Ацп с шиной can

Используемые во многих системах для коммуникационных целей интерфейсы CAN уязвимы для высоковольтных бросков напряжения. Однако некоторые устройства могут помочь защититься от этих проблем.

CAN (Controller Area Network – сеть контроллеров) – это очень популярная последовательная шина, широко используемая в автомобилях, средствах промышленной автоматизации и других промышленных приложениях. Более новая усовершенствованная версия, названная CAN-FD (гибкая скорость передачи данных), обеспечивает более высокие скорости и другие улучшения.

Как обнаружили многие разработчики, CAN часто требует электрической изоляции между узлами и защиты от высоковольтных выбросов, которые регулярно происходят в автомобильном и промышленном оборудовании. Некоторые из недавно анонсированных приемопередатчиков CAN теперь поддерживают последнюю спецификацию CAN-FD, и, кроме того, имеют необходимую изоляцию. Решения для защиты могут также быть основаны на внешних дискретных компонентах, подключаемых к шине.

Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать

Знакомство с CAN

CAN – это стандарт последовательного интерфейса, разработанный компанией Robert Bosch и одобренный Собществом автомобильных инженеров (SAE) еще в 1980-х годах. С тех пор, благодаря своей гибкости и надежности, он стал широко использоваться в транспортных средствах и многих промышленных приложениях. Топология интерфейса представляет собой дифференциальную шину с экранированной или неэкранированной витой парой, к которой может быть подключено до 127 узлов. Все узлы являются приемопередатчиками, способными посылать и получать данные. Выпускаются стандартные микросхемы приемопередатчиков, но многие микроконтроллеры имеют интегрированный интерфейс CAN (Рисунок 1).

Данные передаются кадрами, состоящими из 8 байт данных, адресного поля, поля контрольной суммы CRC и других служебных полей. Скорость передачи данных не фиксирована и, начинаясь с 5 кбит/с, может достигать 1 Мбит/с. Максимальная длина шины при скорости 1 Мбит/с равна 40 м. Используется множественный доступ к шине с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD). CAN имеет ряд разновидностей, таких как CAN-FD, CANopen и SAE J1939. Используются также обозначения ISO-11898 и ISO-11519, присвоенные Международной организацией по стандартизации (ISO).

CAN-FD (ISO-11898-1) – это новейшая версия, которая увеличивает скорость передачи данных до 5 Мбит/с и выше, что делает систему более адаптированной к приложениям реального времени, требующим более низкой задержки и большего детерминизма. Кадр большего размера теперь вмещает 64 байта данных.

Видео:Подробно про CAN шинуСкачать

Необходимость изоляции

Помимо широкого распространения в автомобильных приложениях, интерфейс CAN используется в системах промышленной автоматизации, драйверах двигателей переменного и постоянного тока, каналах обмена ПЛК, источниках питания телекоммуникационного оборудования, системах отопления и кондиционирования, лифтах, солнечных инверторах и зарядных станциях электрических автомобилей. В некоторых случаях в оборудовании имеются низко- и высоковольтные сегменты, которые должны быть изолированы друг от друга, чтобы защитить низковольтные компоненты от повреждения.

Высоковольтные двигатели, коммутаторы, источники питания и другое оборудование могут генерировать помехи амплитудой в сотни и тысячи вольт. Высоковольтный сигнал, попадающий в низковольтную подсистему, потенциально может уничтожить микроконтроллер. Способом решения этой проблемы является использование изолированных приемопередатчиков и отдельных источников питания с их собственными возвратными землями.

Видео:MCP2515, контроллер CAN шины с интерфейсом SPIСкачать

Изоляция

В современных системах CAN необходимо изолировать как сигналы, так и питание. Изоляция реализуется в приемопередатчике, но ее эффект пропадет, если блоки питания по разные стороны изолирующего барьера будут просто соединены друг с другом.

Во многих новых приемопередатчиках CAN используется емкостная изоляция между входами и выходами данных и цепями подключения шины. Два слоя двуокиси кремния образуют два последовательно соединенных конденсатора, через которые передаются данные между схемами, расположенными на двух разных кристаллах, соединенных внутри корпуса.

