Univerzális mérőműszer tervezése és illesztése CAN-busz rendszerekhez

Abstract

Szakdolgozatunk témája egy olyan mérőműszer tervezése, elkészítése és tesztelése, melynek fő feladata, hogy szervízmérnökök munkáját segítse CAN-busz diagnosztikai feladatok elvégzésében. A különböző CAN-busz rendszerek sokfélesége miatt, műszerünknek a következő kritériumok mindegyikét ki kell elégítenie: • A busz csatlakozó pin kiosztása állítható az eszközön belül. • A műszer képes helyettesíteni a busz termináló ellenállását. • A műszer lehetőséget kínál a kommunikációs vonalak közti ellenálás kimérésére, valamint a tápfeszültség és palyzs ellenőrzésére. • A műszer képes alkalmazkodni a busz sebességéhez, továbbá képes az üzenet dekódolására. • A műszer képes különbséget tenni a buszra csatlakoztatott modulok között, megjelenítve azok üzeneteit. • A műszer működőképes marad akkor is ha a busz nem biztosít tápellátást. A csatlakozó pinek újrakombinációját analóg demultiplexerek segítségével oldjuk meg. A demultiplexerek állításának feladatát shift-regiszterek látják el, melyek a kívánt kombinációt egy mikrokontroller álltal sorosan kikommunikált szám-pár alapján hozzák létre. A termináló ellenállást helyettesítő kapcsolás manuálisan állítható egy slide-switch-en keresztül. Ez a funkció lehetőséget kínál a busz stabil működésére a termináló egység meghibásodása esetén is. Ugyanezen a ponton a busz tápfeszültsége is leválasztható az eszközről. A buszon futó vezetékek ellenőrzésére egy multiméter-kompatibilis kivezetést biztosítunk mely a CAN hi és lo vonalak mérése mellett a tápfeszültség kimérésére és a palyzs interferencia tesztelésére is alkalmas. A buszon érkező üzenetek értelmezése függ a bit-rátától, valamint a bitek kódolási módszerétől. Ezek a paraméterek a mikorkontroller lokális webszerver felületén állíthatóak így a dekódolás folyamata a felhasználó álltal hangolható. Ugyanezen a felületen állíthat be a felhasználó indikátor jelzőket melyek alapján a mikrokontroller részekre képes bontatni a beérkező üzenetet, különbséget téve az egyes modulok címe között, egy adatbázisba rendezve azokat. A tápellátás biztosítása külső akkumulátorról történik, azonban a hi és lo vonalak értelmezéséhez szükséges a busz nulla referencia feszültsége. Ebből kifolyólag a tápellátás közös föld kapcsolása mellett egy választó tranzisztort helyezünk az akkumulátor 5V-ra szabályzott pozitív és a buszról érkező pozitív közé, ezzel elkerülve a kétoldalról táplálást. Ebben a konfigurációban a busz képes az akkumulátor visszatöltésére, azonban tölthető akkumulátor használatával ez előnyünkre szolgál. Eszközünk áramkörének tervezése három fő részre osztható. Első a kapcsolási tervezet, mely magában foglalja a az eszköz áramköri rajzát és az egyes komponensek, szűrők és tranzisztorok megfelelő értékeinek számítását, szimulációját. Ezt követően az áramkörben elhelyezett komponensek válogatása történik. Komponens válogatás közben fő faktor a tervezett paramétereknek való megfelelés és az elérhetőség. A válogatással bezárólag minden információ rendelkezésünkre áll ahhoz hogy megtervezzük az alaplapot. Az alaplap tervezése során különös figyelmet szentelünk a CAN hi és lo vezetékek párosítására, ezzel csökkentve az adatfolyamban fellépő különbözeti interferenciát. Az áramkör elkészítése és tesztelése után hozzálátunk a szoftverfejlesztéshez. Mikrokontrollerünk beépített wifi modulja lehetővé teszi a felhasználó számára hogy egy lokális webszerveren keresztül hozzáférjen az eszközhöz. A szerver megjelenését és funkcionalitását HTML és Java Script segítségével írjuk, míg az operációs rendszer C alapú. A szoftver felépítése al-struktúrákra bontható. Az indítás pillanatában mikrokontrollerünk végighalad egy startup listán, biztosítva hogy használat előtt minden paraméter megfelel az előírt kritériumoknak. A startup szekvencia befejeztével mikrokontrollerünk várakozik a felhasználó utasításaira azonos időközönként ellenőrizve a busz vonalainak feszültségét. Túl nagy feszültség esetében a műszer leválasztásra kerül a buszról. Utolsó lépésként additív manufaktúrálási módszerekkel elkészíthető tokozást tervezünk a műszernek, mely bizonyos fokig védelmet nyújt a környezeti hatások ellen.