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CANBUS – Control area network ( AN-006-IT ) Document Type :Application Note – ITA

Version : 1.0.0 Release : 11-04-2010

LINEE CAN BUSLINEE CAN BUS

APPLICATION NOTE ( AN-005-IT ) :

Note applicative della rete CANBUS

Per eventuali dettagli o informazioni contattare :

Tutti i valori riferiti alle condizioni standard. ( 20° C, 100 KPa )

MecTronik S.r.l. - Via dell'artigianato, 5 - 37053 - Cerea (VR)Tel./Fax : +39-(0)442-329200 ( lines r.a. )

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Cenni teorici sul BusCan

Con il termine can-bus ( acronimo CAN = Controller Area Network ) si identifica una linea seriale per lo cambio di dati tra dispositivi detti nodi, definita in uno standard introdotto dalla BOSCH al fine degli anni ottanta. I vantaggi offerti da questa tipologia di rete si possono cosi' riassumere :

• Piena operatività in ambienti disturbati da forti campi elettromagnetici tipici dell'automotive .

• Struttura della rete di tipo Multicast, ovvero con capacità di distribuzione simultanea delle informazioni a un gruppo di dispositivi collegati.

• Lunghezza massima di 40 mt alla massima velocità di comunicazione prevista.• Funzionamento con un massimo di 2 conduttori• Protocollo di comunicazione del basso livello standardizzato ISO 11898-1 • Protocollo di comunicazione applicativo personalizzabile

I messaggi ( chiamati anche frame ) sono composti da un serie di informazioni specifiche del bus, alcune omesse in questo documento in quanto non essenziali per comprenderne il funzionamento, ed altre che ne definiscono la tipologia e la funzione.

Le tipologie dei messaggi sono riconducibili a :

1. Data Frame : messaggi contenenti i dati trasmessi da un nodo2. Remote Frame : messaggi di richiesta di trasmissione di un determinato ID3. Error Frame : messaggio di errore sul bus trasmesso da un nodo 4. Overload Frame : messaggio non più' in uso, indicava alla rete che un nodo non

era in grado di processare i messaggi in quanto occupato.

Struttura del messaggio can:





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ID o campo identificatore Bytes di dati trasmessi




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CAMPO IDENTIFICATORE :

Il campo identificatore o “ID” del messaggio è il numero che contraddistingue univocamente l'informazione trasmessa. Esistono due formati che definiscono le categorie di appartenenza:

• Base frame format: chiamati anche messaggi standard, con un numero identificativo a 11 bit. Permettono quindi la definizione nella rete di 2048 tipologie di messaggio

• Extended frame format: chiamati anche messaggi estesi, con numero identificativo a 29 bit. Permettono la definizione all'interno della rete di 536.870.912 tipologie di messaggio

DATI TRASMESSI :

I dati trasmessi all'interno del messaggio vengono indicati come DATA FIELD. Ogni messaggio può trasmettere da un minimo di 0 byte ad un massimo di 8 Bytes. Ad ogni byte viene assegnato u n'indice numerico che ne definisce la posizione all'interno del Data field, mediante un numero da 0 a 7 .

VELOCITÀ DI TRASMISSIONE :

La velocità di trasmissione viene generalmente indicata con il numero dei bit inviati nell'unità di tempo; Il limite massimo del bus è di 1Mbps per collegamenti fino a 40m.

Le velocità utilizzabili da standard risultano :

• 125Kbps

• 250Kbps

• 500Kbps

• 1Mbps





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DATA FIELD Posizione 0 1 2 3 4 5 6 7

Dato Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Byte 5 Byte 6 Byte 7 Byte 80....255 0....255 0....255 0....255 0....255 0....255 0....255 0....255Valore Dec




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Caratteristiche elettriche :

La linea CAN utilizzata nei dispositivi MecTronik è costituita da una linea bilanciata a due fili e conforme allo standard ISO 11898-2 . I due conduttori vengono chiamati CAN H e CAN L . La struttura della rete prevede una linea principale denominata “dorsale “, a cui si collegano tutti i dispositivi ( nodi ) mediante collegamenti denominati “rami”. Il bilanciamento viene assicurato grazie a due resistenze denominate “terminatori”, e posti alle estremità della dorsale .

