Meten aan CAN-bus

Onderwerpen:

  • Algemeen
  • Meten met de multimeter
  • Meten met de oscilloscoop

Algemeen:
Bij het vermoeden dat er sprake is van een storing in de CAN-bus, kan er een diagnose worden gesteld door o.a. de spanningsniveaus op de draden te meten. De inhoud van het CAN-bus bericht is in eerste instantie nog niet belangrijk. We kunnen met zowel de multimeter als de oscilloscoop metingen op de CAN-busdraden verrichten. Aan de metingen met de multimeter zit wel een beperking; bij het meten van de voltages wordt slechts een gemiddelde waarde aangegeven. De multimeter volstaat bij het meten van een onderbreking of kortsluiting. Voor het meten van de spanningsniveaus is de oscilloscoop benodigd.

Hoe een CAN-bus systeem werkt en hoe de opbouw van de berichten tot stand komt, wordt uitgelegd op de pagina CAN-bus.
Deze pagina richt zich op het meten van de CAN-bus met de digitale multimeter en de oscilloscoop.

Meten met de multimeter:
De digitale multimeter kan worden gebruikt om eenvoudig spanningen of de ohmse weerstand te meten. In deze paragraaf worden beide metingen met mogelijke meetresultaten beschreven.

1. Spanningsniveaus meten:
De multimeter dient juist ingesteld te worden op DC (gelijkspanning) en op een meetbereik van 20V. Op het CAN-netwerk kunnen zich verschillende situaties op doen waar rekening mee gehouden moet worden met het meten.

  • Recessief wanneer er geen berichten worden gestuurd:
  • Afwisselend dominant en recessief wanneer er continu berichten verstuurd worden
  • Het lastige met deze meting is dat de CAN-bus nooit een constant dominant signaal heeft. Het is altijd afwisselend, dus de 2e kolom komt meer richting de realiteit. Omdat een digitale multimeter een heel stuk trager is dan de snelheid van het dataverkeer op de bus, meet de multimeter een gemiddelde spanning. De gemiddelde spanningen zullen bij constant dataverkeer dus zijn:

In praktijk is er ook nooit sprake van constant dataverkeer. Het ene moment zal er net iets meer data verstuurd worden dan een moment later. Bij meer of minder drukte zal bijv. de spanning: CAN-High t.o.v. massa de ene keer 2,8 en de andere keer 3,3 zijn. Dit ligt ook aan de kwaliteit van de multimeter. Een multimeter van lage kwaliteit is vaak traag en dan zit je wel op de gemiddelde spanningen van de laatste tabel. Bij een zeer hoge kwaliteit multimeter zul je meer richting de 2e kolom komen; de verversingssnelheid van de afgebeelde spanningen zal veel hoger zijn.
Dit geeft wel een richtlijn aan. Als de CAN-High t.o.v. massa tijdens het versturen van berichten een aantal volt verschilt, dan is er toch iets mis. Daarom situeren we hier onder een aantal foutscenario’s om de oorzaken te leren herkennen;

CAN-high kortgesloten naar massa:

  • CAN-high t.o.v. massa: 0 volt;
  • CAN-low t.o.v. massa: 1,5 – 2,5 volt;
  • CAN-high t.o.v. CAN-low: tussen -1,5 en -2,5 volt. 

CAN-low kortgesloten naar massa:

  • CAN-high t.o.v. massa: 2,5 – 3,5 volt;
  • CAN-low t.o.v. massa: 0;
  • CAN-high t.o.v. CAN-low: tussen 2,5 en 3,5 volt. 

CAN-high kortgesloten naar plus:

  • CAN-high t.o.v. massa: 12 volt;
  • CAN-low t.o.v. massa: 1,5 – 2,5 volt;
  • CAN-high t.o.v. CAN-low: tussen 9,5 en 10,5 volt. 

CAN-low kortgesloten naar plus:

  • CAN-high t.o.v. massa: 2,5 – 3,5 volt;
  • CAN-low t.o.v. massa: 12 volt;
  • CAN-high t.o.v. CAN-low: tussen -8,5 en -9,5 volt. 

CAN-high kortgesloten met CAN-low:

  • CAN-high t.o.v. massa: afhankelijk van CAN-tranceiver;
  • CAN-low t.o.v. massa: afhankelijk van CAN-tranceiver;
  • CAN-high t.o.v. CAN-low: 0 volt. 

2. Ohmse weerstand meten:
De onderstaande metingen tonen de ohmse weerstand in drie verschillende situaties: bij een correct functionerend systeem, een onderbroken draad en kortsluiting tussen CAN-high en CAN-low.

Storingsvrij:
Op de pagina CAN-bus is beschreven dat er twee afsluitweerstanden in het netwerk aanwezig zijn. De afsluitweerstanden hebben beiden een weerstand van 120 ohm.  Bij een storingsvrij systeem zullen we een vervangingsweerstand van 60 ohm meten tussen CAN-high en CAN-low.

Let op: we kunnen dit alleen meten als de voedingsspanning van alle regeleenheden is uitgeschakeld!

Onderbreking:
Bij een onderbreking in een CAN-high of CAN-lowdraad meten we niet meer de vervangings-weerstand van 60 ohm. In de afbeelding meten we slechts de waarde van weerstand R2 (120 ohm).

Kortsluiting:
In de situatie dat de CAN-busdraden verbinding met elkaar maken (dus met elkaar zijn kortgesloten), meten we een weerstandswaarde van ongeveer 0 ohm.

Bij de volgende storing zijn beide CAN-draden onderbroken. Er zal nu veel storing (ruis) op de bus komen. Nodes 1, 3 en 4 kunnen met elkaar communiceren mits de storing en reflectie te groot is waardoor de berichten vervormen. Zo kunnen ook node 2 en 5 met elkaar communiceren onder voorbehoud van hetzelfde probleem.

Sommige CAN-netwerken functioneren ook wanneer er één draad onderbroken is. Er zullen wel foutcodes opgeslagen worden en de bestuurder zal met waarschuwingslampen op de hoogte worden gebracht door meldingen van diverse systemen. Dit zijn de netwerken die uitgerust zijn met een Fault Tolerante CAN-tranceiver. Afhankelijk van de toegepaste tranceiver kunnen er verschillende soorten fouten optreden zonder dat de communicatie tussen de nodes verloren gaat. Ook met de eerder genoemde storingen met de kortsluitingen naar plus en massa kunnen deze CAN-tranceivers normaal functioneren (uiteraard wel met diverse foutmeldingen).

Meten met de oscilloscoop:
In principe komt het zoeken van storingen op de CAN-bus met de scoop op het zelfde neer als met de multimeter; de spanningen vertellen waar de oorzaak ligt (kortsluiting met plus, massa of met elkaar). De uitkomst van deze metingen kunnen dan ook vergeleken worden met de eerder genoemde scenario’s bij de meting met de multimeter. Op de oscilloscoop kunnen wel de CAN-High en CAN-Low signalen heel mooi grafisch worden bekeken.

Op deze afbeelding is er een volledig werkend CAN-netwerk te zien. De CAN-High signalen gaan van 2 naar 3,5 volt en de CAN-Low signalen van 2 naar 1,5 Volt. De ontvangende node kijkt naar de dominante en de recessieve toestand; als de spanningen van CAN-High 3,5 en CAN-Low 1,5 volt bedragen is de bus dominant. Dat betekent een 0. Wanneer beide bussen 2 volt zijn is er geen bus activiteit en ziet de node dat als een 1. Een 1 betekent recessief.