आप अपनी कार में सवार हो गए, स्टार्ट बटन दबा दिया, और कुछ ही समय में इंजन में जान आ गई, लेकिन आपकी कार ने कैसे तय किया कि इसे शुरू करना चाहिए या नहीं?
खैर, कार को चालू करने के लिए, कई एंटेना और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाइयों ने कुंजी फ़ॉब के साथ संचार किया। कंट्रोलर एरिया नेटवर्क (CAN) प्रोटोकॉल आपके मुख्य फ़ॉब, एंटेना और ECU के बीच संचार सुनिश्चित करता है जो आपकी कार के अंदर उचित रूप से होता है।
तो कैन प्रोटोकॉल क्या है, और यह आपके वाहन के सिस्टम पर उपकरणों को एक साथ काम करने में कैसे मदद करता है? खैर, आइए जानें।
CAN प्रोटोकॉल क्या है, और इसकी आवश्यकता क्यों है?
पुराने जमाने में कारों में बहुत सारे इलेक्ट्रॉनिक्स नहीं होते थे। वास्तव में, यदि आप 1900 की शुरुआत में अपना वाहन शुरू करना चाहते थे, तो आपको अपने वाहन से बाहर निकलना होगा और इंजन को हाथ से क्रैंक करना होगा।
आज की कारों में, इसके विपरीत, कई इलेक्ट्रॉनिक सेंसर होते हैं, और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण केबिन के तापमान से लेकर क्रैंकशाफ्ट के क्रांतियों तक सब कुछ मॉनिटर करते हैं।
उस ने कहा, इन सेंसर से प्राप्त डेटा का कोई मूल्य नहीं है जब तक कि इसे संसाधित नहीं किया जाता है। यह डेटा प्रोसेसिंग इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल यूनिट (ईसीयू) के रूप में जाने वाले कंप्यूटिंग उपकरणों द्वारा किया जाता है।
एक एकल सीपीयू वाले कंप्यूटर के विपरीत, एक कार में कई ईसीयू होते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशेष कार्य करने के लिए जिम्मेदार होता है। हालांकि ये ईसीयू किसी एक कार्य को कुशलता से कर सकते हैं, फिर भी उन्हें इस तरह की सुविधाओं को सुनिश्चित करने के लिए एक साथ काम करना चाहिए पेट तथा ESC ठीक से काम करो।
इसके कारण, कार के सभी ईसीयू को कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है। इन कनेक्शनों को बनाने के लिए एक पॉइंट-टू-पॉइंट टोपोलॉजी का उपयोग किया जा सकता है, जहां प्रत्येक ईसीयू सीधे हर दूसरे ईसीयू से जुड़ा होता है। हालाँकि, यह वास्तुकला प्रणाली को जटिल बना देगी। वास्तव में, एक आधुनिक वाहन में 70 से अधिक ईसीयू होते हैं, और उन्हें एक-से-एक फैशन में जोड़ने से तारों का वजन तेजी से बढ़ जाएगा।
इस समस्या को हल करने के लिए, बॉश ने मर्सिडीज-बेंज और इंटेल के साथ मिलकर 1986 में कंट्रोलर एरिया नेटवर्क प्रोटोकॉल बनाया। इस प्रोटोकॉल ने ईसीयू को एक साझा डेटा बस का उपयोग करके एक दूसरे के साथ संवाद करने में सक्षम बनाया जिसे कैन बस के रूप में जाना जाता है।
कैसे काम कर सकता है?
