ما هو ناقل شبكة منطقة التحكم CAN

يُعد “CAN” بأنّه نظام شبكة ذو سلكين ونصف مزدوج وعالي السرعة، وهو أفضل بكثير من التقنيات التسلسلية التقليدية، مثل “RS232“.

ما هي شبكة منطقة التحكم CAN؟

شبكة منطقة التحكم “CAN”: هي تقنية شبكة تسلسلية تم تصميمها في الأصل للتوصيل في السيارات، ولكنّها أصبحت أيضاً ناقلة مشهورة في الأتمتة الصناعية بالإضافة إلى التطبيقات الأخرى، كما يستخدم ناقل “CAN” بشكل أساسي في الأنظمة المضمنة، وكما يوحي اسمه فهو عبارة عن تقنية شبكة توفر اتصالاً سريعاً بين المتحكمات الدقيقة حتى متطلبات الوقت الفعلي، ممّا يلغي الحاجة إلى تقنية أكثر تكلفة وتعقيداً لذاكرة الوصول العشوائي المزدوجة.

• “CAN” هي اختصار لـ “Controller Area Network”.

مميزات شبكة منطقة التحكم CAN:

• منطقة التحكم بشبكة الاتصال.

• هي تقنية شبكات تسلسلية للحلول المدمجة.

• يحتاج فقط إلى سلكين باسم “CAN_H” و”CAN_L”.

• تعمل بمعدلات بيانات تصل إلى “1 ميجابت في الثانية”.

• يدعم حد أقصى “8 بايت لكل إطار” في الرسالة.

• لا يدعم معرّفات العقدة، وفقط معرّفات الرسائل، كما يمكن أن يدعم تطبيق واحد معرفات رسائل متعددة.

• يدعم أولوية الرسالة، أي كلما انخفض معرّف الرسالة زادت أولويتها.

• يدعم طولين لمعرف الرسالة أي “11 بت” كقياسي و”29 بت” كممتد.

• لا يواجه تضارباً في الرسائل، كما يمكن أن يحدث في ظل التقنيات التسلسلية الأخرى.

• لا تطالب من حيث متطلبات الكابلات، حيث يكفي الأسلاك الملتوية.

تطبيقات CAN Bus:

• كل نوع من المركبات في الدراجات النارية والسيارات والشاحنات.

• الاتصالات عن بعد للخدمة الشاقة.

• الطائرات.

• للمصاعد.

• المصانع بكافة أنواعها.

• السفن.

• معدات طبية.

• أنظمة الصيانة التنبؤية.

• الغسالات والمجففات والأجهزة المنزلية الأخرى.

فوائد شبكة منطقة التحكم CAN:

1- شبكة منخفضة التكلفة وخفيفة الوزن:

يوفر “CAN” شبكة غير مكلفة ومتينة تساعد أجهزة “CAN” المتعددة على التواصل مع بعضها البعض حيث أنّ ميزة ذلك هي أنّ وحدات التحكم الإلكترونية “ECUs” يمكن أن تحتوي على واجهة “CAN” واحدة بدلاً من المدخلات التماثلية والرقمية لكل جهاز في النظام، وهذا يقلل التكلفة الإجمالية والوزن في الجهاز.

• “ECUs” هي اختصار لـ “engine control unit”.

2- اتصالات البث:

يحتوي كل جهاز على الشبكة على شريحة تحكم “CAN” وبالتالي فهو ذكي، كما ترى جميع الأجهزة الموجودة على الشبكة جميع الرسائل المرسلة، حيث يمكن لكل جهاز تحديد ما إذا كانت الرسالة ذات صلة أو ما إذا كان يجب تصفيتها، ويسمح هذا الهيكل بإجراء تعديلات على شبكات “CAN” بأقل تأثير ممكن، ويمكن إضافة عقد إضافية غير إرسال بدون تعديل على الشبكة.

3- اعتماد مبدأ الأولوية:

كل رسالة لها أولوية لذلك إذا حاولت عقدتان إرسال الرسائل في وقت واحد، فسيتم إرسال العقدة ذات الأولوية الأعلى والأخرى ذات الأولوية الأقل يتم تأجيلها، وهذا التحكيم غير إتلافي وينتج عنه إرسال غير متقطع للرسالة ذات الأولوية القصوى، ويسمح هذا أيضاً للشبكات بتلبية قيود التوقيت الحتمية.

4- قدرات الخطأ:

تتضمن مواصفات “CAN” رمز التكرار الدوري “CRC” لإجراء فحص الأخطاء في محتويات كل إطار، وتتجاهل جميع العقد الإطارات التي بها أخطاء ويمكن إرسال إطار خطأ للإشارة إلى الخطأ إلى الشبكة، كما يتم التمييز بين الأخطاء العامة والمحلية بواسطة وحدة التحكم، وإذا تم الكشف عن الكثير من الأخطاء يمكن للعقد الفردية أن تتوقف عن إرسال الأخطاء أو تفصل نفسها عن الشبكة تماماً.

• “CRC” هي اختصار لـ “Cyclic Redundancy Check”.

أساسيات شبكة منطقة التحكم CAN:

قد تبدأ أي وحدة تحكم في “CAN” في الإرسال عندما تكتشف ناقلاً خاملاً، كما قد يؤدي هذا إلى قيام وحدتي تحكم أو أكثر ببدء رسالة تقريباً في نفس الوقت، كما يتم حل النزاع بالطريقة التالية:

• تراقب عقد الإرسال الحافلة أثناء الإرسال.

