BÀI báo cáo tìm HIỂU hệ THỐNG CAN (CONTROL AREA NETWORK)

Nhóm thực hiện : Võ Văn Bin
Nguyễn Bằng
Lê Minh Thuận
Trần Đức Đoàn
Trần Hữu Hòa


Phần I : Giới Thiệu Hệ Thống CAN
Do sự phát triển vũ bão của các hệ thống của các thiết bị tiện nghi và an toàn trên ô tô ngày càng nhanh, làm
cho mức độ phức tạp của hệ thống dây dẫn trên ô tô ngày càng tăng, ví dụ : cứ sau 10 năm thì số dây dẫn trong bối
dây lại tăng lên gấp đôi …. Đó cũng là nguyên nhân gây hỏng hóc hàng đầu trên ô tô. Cho nên hệ thống Controller
Area Network ( CAN) ra đời để dáp ứng mọi yêu cầu trên cũng là tất yếu. Controller Area Network (CAN) là giao
thức giao tiếp nối tiếp hỗ trợ mạnh cho những hệ thống điều. khiển thời gian thực phân bố (distributed realtime
control system) với độ ổn định, bảo mật và đặc biệt chống nhiễu cực kỳ tốt.
CAN đầu tiên được phát triển bởi nhà cung cấp phụ tùng xe ôtô của Đức Robert Bosch vào giữa những năm
80. Để thỏa mãn yêu cầu ngày càng nhiều của khách hàng trong vấn để an toàn và tiện nghi, và để tuân theo yêu
cầu việc giảm bớt ô nhiễm và tiêu thụ năng lượng, ngành công nghiệp ôtô đã phát triển rất nhiều hệ thống điện tử
như hệ thống chống trượt bánh xe, bộ điều khiển động cơ, điều hòa nhiệt độ, bộ đóng cửa v.v…Với mục đích
chính là làm cho những hệ thống xe ô tô trở nên an toàn, ổn định và tiết kiệm nhiên liệu trong khi đó giảm thiểu
việc đi dây chằng chịt, đơn giản hóa hệ thống và tiết kiệm chi phí sản xuất, thì mạng CAN đã được phát triển .
Ngay từ khi mới ra đời, mạng CAN đã được chấp nhận và ứng dụng một cách rộng rãi trong các lĩnh vực công
nghiệp, chế tạo ô tô, xe tải. Với thời gian, CAN càng trở nên thông dụng hơn vì tính hiệu quả, ổn định, đơn giản,
mở và đặc biệt là chi phí rẻ. Nó được sử dụng với việc truyền dữ liệu lớn, đáp ứng thời gian thực và trong môi
trường khác nhau. Cuối cùng, truyền tốc độ cao rất ổn định. Đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong nhiều
ngành công nghiệp khác ngoài xe hơi như các máy nông nghiệp, tàu ngầm, các dụng cụ y khoa, máy dệt, v.v…


Ngày nay, CAN đã được chuẩn hóa thành tiêu chuẩn ISO11898. Hầu như mọi nhà sản xuất chip lớn như: Intel,
NEC, siemens, Motorola, Maxim IC, Fairchild, Microchip, Philips, Texas Instrument, Mitsubishi, Hitachi,
STmicro... đều có sản xuất ra chip CAN, hoặc có tích hợp CAN vào thành periperal của vi điều khiển. Việc thực
hiện chuẩn CAN trở nên cực kỳ đơn giản nhờ sự hỗ trợ từ rất nhiều nhà sản xuất chip đó

Miền ứng dụng của CAN trải rộng (from hight speed networks to low cost multiplex wiring) : hệ thống điện xe ô
tô, xe tải, đơn vị điều khiển động cơ (engine control units), sensor, PLC comunication, thiết bị y tế…. Ngày nay
CAN chiếm lĩnh trong ngành công nghiệp Ô tô. Trong những chiếc xe hơi đời mới thường có một mạng CAN
high speed dùng điều khiển động cơ và thắng… một mạng CAN lowspeed dùng điều khiển những thiết bị khác
như kiếng hậu, light

Hệ thống CAN trên xe MERCEDES BENS C200


Phần 2 : Cấu Tạo Và Hoạt Động Hệ Thống CAN
2.1 Tổng quan về giao thức CAN
a. Sơ đồ khối


Công nghệ cáp của mạng CAN có đường dây dẫn đơn giản, giảm tối thiểu hiện tượng sự đội tín hiệu. sự truyền dữ liệu
thực hiện nhờ cặp dây truyền tín hiệu vi sai, có nghĩa là chúng ta đo sự khác nhau giữa 2 đường (CAN H và CAN L).
Đường dây bus kết thúc bằng điện trở 120 ohm (thấp nhất là 108 ohm và tối đa là 132 ohm) ở mỗi đầu
Mạng CAN được tạo thành bởi một nhóm các nodes. Mỗi node có thể giao tiếp với bất kỳ nodes nào khác trong mạng.
Việc giao tiếp được thực hiện bằng việc truyền đi và nhận các gói dữ liệu - gọi là message. Mỗi loại message trong mạng
CAN được gán cho một ID - số định danh - tùy theo mức độ ưu tiên của message đó.


b. Phân loại






2.2 Cấu Tạo Đường Truyền

Đường truyền dữ liệu mạng CAN gồm hai dây xoắn với nhau thành một cặp. Việc truyền
dữ liệu diễn ra bằng cách cấp điện áp High (+) và Low (-) đến hai đường dây để gửi một tín hiệu
(truyền dẫn bằng điện áp vi sai)

Điện áp chênh lệch tạo ra giữa hai dây được phát hiện dưới dạng tín hiệu dữ liệu, nó có đặc
điểm là không thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài. Vì giả sử khi có nhiễu thì phần nhiễu trên dây
High và dây Low sẽ khử lẫn nhau.


