Datenbussysteme einfach erklärt. Christoph Dalpiaz. BS Mattighofen, 4b4PS

Transkript

1 Seite 1 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Datenbussysteme einfach erklärt Christoph Dalpiaz BS Mattighofen, 4b4PS

2 Seite 2 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Einführung In den nachfolgenden Zeilen möchte ich versuchen, Ihnen die grundlegende Funktion der Datenbussysteme verständlich zu erklären. Vorwissen benötigen Sie dafür keines. Wozu Datenbussysteme? Zuerst muss man sich die Frage stellen, wozu man denn eigentlich Datenbussysteme benötigt? Die Sache sieht wie folgt aus. In einem modernen Kraftfahrzeug befinden sich zahlreiche Sensoren und Aktoren, welche für den Motorbetrieb und den Betrieb aller elektronischen Systeme notwendig sind. Zur Erklärung: Sensoren sind jene Bauteile, welche verschiedene physikalischen Größen, wie zum Beispiel Temperaturen, Drehzahlen, Stellungen von Klappen oder Ventilen und vieles mehr erfassen. Aktoren dagegen führen etwas aus. Ein Beispiel wäre ein Elektromotor, welcher beispielsweise Kanäle der Klimaanlage verstellt. Stellen Sie ein, dass es zum Gesicht blasen soll, so wird dieser Motor angesteuert. In Folge dreht er sich und die Klappe ist offen. Müsste jedes Steuergerät eine eigene Leitung zu jedem Sensor oder Aktor welches es benötigt haben, dann hätte man in einem modernen Fahrzeug einen riesen Haufen an Kabeln und im Kofferraum eine Schaltzentrale. Dazu habe ich auf der nächsten Seite ein Bild eingefügt, welches nicht zu ernst zu nehmen ist. Steuergeräte sind übrigens jene Geräte, welche mit Sensorsignalen rechnen und mit elektronischen Schaltern gewisse Aktoren ansteuern. Ich bin mir sicher, dass Sie selbst gewisse Bussysteme im täglichen Gebrauch haben. USB und Bluetooth sind beispielsweise auch Datenbussysteme.

3 Seite 3 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Schaltzentrale im Kofferraum (nicht ernst nehmen), Quelle: eigenes Foto, , 13:50 Die komplexe Technik einfach erklärt Der CAN-Bus Kommen wir nun zur Funktion der Datenbussysteme. Vielleicht haben Sie schon davon gehört, dass der Computer nur 0 und 1 versteht. So ist es auch beim Datenbus, auch hier werden nur Nullen und Einsen übertragen. Zuerst möchte ich Ihnen die Technik des CAN- Busses übermitteln. Stellen Sie sich bitte bei den folgenden Beispielen die Steuergeräte immer als Personen vor, welche in einer Gruppe miteinander sprechen. Beim CAN-Bus ist

4 Seite 4 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, jedes Steuergerät gleichberechtigt, das heißt jeder darf zu jeder Zeit sprechen, und jeder Einzelne hört, was der Andere sagt. Allerdings dürfen nicht mehrere gleichzeitig sprechen. Man kann dies wie ein Meeting betrachten. Reden alle gleichzeitig, kommt Chaos ins System! Deshalb darf immer der zuerst sprechen, der die wichtigere Botschaft zu erzählen hat. Spricht beispielsweise ein Teilnehmer darüber wie sein Wochenende war, und ein Kollege will im gleichen Zeitpunkt seinen Geistesblitz übermitteln, welcher den Durchbruch des Unternehmens bringen könnte, so hört die Wochenende-Person auf zu sprechen und lässt die Geistesblitz-Person sprechen. Zu einem späteren Zeitpunkt versucht die Wochenende- Person wieder ihre Botschaft zu erzählen. So ist es auch beim CAN-Bus. Jeder hört während er spricht am Bus mit. Will ein anderer eine wichtigere Botschaft übermitteln, hört er auf zu sprechen und versucht es später nochmal. Eine weitere Eigenschaft des Datenbusses ist es, dass die Steuergeräte wissen müssen, wie schnell sie miteinander sprechen dürfen, sonst funktioniert es nicht. Dies ist bei einer Gruppe von Menschen nicht so. Des Weiteren muss die Form der gesprochenen Botschaft genau bestimmt sein. Das müssen Hörer über empfangene Botschaften wissen: Jetzt beginnt er zu senden. Was sendet er? Wie viel sendet er? Die Sendeinhalte Hat die Übertragung funktioniert? Jetzt hört er auf zu senden. Dies ist für jedes Bussystem eigens bestimmt. Wichtig ist, dass der CAN-Bus zwei Leitungen besitzt, welche verdrillt sind. Vergleichbar wie bei einem Mohnflesserl, oder bei einer Zöpfchenfrisur bei Frauen.