CAN प्रोटोकॉल एक संदेश-आधारित संचार पद्धति है जो डेटा ट्रांसमिशन के लिए ट्विस्टेड पेयर केबल्स के एक सेट पर निर्भर करती है। इन तारों को CAN हाई और CAN लो के नाम से जाना जाता है।
इन तारों पर डेटा ट्रांसमिशन को सक्षम करने के लिए, उनके वोल्टेज स्तर को बदल दिया जाता है। वोल्टेज स्तरों में इन परिवर्तनों का तर्क स्तरों में अनुवाद किया जाता है जिससे कार पर ईसीयू एक दूसरे के साथ संवाद करने में सक्षम होते हैं।
CAN बस में लॉजिक वन ट्रांसमिट करने के लिए दोनों लाइनों का वोल्टेज 2.5 वोल्ट पर सेट किया गया है। इस राज्य को पुनरावर्ती राज्य के रूप में भी जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि CAN बस किसी भी ECU द्वारा उपयोग के लिए उपलब्ध है।
इसके विपरीत, CAN बस में तर्क 0 प्रसारित होता है जब CAN हाई लाइन 3.5 वोल्ट के वोल्टेज पर होती है और CAN लो लाइन 1.5 वोल्ट पर होती है। बस के इस राज्य को प्रमुख राज्य के रूप में भी जाना जाता है, जो सिस्टम में प्रत्येक ईसीयू को बताता है कि एक और ईसीयू संचारण कर रहा है, इसलिए उन्हें अपना संदेश प्रसारित करना प्रारंभ करने से पहले प्रसारण समाप्त होने तक प्रतीक्षा करनी चाहिए।
इन वोल्टेज परिवर्तनों को सक्षम करने के लिए, कार के ईसीयू CAN बस से एक CAN ट्रांसीवर और एक CAN नियंत्रक के माध्यम से जुड़े होते हैं। ट्रांसीवर कैन बस में वोल्टेज के स्तर को उन स्तरों में बदलने के लिए जिम्मेदार है जिसे ईसीयू समझ सकता है। दूसरी ओर, नियंत्रक का उपयोग प्राप्त डेटा को प्रबंधित करने और प्रोटोकॉल की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है।
कैन बस से जुड़े ये सभी ईसीयू मुड़ केबल पर डेटा संचारित कर सकते हैं, लेकिन एक पकड़ है, केवल उच्चतम प्राथमिकता वाले संदेश को कैन बस में प्रेषित किया जा सकता है। यह समझने के लिए कि ईसीयू कैन बस में डेटा कैसे प्रसारित करता है, हमें कैन प्रोटोकॉल की संदेश संरचना को समझने की जरूरत है।
CAN प्रोटोकॉल की संदेश संरचना को समझना
जब भी दो ईसीयू संवाद करना चाहते हैं, तो नीचे दी गई संरचना वाले संदेश कैन बस में प्रेषित किए जाते हैं।
इन संदेशों को CAN बस में वोल्टेज के स्तर को बदलकर स्थानांतरित किया जाता है, और CAN तारों की मुड़ जोड़ी डिजाइन संचरण के दौरान डेटा भ्रष्टाचार को रोकता है।
- एसओएफ: फ़्रेम के प्रारंभ के लिए लघु, SOF बिट एकल प्रमुख बिट डेटा फ़्रेम है। यह बिट एक नोड द्वारा प्रेषित होता है जब वह CAN बस में डेटा भेजना चाहता है।
- पहचानकर्ता: CAN प्रोटोकॉल पर पहचानकर्ता 11 बिट या 29 बिट आकार का हो सकता है। पहचानकर्ता का आकार उपयोग किए जा रहे CAN प्रोटोकॉल के संस्करण पर आधारित होता है। यदि CAN के विस्तारित संस्करण का उपयोग किया जाता है, तो पहचानकर्ता का आकार 29 बिट्स होता है, और अन्य मामलों में, पहचानकर्ता का आकार 11 बिट्स होता है। पहचानकर्ता का मुख्य लक्ष्य संदेश की प्राथमिकता की पहचान करना है।
