هدلایت‌های کنباس چیست؟ + چرا هدلایت‌های کنباس دار انتخاب‌ برای خودروهای مدرن هستند؟

هدلایت‌ کنباس دار(CANbus ) به طور خودکار با سیستم برق خودرو هماهنگ می‌شوند و از بروز مشکلاتی مانند خطای چک موتور جلوگیری می‌کنند. با این ویژگی‌ها، رانندگان می‌توانند از روشنایی پایداری بهره‌مند شوند که نه تنها عملکرد بهتری ارائه می‌دهد، بلکه عمر طولانی‌تری نیز دارد.

به گزارش خط سلامت با استفاده از تکنولوژی CANbus، این هدلایت‌ها به صورت هوشمندانه از نوسانات برق جلوگیری کرده و سازگاری بیشتری با خودرو های جدید دارند. این ویژگی‌ها موجب می‌شود تا هدلایت‌های CANbus دار انتخابی ایده‌آل برای کسانی باشد که به دنبال حداکثر بهره‌وری از روشنایی خودرو و بهبود عملکرد سیستم‌های الکترونیکی خود هستند.

تاریخچه CANbus (Controller Area Network)

CANbus یک پروتکل ارتباطی است که به‌ویژه در خودروها و سیستم‌های صنعتی برای ارتباط بین دستگاه‌ها و واحدهای کنترل به‌کار می‌رود. این پروتکل در ابتدا توسط شرکت  Bosch  در آلمان توسعه یافت و تاریخچه آن به دهه 1980 باز می‌گردد. در اینجا مروری بر تاریخچه و تکامل CANbus آورده شده است:

آغاز توسعه (دهه 1980)

در  دهه 1980 ، صنعت خودرو و تولیدکنندگان آن با چالش‌هایی در ارتباطات میان واحدهای مختلف الکترونیکی در خودروها روبرو بودند. خودروها به سرعت به سیستم‌های پیچیده‌تری با تعداد زیادی واحد کنترل الکترونیکی (ECU) مجهز می‌شدند. این سیستم‌ها به طور مستقل و بدون هماهنگی با یکدیگر کار می‌کردند، که منجر به مشکلاتی از جمله افزایش هزینه‌ها، پیچیدگی‌های نگهداری و عدم قابلیت گسترش می‌شد.

به همین دلیل،  Bosch ، یکی از بزرگترین تولیدکنندگان قطعات خودرو در آلمان، شروع به تحقیق و توسعه یک شبکه ارتباطی جدید برای اتصال دستگاه‌های مختلف در خودروها کرد. هدف اصلی آن ساده‌سازی ارتباطات میان ECUهای مختلف، کاهش سیم‌کشی و افزایش قابلیت اطمینان و انعطاف‌پذیری بود.

معرفی اولین نسخه CAN (1986)

Bosch  در  سال 1986  اولین نسخه پروتکل CAN را معرفی کرد. این نسخه اولیه به‌طور خاص برای استفاده در  خودروها  طراحی شده بود و به سرعت مورد توجه سایر تولیدکنندگان خودرو و صنایع مختلف قرار گرفت.

در این نسخه اولیه، CAN یک پروتکل  تفاضلی  (differential) بود که به آن اجازه می‌داد در محیط‌های پر از نویز (مانند خودروها و محیط‌های صنعتی) به طور قابل اعتماد کار کند.

 استانداردسازی و پذیرش جهانی (1990s)

در  سال 1991 ، استاندارد CAN تحت عنوان  ISO 11898  توسط  سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO)  تأسیس شد. این استاندارد، نحوه عملکرد CAN و الزامات فیزیکی و الکتریکی آن را مشخص کرد و باعث شد که این پروتکل به طور گسترده‌تری در صنعت خودرو و سایر صنایع به کار گرفته شود.

در اوایل  دهه 1990 ، بسیاری از تولیدکنندگان خودرو، مانند  مرسدس بنز ،  فولکس‌واگن  و  بی‌ام‌و ، از CAN برای ارتباط میان واحدهای کنترل خودرو استفاده کردند. به‌عنوان مثال، مرسدس بنز از آن برای اتصال اجزای مختلف سیستم‌های الکترونیکی در خودروهایش استفاده کرد.

توسعه CAN 2.0 و گسترش کاربردها (2000s)

CAN 2.0  در  سال 1991  معرفی شد که ویژگی‌های جدیدی مانند پشتیبانی از  شناسه‌های 29 بیتی (Extended CAN)  را به پروتکل افزود. این ویژگی به CAN اجازه می‌داد که فضای آدرس‌دهی وسیع‌تری داشته باشد و برای استفاده در کاربردهای پیچیده‌تر مناسب‌تر شود.

