技術乾貨分享—淺析CAN匯流排技術在船舶行業中的應用

CAN匯流排在船舶中的應用始於20世紀90年代初,1994年德國MTU公司成功地研製了基於CAN的MCS-51監控系統,開創了CAN匯流排船舶系統應用的新紀元。隨著海運技術的發展,現代船舶的類型越來越豐富,現在CAN匯流排被廣泛應用於各種船隻類型的船舶通信系統中,包括遠程控制、安全監測等,而應用的船舶類型主要包括小型娛樂用船、拖船到巡洋艦、破冰船、石油鑽井船等。

雖然一些大型船舶使用J1939協議通過CAN進行通信,但海事行業有自己的通信語言——NMEA 2000®協議。NMEA 2000®高層協議是由國家海事電子協會開發和維護的高層協議,被視為海事領域通信的標準,主要用於連接船舶上的各種設備(例如GPS、自動駕駛、深度探測儀、導航設備、引擎等)。

從1999年開始,各方開始合作進行NMEA 2000®的開發。Kvaser是最初參與開發的12家公司之一,同時也是少數幾家最先推出NMEA 2000®認證產品的公司之一。

NMEA 2000®協議基於J1939高層協議(ISO 11783),加入了快速包傳送方法和專用於海事數據的PGN位。為了減少反射問題和允許熱交換節點,NMEA 2000®匯流排建有“主幹線路”或穿過船艙的主線纜。各種設備(節點)通過主線纜連接到此主幹線路,以廣播網絡方式進行通信。

CAN是柴油機引擎介面、發電和供電系統、燃油系統、潤滑系統、方向控制和各種具有網路功能的設備(例如雷達、魚群探測儀和海圖標繪儀)之間的鏈路,CAN系統設計不僅提供了一種高性能、耐輻射的強壯又可靠的網路,而且具有巨大的靈活性和成本效益。

通常船舶結構監測系統為分佈式結構,由多種結構監測感測器、數據採集節點、電腦處理系統組成,感測器及採集節點將相應數字信號通過CAN匯流排至上位機,電腦對測量數據進行即時處理、分析判斷、報警、存儲。其中,電腦/PC與CAN匯流排網路的連接可以通過CAN介面卡來進行,CAN介面卡能夠採集船舶監測系統中的各個感測器及CAN匯流排節點信號,並且借助CAN介面卡驅動提供開發的API介面,便於集成到安全監測系統軟體處理系統中。

航行中的船舶往往需要進行遠程資訊處理以確保整個航行過程順利進行,這些資訊包括船舶參數監控和分析航程、船舶診斷、預測性船舶維護、黑匣子數據記錄等。CAN記錄儀能夠將數據記錄到可提取SD卡,離線時能記錄數周或數月的數據,而當海船處於互聯網連接狀態時會自動上傳數據至伺服器。通過這種帶有WiFi功能的CAN記錄儀,船舶航行的管理者可以自動收集整個船隊的數據,還可以通過自帶的API分析數據,並通過CANmod.gps添加GNSS/IMU數據,以比較NMEA 2000數據。

1985年,Kvaser就開始專注於CAN技術的研發,至今已經累計推出100多款CAN產品,其中包括許多與海事相關的CAN匯流排產品,Kvaser CAN介面都相容NMEA 2000®,以及J1939、CAN Open和DeviceNet,憑藉可靠、便捷且耐久的品質,Kvaser產品深受全球工程師的喜愛。

Solar Team Sneek是一支位於荷蘭著名的水上運動之都斯內克(Sneek)的太陽能船隊,該團隊的目標是向人們展示電動船和電動汽車的潛力,創造一個可持續發展的未來。2022年初,Solar Team Sneek使用了Kvaser Ethercan HS用於調試以及遠程監控CAN匯流排數據。

Kvaser Ethercan HS是一款能即時連接以太網的CAN匯流排適配器。Solar Team Sneek團隊首先使用Kvaser Ethercan HS橋接CAN和以太網,以太網數據包由4G數據機讀取併發送到雲端,只需借助VPN,他們可以從任何地方獲取數據,例如電池電壓、電池溫度,以及太陽能逆變器的數據等。

“Kvaser Ethercan HS的運行很順暢,我們用起來沒有任何問題。我們從Kvaser網站下載了驅動程式,並使用Kvaser CanKing檢查數據是否準確傳送。連接後,我們就很快設置好了Ethercan的配置,並通過以太網將數據即刻發送到運行我們自己軟體的筆記本電腦,再將數據記錄到Prometheus資料庫中,然後通過Grafana讀取數據。”

電氣工程師 Meindert de Groot

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除此之外,Kvaser還擁有專為極端環境設計的CAN分析儀和數據記錄器。例如:相容性強且堅固耐用的Kvaser Memorator R SemiPro(👉點擊瞭解)支持在惡劣環境中工作,能夠滿足海洋等應用場景的需求;羽量級高度耐用的Kvaser USBcan R v2(👉點擊瞭解)雙通道CAN匯流排分析儀,鋁合金外殼,耐用型聚氨酯塗層密封,防水防塵,具有抗振動,抗衝擊和抗跌落的特點;具備IP67等級外殼和加強型電隔離功能的Kvaser U100-X2(👉點擊瞭解)單通CAN/CAN FD轉USB通訊儀,提供5路M12型CAN連接器,適用於各種嚴苛的工作環境。

本篇文章轉載合作夥伴Kvaser文章