłączyli się różni producenci samochodów, ich dostawcy i firmy oprogramowania w celu realizacji jednolitego systemu szybkiej transmisji danych. Media Oriented Systems Transport Pojęcie Media Oriented Systems Transport występuje w sieci z transmisją danych zorientowaną na media. Oznacza to, w przeciwieństwie do magistrali CAN, że przekazywane są zorientowane według adresów zbiory informacji do określonego odbiornika. R Technika ta zastosowana została w samochodach Audi do transmisji danych w systemie Infotainment. System Infotainment oferuje wielość nowoczesnych mediów informacji i mediów Entertainment (patrz zestawienie). DVD - Video DAB - radio cyfrowe telefon system Telematik centralny zespół wskazań i obsługi odbiór TV płyty CD / DVD systemu nawigacji internet Mini Disc / CD-Audio SSP286_008 17

18 Magistrala MOST Szybkość transmisji mediów 5,94 Mbit/s 2,2 Mbit/s 0,43 Mbit/s 4,4 Mbit/s 4,4 Mbit/s 1,54 Mbit/s 1,54 Mbit/s 1,54 Mbit/s SSP286_010 system nawigacji telefon (GSM) video (MPEG) video ograniczone (MPEG) źródło Audio 1 (stereo), np. przez słuchawki tylne prawe źródło Audio 2 (stereo), np. przez słuchawki tylne lewe źródło Audio 3 (dźwięk Surround), np. przez cyfrowy system dźwiękowy wolny Do realizacji kompleksowego systemu Infotainment celowa jest optyczna transmisja danych, ponieważ za pomocą dotychczas stosowanych systemów magistral danych CAN dane nie mogą być transmitowane wystarczająco szybko, a przez to w odpowiedniej ilości. Z zastosowań urządzeń video i audio wynikają szybkości transmisji danych w zakresie wielu Mbit/s. Transmisja cyfrowego sygnału TV z dźwiękiem stereo wymaga już sama prędkości przekazu ok. 6 Mbit/s. Magistrala MOST (optyczna magistrala danych) umożliwia transmisję 21,2 Mbit/s 18

19 tuner TV Dotychczas tego rodzaju informacje, jak np. video i dźwięk, transmitowane mogły być tylko jako sygnał analogowy. Wymagało to zwiększonego zapotrzebowania na ilość przewodów w wiązkach przewodów. Szybkość transmisji danych systemów magistral CAN ograniczona jest do maksymalnie 1 Mbit/s. Na skutek tego możliwa była tylko transmisja sygnałow sterujących poprzez systemy magistral danych CAN. Dźwięk Video CAN SSP286_002 Za pomocą optycznej magistrali danych MOST następuje wymiana danych w formie cyfrowej między uczestniczącymi elementami. Transmisja danych za pomocą fali świetlnej umożliwia, obok zapotrzebowania na nieznaczny przewód o znikomym ciężarze, znacznie większą szybkość transmisji danych. Fale świetlne w porównaniu do fal radiowych mają bardzo krótkie długości fali, nie wytwarzają żadnych elektronicznych fal zakłócających i są jednocześnie odporne na te zakłócenia. Te związki umożliwiają dużą szybkość transmisji danych oraz duże bezpieczeństwo zakłócania. tuner TV system dźwięku jednostka obsługi wyświetlacz SSP286_003 19

