5 interessante Fakten über den CAN Bus

Geposted von Maximilian Batz am

In unserem Shop bieten wir das beliebte PiCan 2 Board, sowie Varianten davon an. 

Der Raspberry Pi wird damit um eine Schnittstelle zum CAN Bus erweitert (oder zwei, wie im Falle des PiCan 2 Duo). 

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Hier sind fünf interessante, und ungewöhnliche Fakten über den CAN Bus:

1) der CAN Bus ist eine deutsche Entwicklung

Das Unternehmen Bosch hat den CAN Bus (steht für Controller Area Network) 1983 angefangen zu entwickeln. Hintergrund war der zunehmende Einsatz der kostengünstigen elektronischen Komponenten verteilt im Auto, und der Wunsch nach einer besseren Zusammenarbeit dieser Komponenten durch Kommunikation untereinander. Vorher war beispielsweise der Schalter für die Scheinwerfer direkt zwischen Scheinwerfer und Batterie angebunden. Jetzt konnte das einschalten der Scheinwerfer auch andere Systeme im Auto informieren, beispielsweise die Armaturentafel, Spiegel, etc.

Der CAN Bus schuf damit eine Art Intranet im Auto. Für Anwendungen im Auto (automotive) besteht grundsätzlich eine höhere Anforderung an Sicherheit, Stabilität, und Unempfindlichkeit der eingesetzten Technologien - die vermutlich nur noch von Anwendungen in der Medizin, Aerospace & Militär übertroffen wird. 

Die Geschichte des CAN Busses ist damit eng mit Autos verwoben.

2) der erste CAN Chip kam von Intel


Mitte 1987 brachte Intel den ersten CAN Controller Chip auf den Markt, den 82526. Intel ist für viele ja eher als Hersteller von den x86 CPUs bekannt, aber ihre Wurzeln und Hauptmarkt liegen eigentlich im Speicher (SRAM, später DRAM) und EPROM. Der Mikroprocessor und andere Produkte waren am Anfang nur ein nettes Zubrot, bevor Intel aufgrund von Preisdruck aus Japan sich zu einem radikalen Strategiewechsel entschloss.
 
 

 

3) CAN in Space: ein neuer Standard-Bus für Satelliten

Wie bereits erwähnt ist der CAN Bus ein sehr zuverlässiger, robuster, störungssicherer Bus. Gleichzeitig erlaubt er Hardware-Designern Kosten zu sparen, da er nur zwei Adern benötigt. ESA (European Space Agency) hat daher Ende 2016 ein zehn-jähriges Programm abgeschlossen, um den CAN Bus auch als neuen Standard im Weltraum zu etablieren. Stichwort: ECSS-E-ST-50-15C

 

Ein wichtiges Ziel ist dabei die Kosten im Satellitenbau zu senken. Der CAN Bus kann dabei voll seine Vorteile ausspielen:

  • sehr robuste Fehler Erkennungs- und Behebungsmechanismen
  • niedrige Kosten
  • niedriger Energieverbrauch
  • Multi-Master fähig
  • Weit verbreitet und validiert in irdischen Anwendungen

ESA schätzt dass das Gewicht eines Satelliten durch den Einsatz von CAN um 10 % - 18 % eingesetzt werden kann, was direkte Auswirkungen auf die Startkosten des Satelliten hat. Ein interessantes Whitepaper von Renesas hat mehr Informationen zu dem Thema.

4) Autos haben mindestens drei unabhängige CAN Bus Systeme

Aufgrund der limitierten Datenrate (1 Mbps für CAN, höher für CAN FD!) und dem hohen Datenaufkommen haben moderne Autos mindestens drei unabhängige CAN Bus Systeme:

 

  • CAN für den Antriebsstrang - high-speed, bis zu 500 kbps, mit fast Echtzeit-Anforderung
  • CAN für Bequemheits-Systeme - low-speed, bis zu 100 kbps, geringe Timing-Anforderungen
  • CAN für Infotainment-Systeme - low-speed, bis zu 100 kbps, mit geringen Timing-Anforderungen

 5) (Un)gewöhnliche Einsatzorte des CAN Bus

Den CAN Bus im Auto kennen die meisten die sich mit dem Thema beschäftigen (auch als Teil der weit verbreiteten OBD-2 Schnittstelle zur On-Board Diagnostik). Ca. 80 % der weltweit verkauften 100 Millionen+ CAN Bus Nodes werden in Autos verbaut. Aber kennen Sie auch schon diese Anwendungen?

