Politechnika Białostocka Wydział Elektryczny Katedra Automatyki i Elektroniki Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Elektronika samochodowa (Kod: ES1C 621 356) Temat: Magistrala CAN Opracował: dr inż. Wojciech Wojtkowski 3 lutego 2017
1 Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest praktyczne poznanie możliwości transmisji danych magistralą CAN, utrwalenie wiadomości nt. struktury przesyłanych ramek i zasad kodowania, badanie zachowania magistrali w różnych stanach awaryjnych oraz poznanie struktury typowego węzła CAN. Zakres ćwiczenia obejmuje: analizę standardowej ramki danych, analizę rozszerzonej ramki danych, analizę standardowej ramki wywołania, analizę rozszerzonej ramki wywołania, analizę aktywnej ramki błędu, analizę pasywnej ramki błędu, analizę działania magistrali w obecności różnych uszkodzeń (zwarcie między liniami, zwarcie do masy, zwarcie do zasilania, rozwarcie jednej z linii), analizę ramek przesyłanych w testowym systemie laboratoryjnym. Szczegółowy zakres ćwiczenia ustala prowadzący i podaje studentom w trakcie zajęć. Ćwiczenie realizowane jest w ciągu 3 godzin lekcyjnych (jedno spotkanie 3 godzinne). 2 Stanowisko laboratoryjne System laboratoryjny składa się z 4 paneli funkcjonalnych połączonych za pomocą ramy montażowej. Panel wejściowy (rys. 1) służy do podłączania dowolnych z pośród dostępnych modułów wejściowych. Maksymalnie można podłączyć do ośmiu modułów 3-pinowych lub 2 moduły wielopinowe. Panel wyjściowy (rys. 2) służy do podłączania modułów wyjściowych. Dwa panele umieszczone centralnie w konstrukcji stanowiska tworzą główne węzły CAN (rys. 3). Maksymalne obciążenie dowolnego z 16 wyjść wynosi 3 ma. Magistrala CAN 1 z 7
Lab: Elektronika samochodowa Politechnika Białostocka Kod przedmiotu: ES1C 621 356 Rysunek 1: Panel wejściowy [1] Rysunek 2: Panel wyjściowy [1] 3 Podstawy teoretyczne Podstawy teoretyczne i zasady transmisji magistralą CAN są przedstawione na wy- kładzie z elektroniki samochodowej [2] oraz w skróconej wersji dostępne w [5]. Z uwagi na ograniczoną objętość instrukcji nie są tu zamieszczone. 4 Przebieg ćwiczenia Przed uruchomieniem stanowiska, odbędzie się 15 minutowy sprawdzian wstępny, którego zaliczenie jest niezbędne do dalszej pracy na stanowisku laboratoryjnym, Przed włączeniem stanowiska należy podłączyć zasilanie (zasilacz stabilizowany 12V/500mA) oraz magistralę CAN wg ilustracji 4. Podając sygnały wejściowe za pomocą dostępnych bloków wejściowych, zarejestro- Magistrala CAN 2z7
Rysunek 3: Panel magistrali CAN [1] wać przebiegi linii CAN-H oraz CAN-L (pełne ramki), rozkodować zarejestrowane ramki (identyfikator, pole danych), określić szybkość transmisji CAN w systemie. Dla bloków wejściowych dwustanowych oddzielnie zarejestrować ramkę w stanie ON oraz w stanie OFF. Zanotować źródło wyzwolenia ramki. Zrealizować w miarę możliwości wszystkie zadania otrzymane od prowadzącego. Zadania dotyczą komunikacji różnych typów modułów wejściowych z różnymi modułami wyjściowymi. Określić odporność transmisji na różnego rodzaju uszkodzenia magistrali (należy kolejno wprowadzać uszkodzenia, zawsze tylko jedno w danym czasie): rozwarcie linii CAN-H, rozwarcie linii CAN-L, zwarcie linii CAN-H z linią CAN-L, zwarcie linii CAN-H do +5 V, zwarcie linii CAN-L do +5 V, zwarcie linii CAN-H