In dieser Seminararbeit wird nach einer Einführung in die Automatisierungstechnik mit der Erklärung des Begriffes Feldbereich auf den durch die Firma Bosch entwickelten CAN Bus eingegangen. Um einen Überblick in die Thematik zu bekommen werden die wichtigsten Feldbusse kurz angeschnitten.
Die Grundlage der Kommunikation ist das OSI Schichtenmodell, dies wird im Bereich der für Feldbusse wichtigen Kommunikationsebenen beschrieben ebenso wird auch auf die einzelnen Schichten selbst eingegangen. Über die Verbindung der Aktoren u. Sensoren, sprich das Netzwerk, wird eine Übersicht über die Topologie und Netzstrukturen gegeben. Auf Nachrichtenaustausch, Multimasterfähigkeit, priorisierte Übertragungen wird im Detail eingegangen.
Mit der Information über verschiedene Leitungsmedien, den Busabschluss und Treibern erfolgt ein weiterer Schritt zum Verständnis über ein CAN Bussystem. Im Zusammenhang mit der Übertragung im CAN-Bus werden Busübertragungszeiten und Synchronisationen durchleuchtet.
Als letztes Kapitel werden die Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen genau untersucht, auf die einzelnen Felder wie z.B. Datenfeld, Steuerfeld usw. eingegangen. Im Implementierungssatz befindet sich der innovative Gedanke für die Methodik zur Realisierung eines CAN Bus Systems in einem Fahrzeug.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einführung
- 1.1. Ausgewählte Feldbusse im Überblick
- 1.1.1. IEC-Feldbus
- 1.1.2. Profi-Bus
- 1.1.3. FIP-Bus
- 1.1.4. P-Net-Bus
- 1.2. Übersicht der Kommunikation
- 1.2.1. Das Referenzmodell der Datenkommunikation
- 1.3. Aktor-Sensorebene
- 1.4. Kontrollfragen zu Kapitel 1
- 2. Grundlagen Netztopologie
- 2.1. Stern Topologie
- 2.2. Bus Topologie
- 3. Nachrichtenaustausch Producer-Consumer Prinzip
- 3.1. Multimasterfähige, ereignisorientierte Nachrichtenübertragung
- 3.2. Verlustlose, bitweise Busarbitrierung
- 3.3. Prioritätsorientierte Nachrichtenübertragung
- 3.3.1. Bitrate und Buslänge
- 3.4. Einfache Realisierung von lokalen Netzen
- 3.5. Kontrollfragen zu Kapitel 2 und 3
- 3.6. Busstation
- 3.7. CAN-Controller/Microcontroller
- 3.8. Can-Bus-Treiber
- 3.9. Busleitung
- 3.10. Busabschluss
- 4. Übertragung im CAN-Bus
- 4.1. Busübertragungszeiten
- 4.2. Zeitliche Synchronisation der Netzknoten
- 4.3. Kontrollfragen zu den Kapiteln 4 bis 5.3
- 4.4. Telegrammtypen
- 4.4.1. Datenrahmen und Anforderungsrahmen
- 4.4.2. Fehler- und Overloadrahmen
- 4.5. Rahmenformate
- 5. Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen
- 5.1. Start of Frame/End of Frame
- 5.2. Arbitration Field (Arbitrierungsfeld, Vorrangfeld)
- 5.2.1. Festlegung der Prioritäten
- 5.2.2. Inhaltskennzeichnung
- 5.3. Felder zur eigentlichen Datenübertragung
- 5.3.1. Datenfeld
- 5.3.2. Steuerfeld (Control Field)
- 5.4. Felder zur Übertragungssicherung
- 5.4.1. CRC-Feld
- 5.4.2. ACK-Feld
- 5.5. Kontrollfragen zu diesem Kapitel 5.4 und 6
- 6. Implementierungsansatz
- 6.1. Kritische Fragen bei der Implementierung eines CAN-Bussystems
- 6.2. Methodik zur Nachrichtenfindung und Priorisierung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Seminararbeit befasst sich mit dem CAN-Bus, einem wichtigen Feldbuskonzept in der Automatisierungstechnik. Ziel ist es, ein umfassendes Verständnis des CAN-Bus Systems zu vermitteln, von den Grundlagen der Feldbustechnologie bis hin zur Implementierung in einem Fahrzeug.