20 Magistrala MOST Umiejscowienie komputerów sterujących światłowód wtyczka optyczna wewnętrzne zasilanie napięciowe urządzeń elektryczne złącze wtykowe diagnoza dioda świetlna fotodioda transceiver magistrali danych MOST standardowy mikrokontroler specyficzne elementy urządzenia Jednostka nadawczo-odbiorcza Fiber Optical Transmitter (FOT) SSP286_011 Elementy komputerów sterujących w magistrali MOST Światłowód (LWL) - wtyczka optyczna Poprzez to złącze wtykowe sygnały świetlne docierają do komputera sterującego lub wytwarzają sygnały świetlne do następnego użytkownika magistrali danych. Elektryczne złącze wtykowe Gwarantowane zasilanie napięciowe Napięcie zasilania zapamiętane w komputerze sterującym poprzez elektryczne złącze wtykowe rozprowadzane jest od wewnętrznego zasilania napięciowego do elementów. Umożliwia to odłączanie poszczególnych elementów w komputerze sterującym w celu obniżenia prądu spoczynkowego. Zasilanie napięciowe, diagnoza przerwy w magistrali danych (patrz od strony 41) oraz sygnały wejścia i wyjścia są przez to złącze wtykowe zagwarantowane. 20

21 Jednostka nadawczo-odbiorcza Fiber Optical Transmitter (FOT) Składa się ona z fotodiody i diody świetlnej. Przychodzące sygnały świetlne przekształcane są z fotodiody w sygnał napięcia, który skierowany zostaje dalej do transceivera magistrali danych MOST. Dioda świetlna ma za zadanie przekształcanie sygnałów napięcia transceivera magistrali danych MOST w sygnały świetlne. Wytworzone fale świetlne posiadają długość 650 nm i są widoczne jako światło czerwone. Dane transmitowane są na zasadzie modulowania fali świetlnej. 400 nm SSP286_ nm ultrafiolet podczerwień Modulowane światło kierowane jest następnie poprzez światłowód do następnego komputera sterującego. SSP286_004 Transceiver magistrali danych MOST Transceiver magistrali danych MOST składa się z obu elementów: transmitera i receivera. Transmiter (nadajnik) przekazuje zbiory informacji do wysłania jako sygnał napięciado FOT. Receiver (odbiornik) przejmuje sygnały napięcia z FOT i kieruje potrzebne dane do standardowego mikrokontrolera (CPU) komputera sterującego. Niepotrzebne zbiory informacji z innych komputerów sterujących kierowane są poprzez transceiver, bez przekazywania danych do CPU. Przesyłane są one bez zmian do następnego komputera sterującego. Standardowy mikrokontroler (CPU) Standardowy mikrokontroler (CPU) jest centralną jednostką komputera sterującego. Zawiera ona mikroprocesor, które steruje wszystkimi istotnymi funkcjami komputera sterującego. Specyficzne elementy urządzenia Elementy te są odpowiedzialne za wykonywanie specyficznych funkcji komputerów sterujących np. napędu CD, czy tunera radia. 21

22 Magistrala MOST Fotodioda Ma ona za zadanie przekształcanie fal światła w sygnały napięcia. Budowa Fotodioda zawiera przejście PN, które może zostać napromieniowane przez światło. Warstwa zaporowa sięga z powodu wysoko domieszkowanej warstwy P prawie do warstwy N. warstwa zaporowa (przejście P-N) warstwa P promieniowanie świetlne pierścień stykowy (anoda) Na warstwie P znajduje się styk - to anoda. Warstwa N znajduje się na metalicznej płycie bazowej - to katoda. Działanie warstwa P płytka metalowa (katoda) elektrony 0 V SSP286_048 Jeżeli światlo lub promieniowanie podczerwone dotrze do przejścia PN, tworzą się przez jego energię wolne elektrony i dziury. Te tworzą prąd poprzez przejście PN. Oznacza to, że im więcej światła pada na fotodiodę, tym wyższy jest przepływający przez nią prąd. Ten proces nazywa się wewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Fotodioda włączona zostaje w kierunku zaporowym w szereg z rezystancją. Jeżeli wzrasta prąd płynący poprzez fotodiodę z powodu intensywniejszego promieniowania światła, zwiększa się spadek napięcia na rezystancji. W ten sposób następuje przekształcenie sygnału światła na sygnał napięcia. Słabe źródło światła Mocne źródło światła 0 A 0 A R 0 V R 0 V SSP286_005 SSP286_006 22