do masy, zwarcie linii CAN-L do masy. Wszystkie niezbedne gniazda (masa, +5 V, linia CAN- H i CAN-L znajdują sie na makiecie i są podpisane) W oparciu o rozpoznane wcześniej komunikaty z wybranych węzłów wejściowych, przeanalizować możliwość podłączenia do panelu wejściowego czujnika z interfejsem CAN np. temperatury, przyspieszenia lub położenia przepustnicy. Zaproponować rozmieszczenie danych w ramce CAN. 5 Moduły wejściowe Aktualny wykaz dostępnych modułów wejściowych oraz wyjściowych dostępny jest w laboratorium WE48 w trakcie realizacji ćwiczenia. Magistrala CAN 3 z 7
Rysunek 4: Połączenie paneli wejściowego, wyjściowego i CAN (za pomocą zworek) oraz zasilacza 12 V. [1] 6 Ramki danych CAN W trakcie ćwiczenia mogą być pomocne rysunki ilustrujące budowę podstawowych ramek przesyłanych magistralą CAN. Struktura ramek danych magistrali CAN jest przedstawiona na rysunkach 5 oraz 6. Rysunek 5: Standardowe ramki CAN (danych oraz wywołania) [5] Rysunek 6: Rozszerzone ramki CAN (danych oraz wywołania) [5] 7 Zagadnienia do przygotowania Przed przybyciem na zajęcia laboratoryjne, należy: Magistrala CAN 4 z 7
powtórzyć materiał wykładowy dotyczący magistrali CAN, w szczególności strukturę ramek, mechanizmy wykrywania błędów transmisji, przygotować się do sprawdzianu wstępnego dotyczącego budowy ramek przesyłanych magistrala CAN oraz rodzajów błędów zgłaszanych oraz wykrywanych, jeśli zajęcia laboratoryjne odbędą się przed wykładem, można skorzystać z literatury wymienionej na końcu instrukcji [3], [4], [5]. 8 Wymagania BHP Warunkiem przystąpienia do ćwiczenia jest zapoznanie się z instrukcją stanowiskową BHP stosowaną w Laboratorium. Instrukcja ta powinna być przedstawiona studentom podczas pierwszych zajęć laboratoryjnych i dostępna do wglądu w Laboratorium. Tekst instrukcji stanowiskowej obowiązującej w Laboratorium WE48 znajduje się w pliku instrstan-lab48.pdf. 9 Wymogi odnośnie sprawozdania z realizacji ćwiczenia Sprawozdanie powinno zawierać: stronę tytułową (zgodnie z obowiązującym wzorem), zakres ćwiczenia, opis stanowiska laboratoryjnego, zastosowanych modułów, dokładny schemat połączeń, opis przebiegu ćwiczenia z wyszczególnieniem wykonywanych czynności, oscylogramy ilustrujące przeprowadzone badania, wyniki w formie tabel, szczegółową analizę wyników, podsumowanie, uwagi oraz wnioski. Na ocenę sprawozdania będą miały wpływ następujące elementy: Magistrala CAN 5 z 7
zgodność treści z instrukcją, analiza wyników, wnioski i uwagi, terminowość i ogólna estetyka. Sprawozdanie powinno być wykonane i oddane na zakończenie ćwiczenia, najpóźniej na zajęciach następnych. Sprawozdania oddane później niż na następnych zajęciach będą oceniane w skali 2, 2.5, 3, bez względu na przyczyny opóźnienia. Magistrala CAN 6 z 7
Bibliografia [1] Dokumentacja zestawu laboratoryjnego Thepra. [2] Materiały z wykładu Elektronika Samochodowa (opis interfejsu CAN oraz rozszerzonych specyfikacji ISO). [3] Herner A., Riehl Hans-Jürgen: Elektrotechnika i Elektronika w pojazdach samochodowych, rozdział 11. Systemy transmisji danych, WKŁ, Warszawa 2014. [4] Merkisz J., Mazurek St.: Pokładowe systemy diagnostyczne pojazdów samochodowych, WKŁ, 2006. [5] Dokumentacja Atmel mikrokontrolera AT90CAN128: http://www.atmel.com/ images/doc7679.pdf - jest tu skrótowy opis magistrali CAN. 7