Примером может служить ISO1042 – выпущенный компанией Texas Instruments новый изолированный приемопередатчик CAN, обеспечивающий емкостную изоляцию и защиту практически любых промышленных и автомобильных конструкций. Устройство, отвечающее требованиям стандартов физического уровня ISO 11898-2 и ISO 11898-5, поддерживает стандарты CAN до 1 Мбит/с и CAN-FD до 5 Мбит/с. Защита шины выдерживает напряжения ±70 В и синфазные напряжения ±30 В. Диапазон напряжений питания составляет от 1.7 В до 5.5 В. Поддерживаются логические уровни 1.8, 2.5, 3.3 и 5.0 В. Микросхема ISO1042 выпускается в корпусах SOIC-8 или SOIC-16.

Реализация разделенного источника обеспечивает дополнительный уровень изоляции. Один из подходов с использованием устройства Texas Instruments показан на Рисунке 2. Микросхема генератора/драйвера SN6505 формирует 100-килогерцовый сигнал для трансформатора, выходное напряжение которого, преобразованное до требуемого уровня, затем выпрямляется и фильтруется. Трансформатор обеспечивает необходимую изоляцию питания. Отфильтрованное напряжение стабилизируется LDO регулятором (таким, скажем, как TPS76350) и питает приемопередатчик CAN. Узловые приемопередатчики и выводы интерфейса CAN микроконтроллера подключаются к шине через дифференциальные линии CANL и CANH.

Для упрощения процесса проектирования изолированных подсистем CAN и изоляции сигналов и питания CAN выпускаются различные устройства, как дискретные, так и интегральные.

Видео:CAN шина на осциллографе FINIRSI ADS1013DСкачать

Защита шины CAN

Изолированные системы обеспечивают нормальную защиту микросхем. Однако в некоторых условиях могут возникать проблемы электростатических разрядов (ESD), высокий уровень которых способен повредить приемопередатчик. По этой причине шина должна быть каким-то образом защищена. При этом крайне важно, чтобы выбранное устройство защиты интерфейса было совместимо с приемопередатчиком.

Наилучшим решением для защиты является использование супрессоров (TVS-диодов), подключенных между каждой линией шины и землей (Рисунок 2). Эти диоды фактически представляют собой два встречно включенных стабилитрона с высоким пробивным напряжением. Максимально допустимое напряжение на выводах приемопередатчиков зависит от типа микросхемы.

Приемопередатчик ISO105 компании TI выдерживает напряжения в диапазоне от −27 В до +40 В. ISO1042 рассчитан на броски напряжения до ±70 В. Максимальное пробивное напряжение супрессоров должно быть меньше этих значений, но больше рабочего напряжения сигналов на шине. Обычно два логических уровня шины составляют менее половины напряжения питания «0» и напряжения питания «1».

Читайте также: Metzeler шины где производят

Не забывайте, что добавление TVS-диодов обеспечивает защиту от ESD, но одновременно добавляет к шине емкость, ограничивающую верхние скорости передачи данных. Необходимо, чтобы дополнительная емкость была меньше 50 пФ.

Видео:Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Видео:лекция 403 CAN шина- введениеСкачать

Расшифровка данных в CAN шине VW Polo sedan

Сегодня мы поговорим о методах расшифровки данных CAN шины на примере автомобиля VW Polo Sedan 2019 года выпуска. В интернете такие статьи часто называют Хаками CAN шины, но мне такое название не по душе.

В статье описаны методики поиска нужных данных в CAN шине автомобиля, примеры применения этих методик на VW Polo Sedan. В качестве оборудования для подключения к CAN шине используется Vega MTX. Еще чуть-чуть поговорим о телематике. Под катом много картинок по теме, несколько gif и видео.

Пару слов о себе.