- Grundlagen der Feldbustechnologie und des OSI-Schichtenmodells
- Netzwerktopologie und -strukturen im CAN-Bus
- Nachrichtenaustausch, Multimasterfähigkeit und Prioritäten im CAN-Bus
- Übertragung im CAN-Bus: Busübertragungszeiten und Synchronisation
- Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einführung: Dieses Kapitel führt in die moderne Automatisierungstechnik und den Begriff des Feldbereichs ein. Es erläutert die Vorteile serieller Bussysteme gegenüber konventionellen Verbindungstechniken und hebt das Einsparpotential feldbusbasierter Lösungen hervor. Der CAN-Bus als dominierendes Feldbuskonzept wird vorgestellt und seine Bedeutung für verschiedene Anwendungsbereiche, wie die fahrzeuginterne Elektronik und industrielle Anwendungen, wird hervorgehoben. Die wachsende Bedeutung von Feldbussen in der Gebäudeautomatisierung wird ebenfalls angesprochen.
2. Grundlagen Netztopologie: Dieses Kapitel beschreibt die grundlegenden Netzwerktopologien, die im Zusammenhang mit dem CAN-Bus verwendet werden, nämlich die Stern- und die Bustopologie. Es wird auf die jeweiligen Vor- und Nachteile eingegangen und wie diese Topologien die Kommunikation im Netzwerk beeinflussen. Die Grundlage für das Verständnis der späteren Kapitel über Nachrichtenaustausch und Datenübertragung wird hier gelegt.
3. Nachrichtenaustausch Producer-Consumer Prinzip: Dieses Kapitel behandelt den Nachrichtenaustausch im CAN-Bus, insbesondere das Multimaster-Prinzip, die verlustlose, bitweise Busarbitrierung und die prioritätsorientierte Nachrichtenübertragung. Es erklärt detailliert, wie der Nachrichtenaustausch zwischen verschiedenen Knoten im Netzwerk funktioniert und wie Prioritäten gesetzt und verwaltet werden. Die verschiedenen Komponenten wie Busstationen, CAN-Controller und Treiber werden ebenfalls erläutert. Die Konzepte der Bitrate und Buslänge werden im Kontext der Nachrichtenübertragung diskutiert.
4. Übertragung im CAN-Bus: Dieses Kapitel befasst sich mit der Übertragung von Daten im CAN-Bus. Es analysiert die Busübertragungszeiten und die zeitliche Synchronisation der Netzknoten. Es werden verschiedene Telegrammtypen wie Datenrahmen, Anforderungsrahmen, Fehler- und Overloadrahmen besprochen und deren jeweilige Funktionen und Bedeutung für die zuverlässige Datenübertragung im Netzwerk erklärt. Das Kapitel bildet eine Brücke zwischen den grundlegenden Netzwerkprinzipien und den Details des Datenrahmens.
5. Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen: Dieses Kapitel analysiert die einzelnen Elemente des Datenrahmens im Detail, einschließlich Start- und End-of-Frame, Arbitrierungsfeld, Datenfeld, Steuerfeld, CRC-Feld und ACK-Feld. Jede Komponente wird detailliert beschrieben, und ihre Funktion und Bedeutung für die zuverlässige Datenübertragung wird hervorgehoben. Die Festlegung der Prioritäten im Arbitrierungsfeld wird genau erklärt. Dieses Kapitel bietet ein tiefes Verständnis für die Struktur und Funktionsweise der Datenpakete im CAN-Bus.
6. Implementierungsansatz: Dieses Kapitel beleuchtet kritische Aspekte bei der Implementierung eines CAN-Bussystems und beschreibt eine Methodik zur Nachrichtenfindung und Priorisierung. Es behandelt die Herausforderungen und wichtigen Überlegungen bei der praktischen Umsetzung eines CAN-Bus-Netzwerks. Die Methodik zur Nachrichtenfindung und Priorisierung liefert ein wichtiges Werkzeug für die effiziente und robuste Implementierung.
Schlüsselwörter
CAN-Bus, Feldbus, Automatisierungstechnik, OSI-Schichtenmodell, Netztopologie, Nachrichtenaustausch, Multimasterfähigkeit, Prioritäten, Datenrahmen, Busübertragung, Implementierung, Fahrzeugtechnik.
Häufig gestellte Fragen zum Dokument "Komprehensiver Überblick über den CAN-Bus"
Was ist der Inhalt dieses Dokuments?
Dieses Dokument bietet einen umfassenden Überblick über das CAN-Bus-System, einen wichtigen Feldbus in der Automatisierungstechnik. Es beinhaltet ein Inhaltsverzeichnis, die Zielsetzung und Themenschwerpunkte, Zusammenfassungen der einzelnen Kapitel und Schlüsselwörter. Der Fokus liegt auf dem Verständnis der Funktionsweise des CAN-Bus, von den Grundlagen der Feldbustechnologie bis hin zur Implementierung.