در اواخر دهه 1990 و اوایل دهه 2000، علاوه بر صنعت خودرو، CANbus به سرعت در  صنعت‌های دیگر  مانند  اتوماسیون صنعتی ،  دستگاه‌های پزشکی ،  سیستم‌های دریایی  و  هوافضا  گسترش یافت.

CANopen  و  J1939  به عنوان پروتکل‌های بالاتر روی CAN پیاده‌سازی شدند که به ویژه در اتوماسیون صنعتی و وسایل نقلیه سنگین کاربرد دارند.

معرفی CAN FD (Flexible Data-rate) (2012)

در  سال 2012 ، نسخه جدیدی از CAN به نام  CAN FD (Flexible Data-rate)  معرفی شد. این نسخه قابلیت‌های جدیدی را در بر داشت:

افزایش حجم داده : CAN FD می‌تواند تا 64 بایت داده را در یک پیام حمل کند که نسبت به 8 بایت محدودیت نسخه‌های قبلی قابل توجه است.

نرخ داده انعطاف‌پذیر : CAN FD اجازه می‌دهد که نرخ داده‌ها در بخش داده پیام افزایش یابد، که این ویژگی به ویژه برای انتقال داده‌های حجیم و پیچیده‌تر مناسب است.

این تغییرات باعث شد که CAN FD در بسیاری از کاربردهای پیشرفته‌تر و سریع‌تر، از جمله خودروهای مدرن و سیستم‌های صنعتی پیشرفته، به کار گرفته شود.

پذیرش گسترده CANbus

در  2010  و به ویژه در  سال‌های اخیر ، CANbus به یک استاندارد جهانی برای ارتباطات در بسیاری از صنایع تبدیل شده است.  خودروها  به طور فزاینده‌ای به شبکه‌های پیچیده‌تری با  CANbus  به عنوان قلب ارتباطات میان ECUها و سیستم‌های مختلف الکترونیکی خود مجهز می‌شوند.

CAN FD  و  CANopen  به‌طور گسترده در  سیستم‌های اتوماسیون صنعتی  و  دستگاه‌های پزشکی  به کار می‌روند. بسیاری از شرکت‌های بزرگ در صنایع خودرو، تجهیزات پزشکی و کنترل صنعتی از CANbus برای طراحی سیستم‌های قابل اعتماد، مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر استفاده می‌کنند.

معماری CANbus 

CANbus در یک معماری چند مستر (multi-master) کار می‌کند، به این معنا که تمام دستگاه‌های متصل به باس دسترسی مساوی به شبکه دارند. این ویژگی برای کنترل توزیع‌شده در سیستم‌هایی مانند خودروها بسیار مهم است، جایی که اجزا باید به طور یکپارچه بدون نیاز به کامپیوتر مرکزی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

اجزای اصلی در معماری CANbus 

دستگاه‌ها: هر دستگاه یا واحد کنترل در یک سیستم CAN به عنوان یک گره یا دستگاه شناخته می‌شود. یک گره معمولاً از یک میکروکنترلر (که پردازش پیام‌ها را انجام می‌دهد) و یک مبدل CAN (که مسئول ارسال و دریافت پیام‌ها بر روی باس فیزیکی است) تشکیل شده است.

باس CAN : یک جفت سیم به‌هم تابیده است که سیگنال تفاضلی را برای ارتباط حمل می‌کند. این سیم‌ها به نام‌های CAN High (CAN_H) و CAN Low (CAN_L) شناخته می‌شوند. سیگنال‌دهی تفاضلی باعث می‌شود که در برابر نویز الکترومغناطیسی مقاوم باشد، که برای کاربردهای خودرویی و صنعتی بسیار حیاتی است.

مقاومت پایانی : برای جلوگیری از انعکاس سیگنال و اطمینان از انتقال صحیح، مقاومت‌های 120 اهمی در هر دو انتهای باس CAN قرار می‌گیرند.

فرمت پیام CAN 

پیام‌های CAN یک ساختار استاندارد دارند که هر پیام به بخش‌های زیر تقسیم می‌شود

شناسایی پیام :

استاندارد (11 بیت) : در استاندارد اصلی CAN (CAN 2.0A)، شناسایی پیام 11 بیت طول دارد که امکان 2048 شناسه مختلف پیام را فراهم می‌کند.