Al fine di assicurare l'immunità dai disturbi, i dispositivi discriminano i singoli bit dei messaggi ( basso livello ) effettuando un lettura differenziale di tensione tra i conduttori, eliminando quindi eventuali componenti comuni. Per tale ragione, le linee di trasmissione vengono tenute ad una tensione comune di 2,5v, e il livello logico di trasmissione di un bit dominante risulterà 3,5v nella linea CAN H (ossia positiva) e 1,5v nella linea CAN_L (ossia negativa )





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Note:





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Oscillogrammi tipici :

Vengono riportati alcuni oscillogrammi tipici di misure effettuate sul bus al fine di mostrare sia le forme d'onda tipiche, sia le tempistiche .





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Frame su Linea CAN H




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Frame su Linea CAN L




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Linea CAN in ERRORE: solo un nodo CAN trasmette e nessuno riceve




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PROGETTAZIONE DI UNA RETE CAN PER DISPOSITIVI MECTRONIK :

Sottoponiamo all'attenzione alcune regole guida da rispettare scrupolosamente :

• Usare esclusivamente cavo intrecciato e schermato ( twisted pair & shielded ) tipo raychem 55A1121-22-6/9-9.

• Collegare la calza di collegamento a massa in un solo punto al fine di non creare anelli di corrente ( current loop ). Suggeriamo di unire in un punto unico e in prossimità della centralina motore tutti gli schermi presenti sul cablaggio ( cavi SMOT, SCAM , CAN).

• Collegare l'estremità della calza esclusivamente al pin 5 del connettore DB9 usato per l'interfacciamento al PC mediante dispositivo CAN-USB.

• Rispettare la lunghezza dei rami, indicati in figura come Ld, a max 30 cm.

• Bilanciare il bus verificando l'esistenza e la posizione dei terminatori che devono trovarsi sempre alle estremità della dorsale.

• Assicurare le giunzioni con collegamenti allo stato dell'arte, usando brasature stagno piombo qualora non risultasse possibile la crimpatura,

• Assicurarsi di evitare, dove possibile, il passaggio della linea CAN in prossimità di bobine iniettori o a componenti fonte di campi elettromagnetici.

• Prestare attenzione nelle sale prova alle linee di alimentazione ad alta tensione o a dispositivi di comando a commutazione ( INVERTER ) , i cui cavi di massa possano risultare collegati alla linea CAN.





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• Nei collegamenti tra dispositivi non alimentati dalla stessa fonte ( es. ECU/CAN-USB o ECU/Scheda ACQ del banco prova ), assicurare l'equivalenza del potenziale negativo tra i sistemi, collegando in modo comune la massa di riferimento dei dispositivi. Per tale ragione assicurare sempre la presenza del collegamento sui pin 3 dei connettori CAN.

• Verificare le configurazioni dei dispositivi collegati :

1. Velocità di trasmissione comune. E' ammessa una sola velocità per singola rete.

2. Conflitti su ID dei messaggi. Tutti i nodi devono trasmettere le informazioni con un identificativo univoco, assicurando nessuna sovrapposizione.

• Lo scambio di dati tra dispositivi MecTronik, in presenza di più linee CAN, avviene sempre collegandone la linea primaria, ovvero la rete denominata CANA_x .

• Verificare la corretta polarità' di tutti i nodi, può' sembrare banale pero' anche se un nodo ha la polarità' invertita, in molti casi ( dipende dal transceiver ) si generano errori sul BUS solo quando il nodo errato e' in trasmissione .

• Verificare mediante l'uso di un multimetro, la resistenza totale della rete; con tutti i dispositivi correttamente collegati tale valore deve risultare pari a 60 ohm +/- 5%.

• Verificare l'isolamento elettrico delle linee che compongono il bus.