Зовут меня Фокин Алексей, в данный момент я работаю в компании Вега Абсолют vega_absolute. Центральный офис в г. Новосибирск, но я работаю в г. Москва. Одно из наших направлений — телематика. Мы делаем оборудование для отслеживания коммерческого транспорта, каршерингов, такси и т.д. Моя работа заключается в том, что я собираю данные с автомобилей и превращаю их в настройки для нашего оборудования.

Подключение к CAN шине произведено в двух местах: за приборной панелью (шина 500 Kbit/s) и за магнитолой (100 Kbit/s). Так же есть одно дублирующее подключение — подключение к разъему OBDII непосредственно на самом разъеме (500 Kbit/s).

Из использованных инструментов: блок мониторинга транспорта Vega MTX, оснащенный CAN сканером. Для его настройки на ПК программа Конфигуратор 1.27.14.

Больше информации о подключении к автомобилю и о MTX можно получить из видео, которое будет в конце статьи.

При подключении ко всем CAN шинам мы увидим такую картину:

В этом потоке данных надо найти те биты и байты, которые отвечают за нужные нам параметры.

На скриншоте ниже показано сколько датчиков в данный момент прописано в блоке телематики, и это еще не полный список. Можно уходить еще глубже и искать еще большее количество датчиков. Часть из этих датчиков в режиме реального времени отсылает показания на сервера, что позволяет в любой момент видеть состояние своего автомобиля.

Телематика — тема для отдельной статьи, поэтому не будем тут подробно на этом останавливаться.

Сразу появляется вопрос — зачем нужно искать данные в потоке, если можно их увидеть через ELM327 или другие диагностические приборы?

Здесь уже вопрос в том, для чего нам нужны эти данные. В нашем случае данные нам нужны для телематики, и, чтобы не вмешиваться в работу CAN шины, и не слать в нее ни каких данных, мы ищем их в потоке. В Vega MTX есть специальный режим работы с CAN шиной — режим «прослушивания». Режим говорит сам за себя, оборудование только слушает кан шину и ничего в нее не отправляет, тем самым минимизируя какие либо воздействия на штатную систему автомобиля.

К примеру датчик на открытие двери. Если мы будет его спрашивать запросом, то мы сможем это делать только на включенном зажигании. После выключения зажигания и засыпания CAN шины этот датчик будет нам недоступен. Если же мы найдем этот датчик в CAN потоке, то мы будем его видеть все время, когда работает CAN шина. А, при открытии двери, CAN будет просыпаться автоматически.

Также следует понимать, что все приведенные ниже примеры актуальны только для Polo Sedan в комплектации connect. В других комплектация может не быть каких-то из приведенных датчиков, а для других марок и моделей автомобилей данные будут находится совершенно в других ID.

Обращаю внимание, что по умолчанию в Конфигураторе стоит отображение значений в HEX формате. В дальнейшем нам не раз придется переводить данные из HEX формата в десятичные значения. Легче всего это сделать с помощью встроенного в Windows 10 приложения Калькулятор. Переводим его в режим “программист” и у нас появляется выбор, в какой системе счисления вводить данные, и они дублируются в других системах счисления.

По методу поиска все датчики в автомобиле я разделяю на несколько типов:

1. Бинарные датчики.
2. Быстро меняющиеся датчики.
3. Температурные датчики.
4. Пробег автомобиля.
5. Датчики уровня.
6. Датчики индикации.
7. Датчики с запросами.

Теперь перейдем к методам, с помощью которых можно найти каждый тип датчиков.

1. Бинарные датчики

Начнем с самых простых датчиков, бинарных.

К этим датчикам относятся датчики дверей, ремни безопасности, тормоз (горят ли стоп сигналы), ручной тормоз, нажаты ли кнопки и т.д. Их значение помещается в 1 бит, то есть может быть 0 (дверь закрыта) или 1 (дверь открыта).

Поиск их прост, но требует внимательности. Для поиска двери водителя надо открывать/закрывать дверь и смотреть, что меняется в CAN шине.

Конфигуратор подсвечивает красным те данные, в которых были изменения в течении нескольких последних секунд.

В нашем случае за дверь водителя отвечает нулевой бит первого байта сообщения с ID 470.
В том же байте лежат датчики все остальных дверей + датчик багажника.

2. Быстро меняющиеся датчики

Быстро меняющиеся датчики похожи на бинарные датчики, только их значение больше, чем 1 бит. На эти датчики мы можем воздействовать и сразу же видеть изменения в CAN — шине.
К таким датчика относятся большинство датчиков положения: положения педали газа, положение стекол, положение АКПП, положение ключа зажигания. Помимо них это датчики скорости, оборотов, датчики ускорения руля, ускорения педали газа и т.д.

Читайте также: Шины нитто 860 215

Для начала разберемся с датчиками положения на примере датчика положения педали газа.

Для этого глушим автомобиль, включением зажигание и, не заводя двигателя, нажимаем на педаль газа и следим за изменением в CAN шине.

Как правило, при отпущенной педали газа значение этого датчика 0, и, по мере нажатия на педаль газа, увеличивается до какого либо значения. Такой параметр мы видим в первом CAN в ID 280. Пятый байт изменяется от 0 (педаль отпущена) до FA (педаль нажата “в пол”).

Если перевести FA из HEX в DEC, то получим число 250. Следовательно, чтобы получить нажатие на педаль газа в процентах (от 0 до 100) надо умножить наше значение на 0.4.

Теперь перейдем к датчикам, которые не влезают в один байт, например, к оборотам двигателя. Плавно повышаем и понижаем обороты двигателя, при этом смотрим, что меняется в CAN шине. Обороты двигателя находятся в том же ID, что и педаль газа.

Поработав педалью газа можно понять, что данные тут стоят в обратном порядке. То есть старшая часть находится в 3м байте (считаем байты с нулевого), а младшая во втором байте.

Дальше надо перевести данные из HEX в DEC.

Дальше надо оценить реальные обороты по тахометру, или по диагностическим приборам. В моем случае стрелка была, примерно на 1600 об/мин по тахометру.

Дальше делим данные из CAN в десятичном формате (6508) на обороты двигателя с тахометра (1600) получаем 4.0675. Учитывая погрешность определения оборотов на глаз, округляем делитель до 4. После этого надо проверить показания по нескольким точкам. Для этого педалью газа выставляем разные обороты двигателя и сверяем их с данными из CAN шины.

В конфигураторе можно подставить все коэффициенты в настройки датчика и в режиме реального времени смотреть за изменениями оборотов.

Таким образом ищется большое число датчиков: усилия на тормозе, положение руля, ускорение руля, скорость автомобиля и т.д.

3. Температурные датчики

В Polo Sedan найти температуру было очень сложно. Для начала был найден байт, который медленно изменялся в большую сторону при нагреве автомобиля. После этого начинались поиски нужных коэффициентов.

Подключаем диагностику, выбираем температуру двигателя, и сравниваем показания CAN шины и данных из диагностики. Строим таблицу соответствия и подбираем коэффициенты.
В результате подбора коэффициентов появилась формула для расчета температуры.

XX* 0.75 — 48
где XX — значение 1 байта из ID 288 в DEC.

по формуле можно подсчитать, что на скриншоте была температура

где 179 это переведенное в десятичную систему число B3 из первого байта ID 288.

Но это тяжелый случай, на многих авто температура ищется намного легче.

Так как в шине сложно передать отрицательное число, то производители в качестве 0 измерений принимают значение -40°C, -48°C или -58°C. Поэтому подключаем диагностику и смотрим, какое сейчас значение температуры. Прибавляем к этому значения 40 (48 или 58), и переводим в HEX. Ищем полученное число в потоке. Ждем когда температура машины изменится на один градус и сверяем с найденным значением. Если его значение тоже увеличилось на 1, значит это нужный нам датчик.

Важно не путать значения из CAN шины со значениями диагностических запросов. Если одновременно будете искать показания в шине и будет подключен диагностический прибор, то в шине появятся еще и ответы на диагностические запросы. Их можно определить по ID. Обычно все, что идет свыше 700 ID — диагностические запросы и ответы.