• إذا اكتشفت العقدة مستوى مهيمنًا عندما ترسل مستوى متنحياً بنفسها، فستخرج على الفور من عملية التحكيم وتصبح مستقبلاً بدلاً من ذلك.

• يتم إجراء التحكيم عبر حقل التحكيم بالكامل، وعندما يتم إرسال هذا الحقل يتم ترك جهاز إرسال واحد بالضبط في الحافلة.

• تواصل هذه العقدة الإرسال وكأن شيئاً لم يحدث.

• ستحاول أجهزة الإرسال المحتملة الأخرى إعادة إرسال رسائلها عندما تصبح الحافلة متاحة في المرة القادمة.

• لا يضيع الوقت في عملية التحكيم.

أساسيات بروتوكول شبكة منطقة التحكم CAN:

تم تضمين معالجة الأخطاء في بروتوكول “CAN” وهي ذات أهمية كبيرة لأداء نظام “CAN”، وتهدف معالجة الأخطاء إلى اكتشاف الأخطاء في الرسائل التي تظهر على ناقل “CAN”، بحيث يمكن لجهاز الإرسال إعادة إرسال رسالة خاطئة، وسيحاول كل جهاز تحكم في “CAN” على طول الحافلة اكتشاف الأخطاء داخل الرسالة.

وإذا تم العثور على خطأ فستقوم عقدة الاكتشاف بإرسال علامة خطأ وبالتالي تدمير حركة مرور الناقل كما ستكتشف العقد الأخرى الخطأ الناجم عن علامة الخطأ، حيث إذا لم تكن قد اكتشفت الخطأ الأصلي بالفعل تتخذ الإجراء المناسب أي تجاهل الرسالة الحالية.

1- تحتفظ كل عقدة بعدادي خطأ:

هما عداد خطأ الإرسال وعداد خطأ الاستلام، حيث هناك العديد من القواعد التي تحكم كيفية زيادة أو إنقاص هذه العدادات، ومن حيث الأساس فإنّ جهاز الإرسال الذي يكتشف خطأ يزيد من عداد خطأ الإرسال الخاص به بشكل أسرع من عقد الاستماع سيزيد من عداد خطأ الاستلام، وهذا لأنّ هناك فرصة جيدة أن يكون المرسل هو المخطئ.

وعندما يزيد أي عداد خطأ عن قيمة معينة ستصبح العقدة أولاً “خطأ خامل”، أي أنّها لن تدمر حركة مرور الناقل بشكل فعال عندما تكتشف خطأً، ثم “توقف الحافلة” ممّا يعني أنّ العقدة لا تشارك في حركة الحافلات على الإطلاق.

2- الناقل “CAN”:

الناقل “CAN”: هي نوع من أنواع البث، وهذا يعني أنّ جميع العقد يمكنها “سماع” جميع عمليات الإرسال، حيث لا توجد طريقة لإرسال رسالة إلى عقدة محددة فقط، وستلتقط جميع العقد دائماً كل حركة المرور، ومع ذلك توفر أجهزة “CAN” تصفية محلية بحيث يمكن أن تتفاعل كل عقدة فقط مع الرسائل الشيقة.

3- رسائل “CAN”:

يمكن استخدام الرسائل القصيرة أي الحد الأعلى لتحميل الجهاز هو “94 بت”، حيث لا يوجد عنوان واضح في الرسائل، وبدلاً من ذلك يمكن القول أن الرسائل موجهة للمحتويات أي أنّ محتوياتها تحدد عنوانها ضمنياً، حيث أنّه من أنواع الرسائل:

• إطار البيانات.

• الإطار البعيد.

• إطار الخطأ.

• الإطار الزائد.

مبدأ عمل الرسائل:

يعتمد إرسال الرسائل في “CAN” على مبدأ المنتج أي المستهلك، كما تستقبل جميع العقد الأخرى أي المستهلكون رسالة ترسلها عقدة واحدة، حيث لا تحتوي الرسائل على عنوان وجهة ولكن يتضمن معرّف الرسالة، وتحتوي الرسائل ذات التنسيق القياسي على معرف رسالة “11 بت” ممّا يتيح تحديد “2048 رسالة” مختلفة لأي نظام واحد وأكثر من كافية لمعظم التطبيقات.

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب عدداً أكبر من الرسائل يمكن استخدام تنسيق رسالة ممتد مع معرف رسالة “29 بت”، ممّا يسمح بتحديد أكثر من خمسمائة مليون رسالة مختلفة، وسيتم تطبيق رسائل معينة فقط على كل عقدة على الشبكة، لذلك يجب أن تطبق العقدة التي تتلقى رسالة تصفية القبول وعادةً ما يتم تنفيذها في الأجهزة وبناءً على معرف الرسالة.

إذا كانت الرسالة التي تتلقاها العقدة ذات صلة بها فستتم معالجتها وإلّا فسيتم تجاهلها، ويمكن توسيع شبكات “CAN” دون تعديل على الأجهزة أو البرامج الموجودة، وذلك إذا كانت الأجهزة المراد إضافتها مجرد أجهزة استقبال، وإذا كانت تتطلب فقط الرسائل التي تم إنشاؤها بالفعل بواسطة الشبكة.