- आरटीआर: रिमोट ट्रांसमिशन अनुरोध या आरटीआर का उपयोग नोड द्वारा किया जाता है जब डेटा को दूसरे नोड से अनुरोध करने की आवश्यकता होती है। ऐसा करने के लिए, नोड जो डेटा चाहता है, आरटीआर फ्रेम में एक पुनरावर्ती बिट के साथ इच्छित नोड को एक संदेश भेजता है।
- डीएलसी: डेटा लंबाई कोड डेटा फ़ील्ड में प्रसारित किए जा रहे डेटा के आकार को परिभाषित करता है।
- जानकारी स्थान: इस फ़ील्ड में डेटा पेलोड है। इस पेलोड का आकार 8 बाइट्स है, लेकिन CAN FD जैसे नए प्रोटोकॉल इस पेलोड के आकार को 64 बाइट्स तक बढ़ा सकते हैं।
- सीआरसी: चक्रीय अतिरेक जाँच के लिए संक्षिप्त, CRC फ़ील्ड एक त्रुटि जाँच फ़्रेम है। वही आकार में 15 बिट है और रिसीवर और ट्रांसमीटर दोनों द्वारा गणना की जाती है। ट्रांसमिटिंग नोड ट्रांसमिट होने पर डेटा के लिए एक CRC बनाता है। डेटा प्राप्त करने पर, रिसीवर प्राप्त डेटा के लिए सीआरसी की गणना करता है। यदि दोनों सीआरसी मेल खाते हैं, तो डेटा की अखंडता की पुष्टि की जाती है। यदि नहीं, तो डेटा में त्रुटियां हैं।
- पावती क्षेत्र: एक बार जब डेटा प्राप्त हो जाता है और त्रुटियों से मुक्त हो जाता है, तो प्राप्त करने वाला नोड एक प्रमुख बिट को पावती फ्रेम में फीड करता है और इसे ट्रांसमीटर को वापस भेजता है। यह ट्रांसमीटर को बताता है कि डेटा प्राप्त हो गया है और त्रुटियों से मुक्त है।
- फ़्रेम का अंत: एक बार डेटा ट्रांसमिशन पूरा हो जाने के बाद, लगातार सात रिसेसिव बिट्स ट्रांसमिट किए जाते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि सभी नोड्स जानते हैं कि एक नोड ने डेटा ट्रांसमिशन पूरा कर लिया है, और वे बस में डेटा संचारित कर सकते हैं।
उपरोक्त बिट्स के अलावा, CAN प्रोटोकॉल में कुछ बिट्स भविष्य के उपयोग के लिए आरक्षित हैं।
एक उदाहरण के माध्यम से CAN को सरल बनाना
अब जब हमें इस बात की बुनियादी समझ है कि कैन बस में संदेश कैसा दिखता है, तो हम समझ सकते हैं कि विभिन्न ईसीयू के बीच डेटा कैसे प्रसारित होता है।
सरलता के लिए, मान लें कि हमारी कार में 3 ईसीयू हैं: नोड 1, नोड 2 और नोड 3। 3 ईसीयू में से, नोड 1 और नोड 2 नोड 3 के साथ संचार करना चाहते हैं।
आइए देखें कि CAN प्रोटोकॉल ऐसे परिदृश्य में संचार सुनिश्चित करने में कैसे मदद करता है।
- बस की स्थिति का पता लगाना: कार के सभी ECU CAN बस से जुड़े होते हैं। हमारे उदाहरण के मामले में, नोड 1 और नोड 2 दूसरे ईसीयू को डेटा भेजना चाहते हैं; ऐसा करने से पहले, दोनों ECU को CAN बस की स्थिति की जाँच करनी होगी। यदि बस एक प्रमुख स्थिति में है, तो ईसीयू डेटा संचारित नहीं कर सकता क्योंकि बस उपयोग में है। दूसरी ओर, यदि बस पीछे हटने की स्थिति में है, तो ईसीयू डेटा संचारित कर सकता है।
- फ़्रेम की शुरुआत भेजना: यदि CAN बस में अंतर वोल्टेज शून्य है, तो Node 1 और Node 2 दोनों बस की स्थिति को प्रमुख में बदल देते हैं। ऐसा करने के लिए, CAN हाई का वोल्टेज 3.5 वोल्ट तक बढ़ा दिया जाता है, और CAN लो का वोल्टेज 1.5 वोल्ट तक घटा दिया जाता है।