گسترده (29 بیت) : CAN 2.0B شناسایی 29 بیتی را معرفی کرد که اجازه می‌دهد تا 536 میلیون شناسه مختلف پیام وجود داشته باشد. فرمت گسترده فضای آدرس‌دهی بیشتری را برای سیستم‌های پیچیده فراهم می‌کند.

فیلد داده 

فیلد داده می‌تواند حداکثر 8 بایت (64 بیت) داده را در CAN استاندارد حمل کند. در CAN FD (Flexible Data-rate) ، این مقدار می‌تواند تا 64 بایت افزایش یابد که میزان داده‌های منتقل‌شده در یک پیام را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

کنترل 

فیلد کنترل معمولاً 6 بیت طول دارد و شامل زیرمجموعه‌های زیر است:

کد طول داده (DLC) : طول فیلد داده (بین 0 تا 8 بایت).

بیت‌های رزرو شده : این بیت‌ها برای استفاده‌های آینده یا تنظیمات خاص رزرو شده‌اند.

 CRC (کد تشخیص چرخشی) 

CRC یک فیلد 15 بیتی است که برای بررسی خطا استفاده می‌شود. این فیلد اطمینان می‌دهد که داده‌های ارسال شده بر روی باس به درستی دریافت شده‌اند و بیشتر خطاهای رایج مانند تغییرات بیت در طول انتقال را شناسایی می‌کند.

 تأیید 

این فیلد برای اعلام به فرستنده است که پیام به درستی توسط سایر گره‌ها دریافت شده است. اگر گره‌ای خطا را در انتقال شناسایی کند، پیام را تأیید نمی‌کند.

پایان فریم 

این سیگنال‌دهی پایان پیام است. پس از این نقطه، باس وارد حالت کسری (1 منطقی) می‌شود.

3. مدیریت خطا در CANbus :

CANbus دارای مکانیزم‌های مدیریت خطای قوی است تا اطمینان حاصل شود که سیستم حتی در صورت بروز مشکلات در برخی از بخش‌های شبکه همچنان کار می‌کند:

خطای بیت : زمانی که یک بیت ارسال شده با بیت مورد انتظار در گیرنده مطابقت نداشته باشد، شناسایی می‌شود.

خطای افزودن : وقتی تعداد زیادی بیت مشابه به طور متوالی در پیام وجود داشته باشد (بیش از 5 بیت مشابه).

خطای CRC : زمانی که یک پیام از آزمون CRC عبور نکند.

خطای فرمت : زمانی که پیام فرمت صحیحی نداشته باشد.

خطای تأیید : زمانی که تأییدیه‌ای در مدت زمان معین دریافت نشود.

CAN به طور خودکار در صورت شناسایی خطا، پیام‌ها را مجدداً ارسال می‌کند و از شمارنده خطا برای پیگیری تعداد خطاهایی که هر دستگاه تجربه کرده است، استفاده می‌کند. دستگاه‌هایی که خطاهای زیادی دارند از شبکه جدا می‌شوند تا یکپارچگی سیستم حفظ شود.

 آربیتراسیون پیام 

از آنجا که CAN یک سیستم چند مستر است، زمانی که چند گره بخواهند به طور همزمان پیام ارسال کنند، آربیتراسیون پیام تضمین می‌کند که پیام با اولویت بالاتر ابتدا ارسال شود.

اولویت توسط شناسه پیام تعیین می‌شود؛ هرچه شماره شناسه کمتر باشد، اولویت بالاتر است.

آربیتراسیون در سطح بیت انجام می‌شود: هر گره پیام خود را بیت به بیت ارسال می‌کند و اگر گره‌ای تشخیص دهد که بیت ارسال شده آن با بیت موجود در باس مطابقت ندارد، آربیتراسیون را می‌بازد و از ارسال پیام عقب می‌ماند. پیام با شناسه کمتر اولویت دارد و اول ارسال می‌شود.

بار شبکه و نرخ بیت 

CANbus با نرخ بیت‌های مختلف (تا 1 Mbps در CAN استاندارد) کار می‌کند. با این حال، طول باس و تعداد گره‌های موجود در شبکه بر روی نرخ بیت قابل دسترسی تأثیر می‌گذارند. به عنوان مثال، با شبکه‌ای بزرگتر یا طولانی‌تر، ممکن است نرخ بیت پایین‌تری (مثلاً 500 kbps یا 125 kbps) برای اطمینان از ارتباطات قابل اعتماد استفاده شود.

شبکه‌های CAN معمولاً به بخش‌هایی تقسیم می‌شوند که برای گسترش باس و مدیریت تعداد بیشتر دستگاه‌ها یا فاصله‌های طولانی‌تر از تکرارکننده‌ها استفاده می‌کنند.