Autonome Unterwasser-Fahrzeuge

Diese Fahrzeuge suchen nach Öl, und Bodenschätzen (Deep Sea Mining) warten Kabel und Pipelines. Viele dieser Fahrzeuge waren Spezialfertigungen, sehr schwer und aufwendig zu bedienen. Das Fraunhofer Institut für Optronics, System Technologies and Image Exploitation (IOSB) hat ein nur ca. 700 kg schweres, autonomes Unterwasser-Fahrzeug eingeführt. Schlüssel war auch hier der CAN Bus, mit dem die Verkabelung sehr übersichtlich und gewichtssparend ausgeführt werden konnte. Der Einsatz vom CAN Bus ist zudem zukunftssicher: neue Sensoren können ohne Probleme in das existierende Netzwerk eingebunden werden.

eBikes

Motoren von BionX, Bosch, und anderen Firmen unterstützen die CAN Schnittstelle.

Heuschreckenartige Roboter

Das Karlsruher Forschungszentrum für Informatik hat einen Roboter Lauron IVc entwickelt, der über ein eingebettetes CAN Netzwerk verfügt um die Antriebssteuerungen mit einem Linux-Rechner zu verbinden. 

Der Heuschreckenroboter ist nicht bloße Spielerei: in manchen unwegsamen Geländen lohnen sich sechs Beine, bspw. für Forstmaschinen die gefällte Baumstämme tragen.

Aufzugssysteme

In Aufzügen und Rolltreppen wird oft der CAN Bus eingesetzt. Es gibt eine spezielle Arbeitsgruppe um ein Format auf Basis der CANopen Spezifikation zu standarisieren.

Alle verwendeten Logos und Marken sind Eigentum der jeweiligen Unternehmen, und werden ausschließlich zur Illustration genutzt.

Kuh- Melk-Maschinen und Futtersysteme

Der CAN Bus wird hier zu einer dezentralisierten Steuerung von Melkmaschinen, Futter- und Wiegemaschinen für Kühe eingesetzt.

Als Hardware-Erweiterung für das Spiel EuroTruck Simulator

Auf Hackaday gibt es ein Projekt, um ein physikalisches Instrumentenpanel mit dem Spiel Euro Truck Simulator per CAN Bus anzubinden. 

Medizinische Anwendungen

Der CAN Bus wurde vom TÜV Deutschland und der FDA für den Einsatz in medizinischen Systemen freigegeben (REF).

Der CAN Bus wird eingesetzt in Operations-Sälen für Lichter, Tische, Endoskop-Lichter und Kameras, Blut-Dialyse Geräten, Krankenbetten, und vielem mehr.

Bieranalyse-Geräte

Beispielsweise enthält das abgebildete System um die Alkoholmenge im Bier zu ermitteln auch den CAN Bus als Schnittstelle.

Subnetzwerk in Netzwerk-Systemen

Überraschenderweise ist einer der häufigsten Einsatzzwecke außerhalb des Autos / Automotive Bereichs in Routern (500.000 - 1 Million installierte Einheiten pro Jahr). Cisco und andere Hersteller nutzen hier den CAN Bus für die Initialisierung und Hot-Swapping Fähigkeiten der Systeme.

Kaffeemaschinen

High-End Kaffeemaschinen mit verbautem CAN Bus.

Und viele mehr ... 

Einige weitere Beispiele kann man hier sehen: https://www.canopen.us/applications

Der CAN Bus berührt unser Leben überall, und leistet zuverlässige Dienste.

Bonus:

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Credits

Bosch-Bild: Kasper Rasmussen, Intel-inside Logo: Intel, Auto: Taneli Lahtinen, Raketenbild: Bill Jelen

Autonomes Unterwasserfahrzeug Bild: https://phys.org/news/2016-02-mass-produced-underwater-vehicles.html (fair use)

Heuschrecken-Roboter Bild: https://www.computer-automation.de/feldebene/mechanik/artikel/86321/ (fair use)

Kuh-Melkmaschine Bild: https://www.can-cia.org/fileadmin/resources/documents/proceedings/2017_schlegel.pdf (fair use)

Bier-Analyse-System: https://www.anton-paar.com/corp-en/products/details/alcolyzer-beer-analyzing-system/ (fair use)

WMF Kaffeemaschine: https://www.canopen.us/applications (fair use)

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