- यह तय करना कि कौन सा नोड बस तक पहुंच सकता है: एक बार SOF भेजे जाने के बाद, दोनों नोड CAN बस तक पहुँचने के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं। CAN बस कैरियर सेंस मल्टीपल एक्सेस / कोलिजन डिटेक्शन (CSMA / CD) प्रोटोकॉल का उपयोग करके तय करती है कि कौन सा नोड एक्सेस प्राप्त करता है। यह प्रोटोकॉल दोनों नोड्स द्वारा प्रेषित पहचानकर्ताओं की तुलना करता है और उच्च प्राथमिकता वाले तक पहुंच प्रदान करता है।
- डेटा भेजा जा रहा है: एक बार जब नोड के पास बस तक पहुंच हो जाती है, तो डेटा फ़ील्ड, सीआरसी के साथ, रिसीवर को भेज दिया जाता है।
- संचार की जाँच करना और समाप्त करना: डेटा प्राप्त होने पर, नोड 3 प्राप्त डेटा के सीआरसी की जांच करता है। यदि कोई त्रुटि नहीं है, तो नोड 3 संचार को समाप्त करने के लिए ईओएफ के साथ पावती फ्रेम पर एक प्रमुख बिट के साथ संचारण नोड को एक संदेश भेज सकता है।
विभिन्न प्रकार के CAN
यद्यपि CAN प्रोटोकॉल द्वारा उपयोग की जाने वाली संदेश संरचना समान रहती है, डेटा ट्रांसमिशन की गति और डेटा बिट्स के आकार को डेटा के उच्च बैंडविड्थ को स्थानांतरित करने के लिए बदल दिया जाता है।
इन अंतरों के कारण, CAN प्रोटोकॉल के अलग-अलग संस्करण हैं, और उसी का एक सिंहावलोकन नीचे दिया गया है:
- उच्च गति कर सकते हैं: CAN तारों पर डेटा क्रमिक रूप से प्रसारित किया जाता है, और यह संचरण विभिन्न दरों पर किया जा सकता है। हाई-स्पीड CAN के लिए यह स्पीड 1 एमबीपीएस है। इस उच्च डेटा ट्रांसमिशन गति के कारण, ईसीयू के लिए उच्च गति वाले कैन का उपयोग किया जाता है, जो पावरट्रेन और सुरक्षा प्रणालियों को नियंत्रित करते हैं।
- कम गति कर सकते हैं: लो-स्पीड CAN के मामले में, जिस दर पर डेटा ट्रांसमिट किया जाता है, उसे घटाकर 125 kbps कर दिया जाता है। चूंकि कम गति कम डेटा दरों की पेशकश कर सकती है, इसका उपयोग ईसीयू को जोड़ने के लिए किया जाता है जो यात्री के आराम का प्रबंधन करते हैं, जैसे एयर कंडीशनिंग या इंफोटेनमेंट सिस्टम।
- एफडी कर सकते हैं: CAN लचीली डेटा दर के लिए संक्षिप्त, CAN FD, CAN प्रोटोकॉल का नवीनतम संस्करण है। यह डेटा फ्रेम के आकार को 64 बाइट्स तक बढ़ाता है और ईसीयू को 1 एमबीपीएस से 8 एमबीपीएस तक की गति से डेटा संचारित करने की अनुमति देता है। इस डेटा ट्रांसमिशन गति को सिस्टम आवश्यकताओं के आधार पर वास्तविक समय में ईसीयू द्वारा प्रबंधित किया जा सकता है, जिससे डेटा को उच्च गति पर स्थानांतरित किया जा सकता है।
ऑटोमोटिव कम्युनिकेशन का भविष्य क्या है?
कैन प्रोटोकॉल कई ईसीयू को एक दूसरे के साथ संवाद करने की अनुमति देता है। यह संचार इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण और उन्नत ड्राइवर सहायता प्रणाली जैसे ब्लाइंड स्पॉट डिटेक्शन और अनुकूली क्रूज नियंत्रण जैसी सुरक्षा सुविधाओं को सक्षम बनाता है।
उस ने कहा, स्वायत्त ड्राइविंग जैसी उन्नत सुविधाओं के आगमन के साथ, कैन बस द्वारा प्रेषित किए जा रहे डेटा की मात्रा तेजी से बढ़ रही है। इन सुविधाओं को सक्षम करने के लिए, CAN प्रोटोकॉल के नए संस्करण, जैसे CAN FD, बाजार में प्रवेश कर रहे हैं।