 انواع مختلف CAN 

نسخه‌های مختلف CAN برای کاربردهای مختلف یا بهبود نسخه اصلی استاندارد طراحی شده‌اند.

الف. CAN 2.0 :

نسخه اصلی که می‌تواند در حالت استاندارد (11 بیت شناسه) یا حالت گسترده (29 بیت شناسه) کار کند.

ب. CAN FD (Flexible Data-rate) :

بارگذاری داده‌های گسترده : CAN FD امکان ارسال تا 64 بایت داده را فراهم می‌کند (در مقایسه با 8 بایت در CAN استاندارد).

نرخ داده‌های سریعتر : نرخ داده انعطاف‌پذیر اجازه می‌دهد که بخش داده پیام با سرعت بیشتری ارسال شود، که از نظر توان عملیاتی مفید است.

سازگاری : CAN FD با CAN استاندارد سازگار است، به این معنا که می‌تواند در همان شبکه با دستگاه‌هایی که از CAN 2.0 استفاده می‌کنند، هم‌زیستی داشته باشد.

 CANopen 

یک پروتکل سطح بالاتر که بر روی پروتکل CAN ساخته شده است و عمدتاً در اتوماسیون صنعتی و سیستم‌های جاسازی‌شده استفاده می‌شود. این پروتکل شامل نمایه‌های کاربردی استاندارد برای دستگاه‌های مختلف است.

J1939 

استانداردی برای شبکه‌های وسیله نقلیه سنگین (مانند کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و ماشین‌آلات کشاورزی) که بر پایه CAN است و ویژگی‌های اضافی مانند پروتکل‌های لایه بالا و نمایه‌های دستگاه‌های خاص برای صنعت خودروسازی را شامل می‌شود.

ISO 11898 

این استاندارد بین‌المللی برای ارتباطات CAN است که لایه‌های فیزیکی و الکتریکی شبکه‌های CAN را تعریف می‌کند. ISO 11898 به بخش‌های مختلف تقسیم شده است که جنبه‌هایی مانند سیگنال‌دهی فیزیکی، لایه لینک داده‌ها و آزمایش‌ها را پوشش می‌دهد.

کاربردهای CANbus 

توانایی‌های گسترده CANbus باعث شده است که در بسیاری از کاربردها استفاده شود:

صنعت خودروسازی 

CAN در خودروهای مدرن بخش اصلی الکترونیک خودرویی است. این پروتکل برای ارتباط میان واحدهای مختلف ECU (واحد کنترل موتور)، سیستم‌های ترمز ضدقفل (ABS)، کیسه هوا، سیستم‌های انتقال و دیگر واحدهای کنترل استفاده می‌شود.

 

 اتوماسیون صنعتی 

کنترل ماشین‌ها : CANbus در سیستم‌های اتوماسیون کارخانه‌ای، مانند کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC)، ربات‌ها و تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به انتقال داده‌های زمان واقعی و کنترل دقیق نیاز دارند.

 دستگاه‌های پزشکی 

برخی از دستگاه‌های پزشکی مانند ونتیلاتورها و دستگاه‌های پایش بیمار از CANbus برای ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده می‌کنند به دلیل قابلیت اطمینان و ویژگی‌های زمان واقعی آن.

 دریا و هوافضا 

هواپیمایی : CANbus همچنین در بسیاری از کاربردهای سیستم‌های الکترونیکی در هوافضا، از جمله ارتباطات میان سیستم‌های کنترل و سنسورها در هواپیما استفاده می‌شود.

مزایای CANbus 

استحکام : CAN برای کار در محیط‌های الکتریکی نویزی طراحی شده است و به همین دلیل در خودروها و کاربردهای صنعتی بسیار قابل اعتماد است.

ارتباطات زمان واقعی : اولویت‌بندی پیام‌ها و ویژگی تأخیر کم CAN اطمینان می‌دهد که داده‌ها به سرعت و به موقع منتقل می‌شوند.

مقیاس‌پذیری : شبکه‌های CAN می‌توانند به راحتی با افزودن گره‌های بیشتر گسترش یابند.

مصرف کم انرژی : گره‌های CAN معمولاً مصرف انرژی کمی دارند که برای دستگاه‌های باتری‌دار ضروری است.

محدودیت‌ها 

عرض باند : نرخ انتقال داده‌ها (حداکثر 1 Mbps در CAN استاندارد) ممکن است برای کاربردهای با پهنای باند بالا محدود کننده باشد.

