CAN-BOX - adapter gniazda OBD II

CAN-BOX - adapter gniazda OBD II
Pobierz PDF Download icon

Projekt jest interfejsem zewnętrznym gniazda OBDII, który umożliwia łatwy dostęp do magistrali CAN oraz innych linii transmisyjnych stosowanych przez producentów pojazdów za pomocą testera diagnostycznego. Rekomendacje: projekt jest przeznaczony dla serwisów i warsztatów samochodowych zajmujących się elektroniką oraz diagnostyką.

Patrząc na nowe samochody, trudno je sobie wyobrazić bez elektroniki. Coraz nowsze rozwiązania wymyślane przez inżynierów na całym świecie zbliżają nas wielkimi krokami do czasu, kiedy kierowca nie będzie już najważniejszym „elementem” decydującym o zachowaniu się pojazdu podczas nieoczekiwanych sytuacji na drodze. Już wiele lat temu reżyserzy filmów science fiction przewidywali przyszłość nowoczesnych pojazdów. W filmach pokazywano samochody bez kierowcy, w których pasażer wchodził do pojazdu, mówił, dokąd chce jechać, a kierowca „robot” zawoził go bezwypadkowo na miejsce. Od kilku lat firma Google na ulicach Stanów Zjednoczonych testuje opracowany przez siebie autonomiczny samochód bez kierowcy. Kierowcę zastępuje komputer wyposażony w różne czujniki, między innymi: GPS, czujniki zbliżeniowe, skanery otoczenia, radary typu LIDAR czy kamery. Najciekawsze jest to, że samochód, jeżdżąc kilka lat bez bezpośredniego nadzoru i przemierzając tysiące kilometrów, brał udział tylko w kilku kolizjach, z których każda była spowodowana przez innych użytkowników!

Szybki rozwój nowych technologii oraz podzespołów elektronicznych pozwala na zwiększanie szybkości transmisji danych oraz opracowywanie bezbłędnych protokołów transmisyjnych, co przyczynia się do tworzenia coraz bezpieczniejszych samochodów. Jeszcze nie tak dawno temu komputer wyświetlający choćby wartość średniego spalania był zarezerwowany tylko dla najdroższych wersji modeli samochodów. Ten cały rozwój technologiczny przyczynił się do opracowania instalacji elektronicznych pozwalających na diagnozowanie pojazdów.

W instalacji samochodu może być nawet 5 niezależnych magistrali transmisyjnych. W nowych samochodach najczęściej jest używana magistrala CAN. Ogromna liczba zainstalowanych czujników wymusza stosowanie szybkich, niezawodnych magistral danych oraz łączenia ich ze sobą. Wbudowanie magistrali danych, po których przesyłane są parametry ze wszystkich czujników zainstalowanych w pojeździe, umożliwiło także samodiagnostykę pojazdu. Magistrale CAN odpowiedzialne np. za komunikację systemów umożliwiających pracę silnika, systemu komfortu czy systemów bezpieczeństwa połączone są do zewnętrznego interfejsu, do którego można dołączyć tester diagnostyczny i monitorować dane przesyłane przez czujniki i moduły elektroniczne oraz odczytywać zapisane w nich błędy powstałe podczas pracy. Magistrale łączą się ze sobą w interfejsie dostępnym dla diagnosty (GateWay) zakończonym 16-pinowym gniazdem diagnostycznym OBDII pokazanym na fotografii 1. 

OBDII jest standardem obowiązującym we wszystkich samochodach wyprodukowanych po 1 stycznia 1996 r. w USA i po 1 stycznia 2003 r. w Unii Europejskiej.

Jedną z najważniejszych zalet interfejsu CAN jest to, że wszystkie moduły elektroniczne i czujniki w danej podsieci są połączone równolegle do 2-przewodowej skrętki, dzięki czemu obniżono ciężar i koszt instalacji elektrycznej. Uproszczony schemat topologii magistrali CAN stosowanej w pojazdach przedstawiono na rysunku 2.

Wszystkie moduły elektroniczne są przyłączone równolegle do 2-przewodowej skrętki. Dane w skrętce przesyłane są za pomocą sygnału różnicowego, dzięki czemu sygnał ma podwyższoną odporność na zewnętrzne zaburzenia elektromagnetyczne. Dla wyeliminowania odbić falowych na obu końcach magistrali stosuje się rezystory terminujące o rezystancji 120 V. Może ona być zmienna w zależności od szybkości transmisji danych i rodzaju użytej skrętki. W magistralach CAN wyróżnia się dwa przewody oznaczane CAN High i CAN Low. Kiedy przez magistralę nie są nadawane żadne informacje (stan recesywny) na obu liniach występuje napięcie 2,5 V. W momencie nadawania (stan dominujący), napięcia zmieniają się na 1,5 V dla linii Low i do 3,5 V dla linii High (rysunek 3). Warto znać podstawowe informacje na temat transmisji danych za pomocą CAN, choćby poziomy napięcia, dzięki czemu w łatwy sposób przy użyciu zwykłego woltomierza można stwierdzić, czy dane są nadawane.

Budowa i zasada działania

Prezentowany projekt jest interfejsem zewnętrznym gniazda OBDII, który umożliwia łatwy dostęp do magistrali CAN oraz innych linii transmisyjnych stosowanych przez producentów pojazdów. Gniazdo OBDII we wszystkich samochodach wyprodukowanych po 2003 r. zwykle jest montowane pod kierownicą – przykład pokazano na fotografii 4. Na rysunku 5 pokazano rozmieszczenie wyprowadzeń w złączu (gnieździe) diagnostycznym OBDII. Piny oznaczone „opcja” mogą być użyte przez producentów samochodów do własnych protokołów komunikacyjnych.

