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let’s dev Blog | CAN2BLE
by Raphael
24. September 2020

CAN2BLE

Im folgenden Blogbeitrag soll es um die CAN2BLE Schnittstelle und speziell ihrer Anwendung in der App Entwicklung gehen. Hierfür wird zunächst ein grober Überblick über das CAN-Protokoll und Bluetooth Low Energy gegeben werden. Anschließend sollen beispielhaft zwei Anwendungsfälle für die CAN2BLE Technologie angerissen werden, die auf Erfahrungen beruhen, die wir bei der Entwicklung von Projekten mit CAN2BLE gewonnen haben.

CAN

Das Controller Area Network (CAN) ist eines der gängigsten Bus-Protokolle in der Kraftfahrzeugindustrie. Es wurde 1986 von Bosch vorgestellt. Der Hauptantrieb für die Entwicklung war die Reduzierung von Kabeln in Kraftfahrzeugen und die damit verbundene Kostensenkung bei der Herstellung. Seit 1993 wird CAN in der ISO 11898 standardisiert und regelmäßig an die neuen technischen Gegebenheiten angepasst. Die CiA (CAN in Automation) kümmert sich um die Weiterentwicklung des CAN-Standards. Heute verwenden viele Kraftfahrzeuge und Industriegeräte den CAN-Standard.

Das CAN-Protokoll definiert die Datenübertragung auf der Bitübertragungsschicht und der Sicherungsschicht des OSI 7 Schichten-Modells. Im Folgenden soll ein grober Überblick über die Funktion von CAN gegeben werden.

Da CAN hauptsächlich dafür verwendet wird, mehrere elektronische Steuereinheiten zu verbinden, die alle Daten senden und empfangen müssen, wird eine Multi-Master-Bus Architektur verwendet. Das bedeutet, dass alle Knoten (z. B. eine Steuereinheit) auf dem Bus lesen und schreiben können. Um Kollisionen aufzulösen, die durch den gleichzeitigen Zugriff mehrerer Knoten auf den Bus entstehen können, wird das CSMA/CR Verfahren verwendet. Es sorgt dafür, dass nur der Knoten mit der höchsten Nachrichtenpriorität auf den Bus zugreift.

Eine CAN-Nachricht, auch Frame genannt, besteht aus sieben Feldern:

CAN-Telegramm

BLE

Bluetooth Low Energy (BLE), ist ein ursprünglich von Nokia entwickelter Bluetooth Standard, welcher den hohen Stromverbrauch herkömmlicher Bluetooth Module reduzieren sollte. Hierfür werden in größeren Abständen geringere Datenmengen ausgetauscht. BLE ist Teil der Bluetooth 4.0 Spezifikation von 2010. Inzwischen hat sich der Standard durchgesetzt und viele Smartphones sowie andere Geräte, wie z. B. Fitnesstracker verwenden BLE zur Datenübertragung.

Im BLE-Standard können Geräte verschiedene Rollen annehmen. In unserem Anwendungsfall würde es ein Gerät geben, welches die Peripheral Rolle einnimmt und Connectable Advertiser Events schickt, welche ein anderes Gerät dafür nutzen kann, um sich mit dem Gerät zu verbinden und die Datenübertragung zu starten.

CAN2BLE

Um CAN-Nachrichten über BLE zu übertragen ist eine Hardware Schnittstelle notwendig, welche entweder fest in ein Gerät verbaut wird oder an einen freien CAN-Stecker gesteckt werden kann. Diese Schnittstelle würde die Peripheral Rolle einnehmen. Je nach Konfiguration kann die Schnittstelle auf Wunsch eine Connection anbieten. Ein anderes Gerät kann sich nun mit der Schnittstelle verbinden und Daten können übertragen werden.

Hierbei sind zwei weitere Dinge zu beachten:

Die Aufbereitung der Daten kann vielfältig aussehen. Da viele Informationen im Frame einer CAN-Nachricht für die Verarbeitung uninteressant sind, macht es Sinn, die Daten aus dem Datenfeld in ein eigenes Protokoll zu verpacken und damit zu senden. Sollte Verschlüsselung nötig sein, muss die Schnittstelle diese ebenfalls implementieren.

Anwendungsfälle

Im folgenden sollen zwei hypothetische Anwendungsfälle für die beschriebene Technologie vorgestellt werden.

1.) CAN2BLE in einer Fertigungsmaschine für Wartungsdaten
In unserem konkreten Fall möchte ein Unternehmen seinen Wartungsprozess verbessern. Bisher musste ein Mitarbeiter mit einem dedizierten CAN-Diagnose-Gerät zu jeder Maschine gehen, ein Kabel einstecken und die Daten auslesen. Anschließend entscheidet er, ob die Maschine nachjustiert oder anderweitig gewartet werden muss.

Alternativ könnten die Maschinen mit einem CAN2BLE Modul ausgerüstet werden. Statt eines dedizierten Gerätes könnte der Mitarbeiter ein Smartphone verwenden mit dem schon andere Prozesse des Unternehmens optimiert wurden. Nun verbindet er sich über BLE mit einer Maschine und erhält die Daten auf seinem Smartphone. Je nach Wunsch kann hier eine App entwickelt werden, welche die Daten anzeigt, auswertet, visualisiert und an ein zentrales System schickt. Die Entscheidung für die Wartung könnte direkt vom System getroffen werden, z. B. wenn gewisse Werte über der akzeptablen Grenze liegen.


2.) CAN2BLE in einem Bagger zur Arbeitsdokumentation und Performance Evaluation
In unserem konkreten Fall will ein Baggerhersteller seinem Kunden einen Mehrwert für ihre Bagger bieten und die Daten, die von den internen Systemen des Baggers erhoben werden, nutzen.
Hierfür baut er ein CAN2BLE Modul in seine neuen Bagger ein und rüstet alte Bagger nach. Zusätzlich lässt er eine Applikation entwickeln, welche, wenn sich das Smartphone mit der Schnittstelle des Baggers verbindet, erlaubt, die Daten (z. B. Gewicht auf der Schaufel) während eines Arbeitsschritts zu tracken. Die App bietet dem Baggerführer während der Arbeit eine visuelle Aufbereitung der Daten. Nach der Arbeit bietet die App dem Baggerführer die Möglichkeit, sich die kompletten Daten aufbereitet nochmals anzusehen, um zu überprüfen, ob alle Werte in Ordnung sind. Zusätzlich bietet ihm die App an, einen Bericht mit den Daten zu erstellen und zu verschicken. So kann ein Bauunternehmen, welches mehrere Maschinen besitzt, alle Daten zentral sammeln. Außerdem kann so auch überprüft werden, ob Arbeiten ordnungsgemäß ausgeführt wurden. Ein weiterer Mehrwert kann das Sammeln der Daten für eine Maschine sein, um ihre Leistung zu messen und so festzustellen, ob eine Wartung nötig ist.

In der Zukunft könnte man sich vorstellen, dass durch das Auslesen von Daten von allen Maschinen auf einer Baustelle genau getrackt werden kann, wie, wo und wann was gemacht wurde, um eine bessere Planung und effizienteres Arbeiten zu ermöglichen. Außerdem wäre theoretisch auch eine Kommunikation zwischen den Geräten über die Smartphones denkbar, um Prozesse weiter zu optimieren, dokumentieren oder zu automatisieren.

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