Việc kết nối các dữ liệu theo kiểu Bus: Bao gồm một số giắc đấu dây (J/C) tạo thành hai đầu bus
chính có mạch đầu, cuối và đường bus nhánh nối các ECU và các cảm biến.
Việc truyền và phát tín hiệu có thể thực hiện từ một ECU hoặc nhiều ECU đến một hoặc nhiều
ECU khác, nếu vài ECU cùng truyền dữ liệu một lúc, việc truyền dữ liệu bị dừng lại và bắt đầu
truyền lại với dữ liệu có mức ưu tiên cao nhất.


Hệ thống mạng CAN sử dụng hai đường truyền dữ liệu đó là:
+ Đường truyền dữ liệu CAN tốc độ cao (HS-CAN) hoạt động với tốc độ đường truyền là 500
kB.
+ Đường truyền dữ liệu CAN tốc độ trung bình (MS-CAN) hoạt động với tốc độ đường truyền là
125 kB


2.3 Cơ Chế Hoạt Động
Bus CAN định nghĩa hai trạng thái là "dominant" và "recessive", tương ứng với hai trạng thái là 0 và 1. Trạng thái
"dominant" chiếm ưu thế so với trạng thái "recessive". Bus chỉ ở trạng thái "reccessive" khi không có node nào phát
đi trạng thái "dominant". Điều này tạo ra khả năng giải quyết chanh chấp khi nhiều hơn một Master cùng muốn
chiếm quyền sử dụng bus.
Bởi tính chất vật lý của bus, cần thiết phải phân biệt 2 dạng truyền:
- Truyền CAN low speed

- Truyền CAN high speed


2.3 Cơ Chế Giao Tiếp
Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng, trong khi hầu
hết các hệ thống bus thường khác đều giao tiếp dựa vào địa chỉ các trạm.Mỗi thông tin trao đổi trong
mạng được coi như một đối tượng , được gắn một mã số căn cước .Thông tin được gửi trên bus theo
kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác nhau.
Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng có thể nhận
theo nhu cầu .Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một mã căn cước
(IDENTIFIER).Mã căn cước không nói lên địa chỉ đích của thông báo, mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của
dữ liệu trong thông báo.Vì thế, mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo
hay không tiếp nhận thông báo qua phương thức lọc thông báo(message filtering).Cũng nhờ xử dụng
phương thức lọc thông báo, nhiều trạm có thể đồng thời nhận cùng một thông báo và có các phản
ứng khác nhau. Một trạm có thể yêu cầu một trạm khác gửi dữ liệu bằng cách gửi 1 khung REMOTE
FRAME.Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin đó sẽ gửi trả lại một khung dữ liệu DATA
FRAME có cùng mã căn cước với khung yêu cầu.Bên cạnh tính năng đơn giản, cơ chế giao tiếp
hướng đối tượng ở CAN còn mang lại tính linh hoạt và tính nhất quán dữ liệu của hệ thống.Một trạm
CAN không cần biết thông tin cấu hình hệ thống ( ví dụ địa chỉ trạm), nên việc bổ sung hay bỏ đi
một trạm trong mạng không đòi hỏi bất cứ một sự thay đổi nào về phần cứng hay phần mềm ở các
trạm khác.Trong một mạng CAN , có thể chắc chắn rằng một thông báo hoặc được tất cả các trạm
quan tâm tiếp nhận đồng thời, hoặc không được trạm nào tiếp nhận.tính nhất quán dữ liệu được đảm
bảo qua các phương pháp gửi đồng loạt và xử lý lỗi




2.4 Cơ Chế Phân Quyền Ưu Tiên

A . Phân Quyền Ưu Tiên

Bộ mã nhận dạng cho cả nội dung dữ liiệu và mức độ ưu ti65n cho thông tin đyợv gủi
.Một tín hiệu thay đổi nhanh ví dụ ( như tốc độ động cơ…) phải đượv huyển ngay tức khắc và do đó,
được chỉ định quyền ưu tiên cao hơn các tín hiệu thay đổi chậm như nhiệt độ động cơ nhiệt độ nước
làm mát….
B . Phân Quyền Ưu Tiên Trên Bus
Khi đường truyền trống , mỗi trạm có thể bắt đầu chuyển thông tin của nó. Nếu vài trạm
bắt đầu chuyển thông tin cùng lúc , hệ thốnfg sẽ truyền những thông tin có mức độ ưu tiên coa hơn
mà không bị mất thời gian và dữ liệu . Các trạm cò thông tin ít ưu tiên hơn tự động chuyển sang
nhận và la95p lại việc chuyển thông tin cho đến khi đường truyền trống lại .