Analiza sygnałów bezpośrednio ze złącza jest bardzo niewygodna ze względu na jego umiejscowienie. Prezentowany CAN-BOX umożliwia łatwy dostęp do 16 pinów złącza diagnostycznego OBDII. Do wyprowadzonych gniazd można dołączyć sprzęt diagnostyczny, analizatory danych magistrali CAN, oscyloskop lub tester diagnostyczny, co pozwala w łatwy sposób na diagnozowanie błędów wysyłanych przez moduły elektroniczne pojazdu. Na rysunku 6 pokazano przykładowy schemat połączeń urządzeń diagnostycznych z samochodem, a na fotografii 7 praktyczne zastosowanie w samochodzie. CAN-BOX umożliwia także w prosty sposób przyłączenie wyjętego z pojazdu modułu elektronicznego i zdiagnozowanie go poza nim, zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 8. Na fotografii 9 zaprezentowano sterownik silnika dołączony za pomocą przewodów do CAN-BOX, dzięki któremu jest możliwe zapisanie lub odczytanie danych z zawartości pamięci.

CAN-BOX może być zasilany na dwa sposoby, przez złącze diagnostyczne OBDII lub z zasilacza laboratoryjnego. Obie drogi zasilania zabezpieczone są diodami prostowniczymi zabezpieczającymi współpracujący sprzęt diagnostyczny przed odwrotną polaryzacją napięcia zasilającego.

 

Na rysunku 10 pokazano schemat ideowy projektu. Nietrudno zauważyć, że nie jest on skomplikowany elektronicznie. Można nawet stwierdzić, że jest to projekt elektryczny, ponieważ poza czterema elementami elektronicznymi, którymi są diody LED i diody prostownicze, poprowadzono jedynie połączenia elektryczne pomiędzy gniazdami.

Dioda D1 zabezpiecza tester diagnostyczny dołączony do złącza OBDII oznaczonego na schemacie ideowym „OUT” przed odwrotną polaryzacją mogącą występować w złączu OBD2 pojazdu (sytuacja taka może mieć miejsce podczas ingerencji w złącze w celu uniemożliwienia uruchomienia samochodu przez złodzieja). Dioda D2 zabezpiecza tester diagnostyczny dołączony do złącza OBDII oznaczonego na schemacie ideowym „OUT wyjścia” przed odwrotnym przyłączeniem zewnętrznego zasilania do gniazd bananowych oznaczonych „BATT+” i „GND”. W urządzeniu zastosowano dwie diody LED. LED oznaczony „OBDII” sygnalizuje napięcie występujące na pinach 16 (plus zasilania) i 4 (masa obudowy) w momencie przyłączenia CAN-BOX do złącza OBDII pojazdu, natomiast LED oznaczony „Batt” sygnalizuje zewnętrzne napięcie doprowadzone do wyprowadzeń 4 i 16.

Montaż

Schemat montażowy CAN-BOX pokazano na rysunku 11. Montaż najlepiej rozpocząć od wlutowania rezystorów R1 i R2 oraz diod prostowniczych D1 i D2. Następnie w otwory na płytce czołowej należy zamontować wszystkie gniazda bananowe. Dołączone do gniazd bananowych blaszki należy wygiąć i przylutować do wyprowadzeń goldpinów. Wyprowadzenia diod LED „OBDII” I „Batt” trzeba odpowiednio wygiąć i przylutować jak na fotografii 12. Złącze i gniazdo OBDII należy przylutować do dołączonych płytek drukowanych, zwracając uwagę na numerację wyprowadzeń zgodnie z opisem znajdującym się na płytkach (fotografia 14 i fotografia 15).

Najtrudniejszym zadaniem podczas montażu może się okazać precyzyjne zlutowanie płytek drukowanych, z których składa się obudowa. Na obwodzie płytek jest pocynowana warstwa bez soldermaski, którą przeznaczono do zlutowania ich pomiędzy sobą (fotografia 16). Należy zlutować 4 płytki boczne z płytką z gniazdami. Dolną płytkę trzeba przykręcić za pomocą 4 śrub do metalowych dystansów w celu jej łatwego demontażu i dostępu do wnętrza układu. Podczas tej czynności warto zwrócić uwagę na prawidłowe usytuowanie gniazda (OUT) i wtyku (IN). Po zlutowaniu płytek obudowy za pomocą przewodów lub kątowych goldpinów należy przyłączyć wyprowadzenia złączy IN i OUT do punktów lutowniczych znajdujących się na płytce z gniazdami.

Uruchomienie

Po prawidłowym i uważnym zlutowaniu uruchomienie układu polega głównie na kontroli montażu pod kątem zwarć, a następnie podłączeniu zasilania +12 V do pinów 4 (minus) i 16 (plus) złącza OBDII IN oraz kontroli, czy dioda LED „OBDII” się świeci. Następnie przełączyć zasilanie 12 V do gniazd bananowych 4 (minus) i 16 (plus) i kontrolować czy dioda LED „Batt” się świeci. Przed dołączeniem testera diagnostycznego warto sprawdzić, czy są prawidłowe przejścia sygnałów z wejścia do wyjścia. Najlepiej dokonać tego miernikiem wyposażonym w sygnał dźwiękowy, dotykając sondami pinu „1” we wtyku OBDII oznaczonym „IN” oraz pinu „1” w gnieździe OBDII oznaczonym „OUT”. Czynność tę należy powtórzyć dla wszystkich pinów w obu złączach. Po przeprowadzeniu wymienionych czynności układ CAN-BOX jest gotowy do użycia.

AW

DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik październik 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio październik 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje październik 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna październik 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich wrzesień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów