CAN-väylä

Hakusana ”CAN” ohjaa tänne. Se on myös Kanadan maatunnus.

CAN-väylän topologia

CAN-väylä (engl. Controller Area Network) on automaatioväylä, jota käytetään ajoneuvoissa, koneissa ja teollisuuslaitteissa. Suomessa CAN-väylää on hyödynnetty muun muassa metsäkoneteollisuudessa harvesteripään mittaus- ja ohjaustiedon välittämisessä, kallioporauslaitteissa, hisseissä, rakennusten ilmastointijärjestelmissä ja valaistuksen ohjauksessa sekä paperikoneiden ohjauksessa. Ajoneuvon CAN-väylää hyödynnetään OBD-mittauksessa, jossa luetaan väylään liitetyiltä laitteilta mahdollisia virhekoodeja.^[1]

CAN-väylä yksinkertaisti muun muassa lukkiutumattomien jarrujen (ABS) ja moottorin ohjauksen (ECU) tarvitsemia johdotuksia. Autoteollisuudesta CAN-väylä levisi nopeasti rautateille ja teollisuuden automaatiojärjestelmiin. Vikasietoisuuden vuoksi CAN-väylä on yleisesti käytetty myös terveydenhuollon ja lääketeollisuuden laitteissa.

CAN-väylässä kaikki liikenne välitetään kaikille moduuleille. Jokaisella viestillä on sanomatunniste, jonka perusteella vastaanottava moduuli päättää, kuuluuko viesti myös sille. Toimintatapa mahdollistaa sen, että sama sanoma, esimerkiksi mittausdata ajoneuvon nopeudesta, voidaan välittää useammalle laitteelle, kuten nopeusmittarille ja vakionopeuden säädölle yhdellä sanomalla. Myös väylän monitorointi on helppoa, koska ylimääräisen kuuntelijan lisääminen ei vaikuta mitenkään muihin toimintoihin. Sanomatunniste on samalla myös viestin prioriteetti, ja jos kahta viestiä aletaan lähettää yhtä aikaa, pienempiprioriteettinen lähettäjä luopuu lähetyksestä.

CAN-väylälle on määritelty sovellusaluekohtaisia standardeja,jotta eri valmistajien laitteet toimisivat yhteen. Raskaalle kalustolle on määritelty standardi SAE J1939 ja henkilöautoille standardi J22584. ISO-standardi ISO 11898-2 määrittelee CAN-väylän, jonka tiedonsiirto on nopeampi kuin 125 kbit/s.

Low-CAN (vikasietoinen) ja Hi-CAN eroavat ainakin siirtonopeuden mukaan: Low-CAN <125 kbit/s ja Hi-CAN 1 Mbit/s.

Historia

CAN-väylän historia alkaa 1980-luvulta, jolloin Boschin insinöörit tutkivat sarjaväylien käyttöä henkilöautoissa. Koska olemassa olleet verkkoprotokollat eivät täyttäneet autoteollisuuden vaatimuksia Uwe Kiencke aloitti uuden sarjaväylän kehityksen vuonna 1983. Robert Bosch GmbH esitteli CAN-väylän Society of Automotive Engineersin kongressissa helmikuussa 1986.^[2] Vuonna 1991 esitelty Mercedes-Benz W140 oli ensimmäinen auto, joka käytti CAN-väylää.^[3]

Johdotus ja liittimet

CAN-väylän johdotus on 2-napainen parikaapeli, jossa on standardin mukaan 40 kierrosta metriä kohden. Kaapelia käytetään tiedonsiirtoon. ISO 11898 määrittelee CAN-väylällä käytettäväksi kaapelityypiksi impedanssiltaan 120 Ω suojattua tai suojaamatonta kaapelia. CAN-väylässä on 120 Ω:set päätevastukset.

Parikaapelinjohtimista käytetään nimityksiä high ja low.