Thứ tự truyền thông tin


Những tín hiệu vào đường truyền dữ liệu tốc độ cao (HS-CAN) trong mạng kết nối bộ điều khiển táp lô

+ Tốc độ xe từ bộ cảm biến tốc độ bánh xe đến bộ điều khiển ABS, đến PCM qua cổng
giao tiếp (Gateway) và đồng hồ tốc độ xe trên bảng táp lô.
báo

+ PCM điều khiển nạp cho máy phát điện, đến ăcquy qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh

+ Thông tin từ cảm biến trục khuỷu (CKP) đến bộ điều khiển PCM qua cổng giao tiếp
đến đồng hồ báo tốc độ động cơ trên bảng táp lô.
+ Thông tin từ cảm biến nhiệt độ nước làm mát (ECT) đến bộ điều khiển PCM qua cổng
giao tiếp đến màn hình thông tin trung tâm.
+ PCM qua cổng giao tiếp đến đèn báo lỗi.
+ PCM qua cổng giao tiếp đèn cảnh báo hệ thống điều khiển động cơ hoặc màn hình
thông tin trung tâm.
+ PCM qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo áp suất dầu bôi trơn động cơ.
+ Bộ điều khiển ABS qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo ABS.

+ Bộ điều khiển ABS qua cổng giao tiếp đến đèn cảnh báo hệ thống cân bằng xe.
+ Bộ điều khiển số TCM qua cổng giao tiếp đến phần hiển thị các dải số P-R-N-D-L.


High-speed CAN


. Những tín hiệu vào đường truyền dữ liệu tốc độ trung bình (MS-CAN) trong mạn kết nối bộ điều khiển táp lô

+ Bộ điều khiển túi khí RCM, đến bảng táp lô, đến đèn cảnh báo hệ thống túi khí có lỗi.
+ Bộ điều khiển túi khí RCM, vào bảng táp lô, đến đèn cảnh báo dây đai an toàn.
+ Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ môi trường, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn
cảnh báo mặt đường có nước đóng băng.
+ Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ môi trường, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô – màn
hình thông tin trung tâm.
+ Công tắc đèn trước, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo đèn pha trước.
+ Công tắc đèn xin đường, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô, đến đèn cảnh báo hệ
thống đèn xin đường.
đèn pha.

+ Công tắc đèn pha, đến bộ điều khiển GEM vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo đang sử dụng

+ Công tắc điều khiển cửa, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo cửa xe
đang mở hoặc hiển thị trên màn hình thông tin trung tâm.
+ Công tắc nắp khoang động cơ, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo
nắp khoang động cơ đang mở hoặc hiển thị trên màn hình thông tin trung tâm.
+ Công tắc nắp khoang hành lý, đến bộ điều khiển GEM, vào bảng táp lô đến đèn cảnh báo nắp
khoang hành lý đang mở hoặc hiển thị trên màn hình thông tin trung tâm.
+ Công tắc điều khiển ga tự động, vào bộ điều khiển ga tự động, đến bộ điều khiển GEM, vào
bảng táp lô đến đèn cảnh báo hệ thống điều khiển ga tự động.

phanh thấp

+ Bộ báo mức dầu phanh, đến bộ điều khiển GEM, đến bảng táp lô, đèn cảnh báo mức dầu


Low-speed CAN


2.5 Cấu trúc dữ liêu
Một khung dữ liệu dài tối đa 130 bit ( định dạng chuẩn) hay 150 bit ( định dạng
mở rộng ) được tạo ra để truyền dữ liệu trên bus. Một khung dữ liệu bao gồm 7 phần
liên tiếp

Cấu tạo 1 cấu trúc dữ liệu


1. Đầu khung
Chỉ định vị trí đầu của thông tin và đồng bộ hóa các trạm
2 Vùng phân định
Bao gồm bộ nhận dạng thông tin và một bit điều khiển phụ. Trong khi vùng này đang truyền thì bộ truyền
đi cùng với mỗi bit truyền đi để kiểm tra nhằm bảo đảm rằng không có trạm ưu tiên cao hơn nào cũng được truyền.
Bit điều khiển quyết định dữ liệu được phân cấp dưới dạng cấu trúc dữ liệu hay cấu trúc điều khiển
3. Vùng điều khiển
Chứa đựng bộ mã chỉ định chứa đựng số lượng dữ liệu trong vùng dữ liệu
4 . Vùng dữ liệu
Chứa nội dung thông tin từ 0 đến 8 bytes. Một thông tin có chiều dài băng 0 có thể được dùng để đồng bộ
hóa chương trình


5. Vùng kiểm tra phần tử

Chứa đựng khung kiểm tra xác định quá trình truyền dữ liệu có bị cản trở hay không
6. Vùng phản hồi
Chứa tín hiệu phản hồi khi tất cả các bộ nhận thông tin xác định thông tin không bị mất
7. Vùng kết thúc
Chỉ phần cuối của thông tin