5 Seite 5 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Hier sehen Sie ein Bild, auf dem die verdrillten Leitungen mit einem Pfeil markiert sind. Das Bild habe ich in meinem Golf 4 gemacht. CAN-Bus Leitungen, Quelle: eigenes Foto, , 12:30 Wozu das gut sein soll? Nun ja, damit werden Störungen vermieden. Die Übertragung der Botschaften ist dann besser vor Magnetfeldeinfluss geschützt. Kleiner Tipp: Stellen Sie Probleme elektronischer Systeme fest, welche immer nur genau am selben Ort auftreten, prüfen Sie ob Sie nahe eines Trafos oder einer anderen magnetischen Störquelle stehen! Dies kann Fehler auf Datenbussen verursachen!

6 Seite 6 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Nur wieso zwei Leitungen? Auf beiden Leitungen werden die gleichen Botschaften übertragen, nur elektrisch gespiegelt. Der Botschaftsempfänger verwendet beide Leitungen zum empfangen. Hätte man nur eine Leitung, und es käme dann zu Störeinflüssen, könnte der Empfänger nichts mehr verstehen. Kommt es aber auf zwei Leitungen zu den gleichen Störeinflüssen, so kann der Empfänger diese auswerten und versteht das Gesprochene trotzdem noch. Der LIN-Bus Ich möchte Ihnen zum Vergleich noch einen weiteren Bus erklären. Den LIN-Bus. Der LIN-Bus hat im Gegensatz zum CAN-Bus nur eine Leitung. Vielleicht erkennen Sie schon die Folge daraus. Dieser Bus ist dann einfach nicht so sicher gegen äußere Störungen. Stellen Sie sich bitte die Beispiele wieder so vor, dass die Steuergeräte Personen sind. Der LIN-Bus funktioniert vom Sprechen der Steuergeräte ein bisschen anders. Es ist hier nicht jedes Steuergerät gleichberechtigt. Es gibt nämlich ein Master-Steuergerät ( Der Meister ) und Slave-Steuergeräte ( Die Sklaven ). Der einzige, der immer reden darf, ist der Meister. Der Sklave darf nur dann reden oder einen Aktor ansteuern, wenn ihm der Meister die Berechtigung gegeben hat. Zum Beispiel sagt der Meister zum Sklaven: Schick mir mal deinen Zustand!, oder Mach mal das linke Fenster auf!. Daraufhin macht der Sklave was er vom Meister gesagt bekommt. Vergleichen wir es doch einmal mit einer Schulklasse! Zu diesem Zweck nennen wir bitte den Meister Lehrer und die Sklaven Schüler. Und nein, ein Schüler ist natürlich kein Sklave, durch dieses Beispiel lässt sich das System jedoch sehr gut erklären. Der Schüler hat im Unterricht grundsätzlich nichts zu sagen, solange er nicht vom Lehrer aufgefordert wird. Sagt der Lehrer zum Schüler: Beantworten Sie uns doch bitte diese

7 Seite 7 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, Frage., oder Schalten Sie diese das Licht aus., so soll der Schüler dies dann ausführen und darf auch sprechen. Der einzige Unterschied ist, dass der Schüler auch aufzeigen kann, der Lehrer dies erkennt und ihm in dieser Folge eine Sprecherlaubnis geben kann. Dies ist beim LIN-Bus nicht vorgesehen. Eine weitere Eigenschaft des LIN-Busses ist es, dass er viel langsamer ist als der CAN-Bus. Doch warum verwendet man denn überhaupt unterschiedliche Bussysteme? Der Grund dafür ist, wie fast überall anders auch, der Kostenfaktor. Das Gateway Seien Sie von dem Begriff Gateway bitte nicht abgeschreckt. Dieser hört sich viel komplexer an, als die Sache in Wirklichkeit ist. Wie wir bereits gelernt haben, gibt es viele unterschiedliche Bussysteme, auf welchen überall unterschiedlich schnell gesprochen wird, und die Paketformen sich auch etwas unterscheiden. Sie ahnen bestimmt schon wofür man ein Gateway benötigt. Es ist dafür da, dass Steuergeräte, welche an verschiedenen Bussystemen besiedelt sind, miteinander reden können. Sozusagen ist es ein Bahnhof für Datenpakete. Stellen Sie sich vor der CAN-Bus ist beispielsweise der Schnellzug und der LIN-Bus ist die langsamere Straßenbahn. Die Pakete, welche vom Schnellzug auf die Straßenbahn umsteigen müssen, machen dies beim Gateway. Schlusswort Ich hoffe ich konnte Ihnen in diesem kleinen Skriptum die grundlegenden Funktionen der Datenbussysteme einigermaßen verständlich erklären. Es gibt natürlich noch viele weitere Bussysteme. Die Entwicklungen in diesem Bereich sind auch rasant! Sollten Sie Fragen

8 Seite 8 von 8 Datenbussysteme einfach erklärt, haben, können sie mich gerne über eine unter der in der Fußzeile angegebenen Adresse kontaktieren.