Так же температуру охлаждающей жидкости всегда можно сделать запросом, о данном методе будет описано ниже в разделе о датчиках с запросами.

Можно для поиска температуры воспользоваться и другим методом: находим физически датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) на двигателе, отключаем его и подключаем к проводке автомобиля переменный резистор. Далее вращая резистор и следя за CAN шиной по методике поиска быстро меняющихся данных, можно найти показания температуры двигателя.

На практике таким методом не пользовался, так как ТОЖ всегда находилась или в потоке, или спрашивали машину запросом.

4. Пробег автомобиля

Один из самых важных параметров для телематики.

Для начала надо оценить, каких размеров мы ищем число. Если взять 2 байта (16 бит) данных, то в них максимум влезет число FF FF = 65 535. Автомобиль явно может проехать свыше 65 тысяч, значит пробег автомобиля должен быть минимум 24 бит длинной. Туда уже влезет 16 млн. км., что явно достаточно для пробега.

Но опять же, в разных автомобилях по разному. В Polo Sedan пробег пишется в км, в некоторых французах он передается с точностью до 100 метров. тогда число может занимать и 32 и больше бит.

Дальше для поиска следует взять пробег с приборной панели автомобиля и перевести его в HEX.

В нашем случае это 5732 км. Переводим его в HEX и получаем 16 64. Дальше поиском надо найти строку, где будет встречаться эта комбинация. Искать надо по одному байту, то есть сначала искать 16, потом в найденых вариантах смотреть, есть ли рядом с числом 16 еще и число 64. Число 64 может быть как слева, так и справа от числа 16. Так как пробег в этом автомобиле не большой, то, вероятнее всего, рядом с числом 64 так же будет 00. В Конфигураторе есть удобный поиск (CTRL + F), если пользуетесь другим инструментом, то придется искать вручную эти данные.

Читайте также: Гребенчатая шина двухполюсная 63а

В нашем случае пробег найден в 520 ID

Для проверки желательно проехать еще несколько километров и проверить значение найденного датчика.

Таким же образом ищется пробег до заправки. В этом автомобиле приборная панель пробег до заправки не передает в шину, поэтому он сделан запросом.

6. Датчики уровня

Второй наиболее важный датчик для телематики — датчик уровня топлива. Можно его найти или в потоке, что предпочтительно, или запросом (менее предпочтительно, но в некоторых авто по другому не получится).

Для начала надо найти показания уровня топлива в диагностическом приборе. У меня уровень топлива нашелся в комбинации приборов (17 блок). В комбинации приборов показания с датчика уровня идут в литрах.

Сейчас в автомобиле 21 литр топлива.

Переводим 21 из DEC в HEX и получаем число 15. Поиском пробуем найти его. В потоке находится данное число в ID 320. Если число не находится, то нужно попробовать искать значения на единицу больше или меньше. В некоторых авто топливо идет с точностью в пол литра, потому надо поискать значение в 2 раза больше.

После того, как найден уровень топлива надо залить в автомобиль несколько литров топлива и посмотреть за результатом.

Так же можно разобрать бензобак, вытащить ДУТ из бака и перемещать его, следя за показания CAN шины. Или же снять разъем с ДУТ и подключить туда переменный резистор. Вращая его и следя за изменениями можно найти датчик уровня топлива. Если решили разбирать, тогда уровень топлива следует искать по методике поиска быстро меняющихся датчиков.

Так же при поиске не следует брать во внимание данные с ID свыше 700. Это диагностические запросы. После отключения диагностического оборудования эти данные пропадут. Более подробно с запросами мы разберемся ниже.

К примеру ответ на запросы диагностического оборудования уровня топлива из приборной панели выглядит так.

Также уровень топлива (в процентах) можно найти в стандартных OBDII запросах, но на VAG группе они не всегда показывают верные данные. На Skoda Rapid и Skoda Oktavia при полном баке диагностика показывает уровень топлива 85 %.