23 Światłowód Światłowód ma za zadanie doprowadzenie wytworzonych w nadajniku komputera sterującego fal świetlnych do odbiornika innego komputera sterującego. Następujące kryteria należało uwzględnić przy opracowywaniu światłowodu: fale świetlne rozchodzą się po liniach prostych. Nie ulegają one ugięciu. Fale świetlne muszą być jednak prowadzone poprzez zgięcia światłowodu, odległość między nadajnikiem a odbiornikiem może wynosić kilka metrów tłumienie (patrz strona 27), nie wolno uszkodzić światłowodu w sposób mechaniczny poprzez drgania, prace montażowe, działanie światłowodu musi być zagwarantowane przy znacznych wahaniach temperatury w samochodzie. Dlatego światłowód w celu transmisji sygnałów świetlnych musi posiadać następujące właściwości: światłowód musi prowadzić fale świetlne z nieznacznym tłumieniem, fale świetlne muszą być prowadzone poprzez zgięcia światłowodu, światłowód powinien być giętki, działanie światłowodu musi być zagwarantowane przy temperaturach w zakresie - 40 C do 85 C. odbiornik odbiornik np. wzmacniacz K nadajnik transceiver nadajnik np. komputer sterujący układem Telematik SSP286_020 23

24 Magistrala MOST Budowa światłowodu Światłowód składa się z kilku warstw. Rdzeń jest centralnym obszarem światłowodu. Składa się on z polimetylometakrylanu i tworzy właściwy światłowód. W nim prowadzone jest światło na zasadzie efektu całkowitego odbicia bez strat. Zjawisko całkowitego odbicia wyjaśniane jest bliżej w następujący sposób: Optycznie przezroczysta warstwa z polimeru fluorowego wokół rdzenia jest konieczna do uzyskania efektu całkowietgo odbicia. kolorowy płaszcz czarny płaszcz Czarny płaszcz wykonany z poliamidu chroni rdzeń przed promieniowaniem światła zewnętrznego. Płaszcz kolorowy służy jako oznaczenie i ochrona przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz jako zabezpieczenie temperaturowe. warstwa odbijająca rdzeń SSP286_030 ø 1,0 ø 0,98 ø 1,5 SSP286_031 ø 2,3 24

25 Transmisja fali świetlnej w światłowodzie. Światłowód prosty odbicie pełne Światłowód prowadzi pewną część fal świetlnych w linii prostej przez rdzeń. Większą część fal świetlnych światłowód kieruje po liniach łamanych na zasadzie pełnego odbicia o powierzchnię jego rdzenia. Światłowód zgięty Fale świetlne są odbijane na zasadzie pełnego odbicia na powierzchni granicznej warstwy rdzenia i w ten sposób są kierowane przez zgięcia. SSP286_032 Odbicie pełne promień większy niż 25 mm Jeżeli strumień światła natrafi w kącie rozwartym na warstwę graniczną między materiałem grubym optycznie a cienkim optycznie, zostaje całkowicie odbity, następuje odbicie pełne. Rdzeń jest w światłowodzie materiałem optycznie grubszym a powłoka materiałem optycznie cieńszym. Na skutek tego odbicie pełne następuje we wnętrzu rdzenia. Efekt ten jest zależny od kąta padania fal światlnych od wewnątrz na powierzchnię graniczną. Jeżeli ten kąt będzie zbyt stromy, fale świetlne wyjdą z rdzenia. Spowoduje to wyższe straty. Zależność ta wystąpi, gdy światłowód zostanie zbyt mocno zgięty lub złamany. SSP286_033 promień mniejszy niż 25 mm Promień zgięcia światłowodu nie powinien być mniejszy niż 25 mm! SSP286_034 25