مسافت : حداکثر فاصله ارتباطی معمولاً 40 متر در 1 Mbps است، اما این میزان با استفاده از تکرارکننده‌ها قابل گسترش است.

حجم داده محدود : هرچند CAN FD حجم داده‌ها را تا 64 بایت افزایش می‌دهد، اما این مقدار هنوز هم نسبت به پروتکل‌های ارتباطی دیگر مانند Ethernet محدود است.

 CANbus در مقایسه با پروتکل‌های دیگر :

در مقایسه با پروتکل‌های صنعتی دیگر مانند Modbus ، Ethernet و RS-485 ، CANbus از لحاظ تحمل خطا، ارتباطات زمان واقعی و مدیریت خطا نسبت به بسیاری از آنها برتری دارد، اما در مقابل از لحاظ اندازه بار داده و سرعت محدودتر است.

در اینجا یک جدول مقایسه‌ای برای هدلایت‌های CANbus دار (که معمولاً برای خودروها استفاده می‌شوند) و نمونه‌های مشابه آن (هدلایت‌های معمولی و هدلایت‌های غیر CANbus) آماده کرده‌ام. هدف این جدول مقایسه ویژگی‌ها و مزایای هدلایت‌های CANbus دار با انواع دیگر است تا شما بتوانید تفاوت‌ها و مزایا را بهتر درک کنید.

ویژگی                                 هدلایت CANbus دار                              هدلایت معمولی (غیرCANbus)

کاهش خطای چک Engine	بله، خطای چک موتور را کاهش می‌دهد و از پیام‌های خطا جلوگیری می‌کند.	خیر، ممکن است باعث بروز پیغام خطای چک موتور شود.
پشتیبانی از سیستم برق خودرو	بله، به طور خودکار با سیستم برق خودرو سازگار می‌شود.	خیر، ممکن است در برخی خودروها مشکلاتی در سازگاری به وجود آورد.
نصب آسان	نصب آسان‌تر به دلیل تطبیق بهتر با سیستم CANbus خودرو.	ممکن است نیاز به نصب مجدد یا تغییرات در سیم‌کشی باشد.
مقاومت در برابر نوسانات برق	بله، سیستم CANbus باعث می‌شود که هدلایت‌ها در برابر نوسانات برق مقاوم‌تر باشند.	ممکن است در برابر نوسانات برق آسیب‌پذیرتر باشند.
عمر مفید	معمولاً عمر طولانی‌تر به دلیل مدیریت بهتر برق و پایداری بیشتر.	عمر کوتاه‌تر به دلیل نوسانات و تغییرات برق خودرو.
قیمت	معمولاً گران‌تر به دلیل تکنولوژی پیشرفته CANbus.	قیمت کمتر، زیرا از تکنولوژی ساده‌تری استفاده می‌کند.
سازگاری با خودروهای مختلف	سازگاری بهتر با خودروهای جدید که سیستم CANbus دارند.	ممکن است با خودروهای جدید سازگاری نداشته باشد.
استفاده در خودروهای خاص (برندهای خاص)	مناسب برای خودروهایی با سیستم‌های پیشرفته CANbus مانند خودروهای مدرن و برندهای لوکس.	بیشتر برای خودروهای قدیمی یا با سیستم‌های ساده‌تر.
استفاده در خودروهای برقی و هیبریدی	بله، این هدلایت‌ها برای خودروهای برقی و هیبریدی مناسب هستند.	ممکن است در خودروهای برقی و هیبریدی مشکلاتی ایجاد کند.
سازگاری با سیستم روشنایی خودرو	بله، به راحتی با سیستم‌های روشنایی خودرو سازگار است.	ممکن است نیاز به تغییر در سیستم روشنایی خودرو باشد.

CANbus چیست؟

سیستم CANbus (Controller Area Network bus) یک پروتکل ارتباطی است که برای تبادل اطلاعات بین اجزای مختلف خودرو استفاده می‌شود. هدلایت‌های CANbus دار به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با سیستم‌های مدرن خودرو که از این پروتکل استفاده می‌کنند، هماهنگ شوند و از بروز مشکلاتی مانند روشن نشدن یا پیام‌های خطا جلوگیری کنند.

هدلایت‌های معمولی (غیر CANbus)

این نوع هدلایت‌ها برای خودروهایی که سیستم CANbus ندارند مناسب‌تر هستند. در خودروهای مدرن که سیستم CANbus دارند، هدلایت‌های معمولی ممکن است باعث بروز مشکلاتی مانند روشن نشدن لامپ یا نمایش پیغام خطای چک موتور شوند.