NOTA: Le centraline motore MKE1, MKE4, MKE6 , sono equipaggiate internamente di terminatore del valore di 120 ohm e quindi identificabili in figura come “ nodo1”





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Prese e spine di collegamento :

L'interfacciamento fisico tra una rete CAN con gli eventuali dispositivi esterni da collegare ( interfacce per PC, strumenti, tolse di diagnosi etc.) deve sempre rispettare lo standard adottato, al fine di garantire la piena compatibilità tra i collegamenti.

MecTronik adotta uno standard denominato CiA DS-102 che adotta un connettore 9 poli SUB-D. Lo standard suggerisce inoltre l'adozione di un regola per determinare l'assegnazione della parte maschio ( ossia dotato di terminali maschio ) e femmina.

• Femmina : Collegamento alla dorsale principale della rete .

• Maschio : Collegamento al dispositivo Host , ovvero ospite nella rete, saltuario.

Il collegamento del pin 1 e del pin 9 nel connettore garantiscono la possibilità di effettuare l'aggiornamento del fw dei dispositivi .





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Connettore Maschio ( vista lato connettore )

PIN MECTRONIK NOTE:1 Riservato IN_PROG2 CAN_L CAN_L Linea CANA_L3 CAN_GND GND_PWR Massa Comune4 Riservato - non usato5 CAN_SHLD GND_SHLD Schermo o calza del cavo6 GND - optional - non usato7 CAN_H CAN_H Linea CANA_H8 Riservato - non usato9 CAN_V+ VBAT_KEY Alimentazione da chiave

STANDARD CiAAbilitazione FW upgrade




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Diagrammi esplicativi di costruzione :

Quanto sopra descritto, deve trovare sempre una soluzione applicativa pratica sul campo, dove non sempre risulta semplice identificare la dorsale, le derivazioni, i rami etc. Gli esempi applicativi, anche se a fini esemplificativi, forniranno spunti progettuali utili.

BILANCIARE SEMPRE LA RETE NELLA SUA DORSALE, CHE NELLA PRATICA EQUIVALE AL RAMO PIU' LUNGO COLLEGATO ALLA CENTRALINA MOTORE.

Portare a massa le calza di schermo in un solo punto, e possibilmente in prossimità della centralina motore ( equipotenzialità verso la fonte di possibili disturbi elettromagnetici ).





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MKEx

MKLx

GND

NERO = GNDGRIGIO = CANHBLU = CANLMARRONE = SCHERMOROSSO= +12v

D-SUBFEMMINA

DASHMAX 40cm

MAX 40cm

D-SUBMASCHIO

D-SUB FEMMINACANUSB

Terminatore da inserire se non usata la prolunga

D-SUB

Prolunga linea CAN - fino a 20m

+12V

GND

D-SUBMASCHIO

D-SUB FEMMINA

Max 20cm

MA

X 20cm




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NEL CASO IN CUI SI PREVEDA L'USO DI UNA PROLUNGA PER LA LINEA CAN, CONSIDERARE LA STESSA COME DORSALE PRINCIPALE E QUINDI BILANCIARE CON IL TERMINATORE LA SUA ESTREMITA' PIU' LONTANA DALLA ECU MOTORE ( COME DA SCHEMA ELETTRICO ALLEGATO ). QUANDO NON INSERITA , CHIUDERE IL COLLEGAMENTO CON UN CONNETTORE DOTATO DI TERMINATORE.

PRESTARE ATTENZIONE ALLE DIFFERENZE DI POTENZIALE TRA I SISTEMI SE ALIMENTATI DA FONTI DIVERSE( BANCHI PROVA ). COLLEGARE LA MASSA PRINCIPALE DEI SISTEMI IN UN'UNICO PUNTO, EVITANDO DI FAR CIRCOLARE CORRENTE NEL CAVO DI COLLEGAMENTO CAN .

NOTE:

Vista del cavo consigliato per cablaggi:

Vista del cavo consigliato per prolunga:





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