26 Magistrala MOST Złącze wtykowe optyczne powierzchnie stykowe strzałka kierunku sygnału światłowód obudowa wtyczek tulejki końcówek blokada złącze wtykowe SSP286_035 W celu podłączenia światłowodu do komputerów sterujących, stosuje się specjalne optyczne złącza wtykowe. Na złączu wtykowym znajduje się strzałka określająca kierunek sygnału, przedstawiająca wejście (do odbiornika) Obudowa wtyczki tworzy połączenie do komputera sterującego. Transmisja światła następuje poprzez powierzchnię czołową rdzenia do nadajnika / odbiornika w komputerze sterującym. Podczas wytwarzania światlowodu w celu unieruchomienia go w obudowie wtyczki przyspawane zostają za pomocą lasera tulejki końcowe z tworzywa lub zamocowane tulejki końcowe z mosiądzu. Optyczna powierzchnia czołowa W celu zagwarantowania transmisji możliwie bez strat, powierzchnia czolowa światłowodu musi być gładka pionowa czysta Może to być zrealizowane tylko za pomocą specjalnego narzędzia do cięcia. Zabrudzenia i zarysowania na powierzchni cięcia zwiększają straty transmsji. (tłumienie). SSP286_081 26

27 Tłumienie w optycznej magistrali danych W celu dokonania oceny stanu światłowodu konieczny jest pomiar tłumienia. Jeżeli wydajność fal świetlnych zmniejsza się podczas transmisji, nazywa się to tłumieniem. Tłumienie (A) określane jest w decybelach (db). Decybel nie stanowi żadnej wielkości absolutnej, lecz stosunek dwóch wartości. Dlatego decybel nie jest definiowany dla specjalnych wielkości fizycznych. Na przykład przy określaniu wartości progowej ciśnienia lub siły głosu stosowana jest również jednostka decybel. Przy pomiarze tłumienia oblicza się ten wymiar z logarytmu stosunku mocy nadawania do mocy odbioru. złącze wtykowe, np. 0,5 db światłowód np. 0.6 db złącze wtykowe, np. 0.3 db Wzór: Wartość tłumienia (A) = 10 * lg moc nadawania moc odbioru Przykład: 20 W 10 * lg = 3 db 10 W Oznacza to, że w jednym światłowodzie o wartośći tłumienia 3 db sygnał świetlny zostaje zmniejszony o połowę. Z tego wynika, że im wyższa jest wartość tłumienia, tym gorsza jest transmisja sygnału. SSP286_045 ogólna wartość tłumienia = 1,4 db (w tym przykładzie) Jeżeli używanych jest kilka elementów do transmisji sygnałów świetlnych, to podobnie jak przy rezystancjach elementów elektrycznych w połączeniu szeregowym, wartości tłumienia elementów są dodawane do ogólnego wymiaru tłumienia. Ponieważ w magistrali danych MOST każdy komputer sterujący przesyła na nowo fale świetlne, znaczenie ma tylko ogólna wartość tłumienia między dwoma komputerami sterującymi. 27

28 Magistrala MOST Przyczyny zwiększonego tłumienia w optycznej magistrali danych 1. Promień zgięcia światlowodu przekroczony w dół. Jeżeli światłowód o promieniu 5 mm został zgięty (złamany), powstaje w miejscu złamania zmętnienie rdzenia (porównywalne do złamania pleksiglasu). Światłowód musi zostać wymieniony. 2. Płaszcz światlowodu jest uszkodzony. 3. Powierzchnia czołowa jest porysowana. 4. Powierzchnia czołowa jest zabrudzona. 5. Powierzchnie czołowe są przesunięte względem siebie (obudowa wtyczki złamana). 6. Powierzchnie czołowe ustawione skośnie względem siebie (usterka kąta). 7. Występuje odstęp między powierzchnią czołową światłowodu a powierzchnią styku w komputerze sterującym (obudowa wtyczki złamana lub nie zablokowana). 8. Tulejka końcowa nieprawidłowo zamocowana. SSP286_069 28