Welche Themen werden im Dokument behandelt?
Das Dokument behandelt folgende Themen: Grundlagen der Feldbustechnologie und des OSI-Schichtenmodells, Netzwerktopologien (Stern und Bus), Nachrichtenaustausch (Multimasterfähigkeit, Prioritäten, Producer-Consumer Prinzip), Übertragung im CAN-Bus (Busübertragungszeiten, Synchronisation), Elemente des Datenrahmens (Start-of-Frame, Arbitrierungsfeld, Datenfeld, Steuerfeld, CRC-Feld, ACK-Feld) und Implementierungsansätze (kritische Fragen, Methodik zur Nachrichtenfindung und Priorisierung).
Welche Kapitel sind enthalten und worum geht es in ihnen?
Das Dokument ist in sechs Kapitel gegliedert: Kapitel 1 (Einführung in die Feldbustechnologie und den CAN-Bus), Kapitel 2 (Grundlagen der Netztopologie), Kapitel 3 (Nachrichtenaustausch und das Producer-Consumer Prinzip), Kapitel 4 (Übertragung im CAN-Bus), Kapitel 5 (Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen) und Kapitel 6 (Implementierungsansatz).
Was sind die Zielsetzung und die Themenschwerpunkte des Dokuments?
Die Zielsetzung ist es, ein umfassendes Verständnis des CAN-Bus-Systems zu vermitteln. Die Themenschwerpunkte liegen auf den Grundlagen der Feldbustechnologie, Netzwerktopologie und -strukturen, Nachrichtenaustausch mit Multimasterfähigkeit und Prioritäten, Datenübertragung im CAN-Bus inklusive Synchronisation, den Elementen des Datenrahmens und deren Funktionen sowie Implementierungsaspekten.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt des Dokuments?
Schlüsselwörter sind: CAN-Bus, Feldbus, Automatisierungstechnik, OSI-Schichtenmodell, Netztopologie, Nachrichtenaustausch, Multimasterfähigkeit, Prioritäten, Datenrahmen, Busübertragung, Implementierung und Fahrzeugtechnik.
Für wen ist dieses Dokument gedacht?
Dieses Dokument richtet sich an Personen, die ein umfassendes Verständnis des CAN-Bus-Systems erlangen möchten, beispielsweise Studenten der Automatisierungstechnik, Ingenieure oder alle, die sich mit der Implementierung und dem Verständnis von Feldbussen beschäftigen.
Wo finde ich detaillierte Informationen zu den einzelnen Elementen des Datenrahmens?
Kapitel 5 des Dokuments ("Elemente des Datenrahmens und deren Funktionen") analysiert detailliert die einzelnen Elemente des Datenrahmens, einschließlich Start- und End-of-Frame, Arbitrierungsfeld, Datenfeld, Steuerfeld, CRC-Feld und ACK-Feld, und erklärt deren jeweilige Funktion und Bedeutung für die zuverlässige Datenübertragung.
Welche Herausforderungen werden bei der Implementierung eines CAN-Bussystems angesprochen?
Kapitel 6 ("Implementierungsansatz") beleuchtet kritische Aspekte bei der Implementierung, wie die Nachrichtenfindung und Priorisierung und gibt Hinweise zu wichtigen Überlegungen bei der praktischen Umsetzung eines CAN-Bus-Netzwerks.
Wie funktioniert der Nachrichtenaustausch im CAN-Bus?
Kapitel 3 ("Nachrichtenaustausch Producer-Consumer Prinzip") erklärt den Nachrichtenaustausch im CAN-Bus, inklusive des Multimaster-Prinzips, der verlustlosen, bitweisen Busarbitrierung und der prioritätsorientierten Nachrichtenübertragung. Es beschreibt, wie der Austausch zwischen verschiedenen Knoten funktioniert und wie Prioritäten gesetzt und verwaltet werden.
Welche Netzwerktopologien werden im Zusammenhang mit dem CAN-Bus behandelt?
Kapitel 2 ("Grundlagen Netztopologie") beschreibt die Stern- und die Bustopologie und deren Vor- und Nachteile im Kontext des CAN-Bus.
- Arbeit zitieren
- Wolfgang Kopp (Autor:in), 2005, CAN-BUS und Automatisierungstechnik, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/45195