• kun CAN-verkossa lähetetään arvo nolla, on high-johdon jännite 3.5 volttia ja low-johdon jännite 1,5 volttia.
• kun CAN-verkossa lähetetään arvo yksi, on molempien johtojen jännite 2,5 volttia.

Käyttäjäorganisaation CiA,"CAN in Automation", määrittelemä CAN-väylän liitin on yhdeksännapainen D-liitin (DIN 41652), CiA:n standardi DS-102. Autoteollisuus käyttää valmistaja-, merkki- ja jopa mallikohtaisia liittimiä autoissaan.

Volvo on testannut ajoneuvoissaan CAN-väylää myös langattoman yhteyden ylitse.

Koodaus

CAN-väylällä käytetään NRZ-bit-stuffin koodausta.

CAN-väylän häiriösuojaus

Varsin hyvän häiriöiden sietokyvyn ja toimintavarmuutensa vuoksi CAN-väylällä on useita eri käyttösovelluksia esimerkiksi teollisuudessa, ja jopa terveydenhuollossa ja lääketieteessä, joissa vikasietoisuus ja toimintavarmuus ovat automaatioväylän toiminnassa erittäin tärkeitä. CAN-väylän toiminta perustuu johdinten väliseen jännite-eroon, jolloin yhteismuotoinen häiriö ei aiheuta suoraan ongelmia. CAN-väylän johtimet ovat rakenteeltaan identtisiä ja ovat siis samalla tavalla sähkömagneettisten häiriölähteiden altistuksen alaisina. Tällöin parikaapelin kummankin johtimen vastaanottamat ulkoiset häiriöt, ja näistä aiheutuvat jännitteen muutokset, ovat yhtä suuria, ja kumoutuvat johtimien välistä jännite-eroa mitattaessa. Suojaa sähkömagneettisia häiriöitä vastaan voidaan parantaa esimerkiksi maadoituksella ja suojaamalla parikaapeli suojavaipalla.

CAN-väylien keskinäistä sähkömagneettista häiriötä voidaan vähentää muun muassa sijoittamalla johtimet etäälle toisistaan ja asentamalla johtimet kohtisuoraan, kun johdinten on ylitettävä toisensa.

Pidemmillä johdinpituuksilla CAN-väylä olisi hyvä erottaa muusta järjestelmästä galvaanisesti. Tällöin CAN-moduulien käyttöjännite kulkee CAN-väylää pitkin. CAN-väylän EMC-ominaisuudet paranevat, jos käytetään CAN-moduulin metallikoteloon kytkettävää suojajohdinta.

Päätevastuksilla pystytään vähentämään signaalin heijastumisesta johtuvia häiriöitä. CAN-väylän päätevastus voidaan toteuttaa esimerkiksi kahden 60 Ω vastuksen avulla, joiden väliin kytketään häiriönpoistokondensaattori.

Erilaisilla suodinkytkennöillä pystytään vähentämään sekä yhteis-, että eromuotoista häiriötä tehokkaasti. Optista CAN-väylää käytettäessä vältytään tavanomaisesti toteutetun CAN-väylän EMC-häiriöiltä.

Katso myös

• Sähkömagneettinen yhteensopivuus

Lähteet

• http://www.can-cia.de CiA, CAN in Automation, käyttäjäkerho
• Työkoneiden ja automaation CAN-väyläsovellusten turvallisuus, Hietikko M., Alanen J., Tiusanen R.
• EMC Design of Automobile CAN Bus, Zhang L., Dong Y., Ruan F.
• CAN-väyläsimulaattori, Tukiainen T., Pirhonen J.

Viitteet

1. https://www.csselectronics.com/screen/page/simple-intro-obd2-explained/language/en
2. History of CAN technology can-cia.org. Arkistoitu 15.7.2018. Viitattu 16.111.2022. (englanniksi)
3. Mercedes W140: First car with CAN can-newsletter.org. Viitattu 16.11.2022. (englanniksi)

Aiheesta muualla

• CAN - Ajoneuvojen ja koneiden sisäinen paikallisväylä (Arkistoitu – Internet Archive)