6. Датчики индикации

Датчики индикации сильно похожи на бинарные датчики, и искать их следует по той же методике. К этим датчикам относятся разнообразные иконки на приборной панели. К примеру состояние значка Check Engine находится в первом байте ID 480. При включении зажигания в этом датчике 2С.

После запуска, когда погаснет значок Check Engine (CE) в этом датчике будут 00.

Теперь остается вопрос, какой именно бит отвечает за значок CE. Переводим 2C в BIN и получаем число 0010 1100.

Дальше копируем весь 480 ID, изменяем первый байт на 2C (0010 1100) и пробуем посылать этот пакет в автомобиль.

Внимание!, слать данные в автомобиль не всегда безопасно, можно что нибудь сломать, или накрутить пробег. Прибегать к этому методу стоит только в случае, если датчик не смогли найти методом поиска бинарных датчиков.

В моем случае я слал в заведенный авто (что делать не рекомендуется) и у меня на приборке моргает значок CE и EPC.

Дальше посылаем вместо 2C (0010 1100) 08 (0000 1000). На приборке начинает моргать CE. Следовательно 3 бит отвечает именно за эту иконку.

Если слать 04 (0000 0100), то моргает значок EPC.

7. Датчики с запросами

Не все данные можно найти в потоке. К примеру в дизельном VW Transporter T4 в потоке нет температуры двигателя. Ее нет и на приборке. Поэтому приходится автомобиль спрашивать об этих параметрах. То же самое относится к уровню топлива на Rio\Solaris.

В этом примере попробуем спросить уровень топлива Polo Sedan. Заходим в 17 блок, как это мы делали в пункте про поиск уровня топлива, и спрашиваем приборную панель. Проанализировав запросы мы видим, что диагностика спрашивает уровень топлива следующей командой:

Дальше копируем ID 714, отключаем диагностический прибор и пробуем послать в автомобиль запрос. Если в ID 77E приходит такой же ответ, какой был при подключенной диагностике, то мы получили пакет с уровнем топлива (4 байт. HEX 15 = DEC 21 ) 21 литр.

В Vega MTX есть встроенные средства работы с датчиками с запросами. Там можно настроить, что бы запросы слались после включения зажигания с определенным интервалом или при соблюдение каких то условий.

На этом заканчиваю с методикой поиска данных в CAN шине. Если кто знает еще какие методики поиска нужных данных в CAN шине или поделится своим опытом, то с удовольствием выслушаю их.

До написания данной статьи делал видео по этой теме. В видео есть больше информации по подключению к CAN шине автомобиля, работе с Конфигуратором и файловым сервером

На сервере есть настройки для некоторых легковых автомобилей, грузовиков и сельскохозяйственной техники. Все файлы лежат в зашифрованном виде, можно увидеть какие датчики видны в CAN автомобиля. При подключении будут видны значения датчиков, но посмотреть адреса не получится.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  💥 Видео

  Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать

  

  поиск нерабочей can шины, часть дваСкачать

  

  Arduino CAN Sender ( Ардуино отправка пакетов в КАН шину)Скачать

  

  Погрешности измерений, коррекция, немного про ЛБП и супер точный АЦП ADS1220Скачать

  

  Arduino CAN Monitor (простейший монитор шины CAN)Скачать

  

  Как проверить CAN шину Используем симулятор ElectudeСкачать

  

  Экспресс диагностика CAN шины на автомобиле. №21Скачать

  

  Как управлять автомобилем через CAN-шину?Скачать

  

  Блок управления, генератор, CAN или LIN шина либо АКБ? P0401, P0523, U1113, U1132, U0106 (Видео 90)Скачать

  

  Автомобиль не запускается, сканер не подключается: на примере FORD FOCUS 3, CAN шина (Видео 92)Скачать

  

  LIN шина - пример работы. LIN bus exampleСкачать

  

  Поиск неисправности в шине CAN мультиметром. Suzuki Grand Vitara. U1073, P1674, B1553.Скачать

  

  Программирование МК PIC. Урок 25. Модуль ADC (АЦП). Измеряем напряжение. Часть 1Скачать

  

  Лекция 70. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)Скачать