Сигнальное заземление obd что это
В данной статье будут рассматриваться разные случаи подключения цепей заземления при построении измерительных систем в разных ПК на основе стандартного системного блока, моноблока, а также автономного ноутбука или нетбука. Будут рассмотрены три характерных случая широко используемых интерфейсов ПК (PCI/PCIe, USB, Ethernet) для подключения различных устройств сбора данных.
Начнём с того, что все перечисленные ПК при использовании питания от сети ~220 В на сетевой вилке имеют цепь защитного заземления. Обязательность подключения цепи защитного заземления со стороны розетки не подлежит сомнению, если в конструкции подключаемых устройств предусмотрено такое заземление.
Но при подключениях различных устройств сбора данных и управления возникает вопрос об организации цепи сигнального заземления подключаемых устройств. Рассмотрим далее этот вопрос подробно для разных конфигураций систем. Оговоримся сразу: требования по подключению конкретных устройств, приведённых в их документации, имеют более высокий приоритет, по сравнению с общими рекомендациями настоящей статьи.
Если подключаемые к ПК устройства сбора данных обеспечивают гальваническую изоляцию сигнальных цепей, то заземление в измерительной системе может рассматриваться отдельно для каждой изолированной секции сигналов, и особых противоречий здесь не возникает. Но ситуация усложняется, если гальваническая изоляция отсутствует, поэтому далее будем рассматривать именно этот непростой случай.
Стационарный системный блок с питанием от сети ~220 V.
В конструкции такого системного блока уже предусмотрено соединение цепи защитного заземления (со стороны сетевой вилки) с корпусом системного блока и, соответственно, со всеми цепями, имеющими электрический контакт с корпусом: с цифровой землёй материнской платы, с цифровой землёй интерфейсов USB, PCI, PCIe, c цепью общего провода помехоподавляющего фильтра интерфейса Ethernet. В данной конфигурации возможной точкой подключения цепи сигнального заземления в системе является винт крепления источника питания на корпусе системного блока.
При использовании PCI/PCIe плат сбора данных без гальванической изоляции корпус системного блока будет непосредственно связан с цифровой землёй цифровых TTL-линий ввода-вывода этих плат. А цифровая земля USB устройств без гальванической изоляции оказывается связанной с корпусом системного блока через общий провод USB. В этих характерных случаях для исключения сквозных токов по общим проводам со стороны источников сигналов провода сигнального заземления от источников сигналов сводят в одну точку на корпусе системного блока, и данную точку считают точкой сигнального заземления измерительной системы.
При подключении системы сбора данных через Ethernet компьютер и система сбора данных может не иметь общей точки заземления, что, безусловно, является большим "плюсом" Ethernet. Но это не означает, что удалённое Ethernet устройство не должно быть заземлено, если заземление предусмотрено.
Моноблок, ноутбук или нетбук с внешним блоком питания от сети ~220 В.
При использовании Ethernet всё вышесказанное по поводу подключения Ethernet-устройства остаётся в силе. Но при подключении USB-устройства без гальванической изоляции возникают важные дополнительные особенности, поскольку эти устройства через кабель USB связаны с землёй материнской платы этих компьютеров.
В конструкции этих компьютеров импульсный блок питания является внешним и его цепь защитного заземления на сетевой вилке ~220V является удалённой по отношению к компьютеру. Ситуация усложняется тем, что для этих гаджетов не существует единого устоявшегося технического решения по вопросу соединения внутренней цифровой земли материнских плат с цепью защитного заземления. В таблице ниже приведены примеры сопротивления цепи заземления материнской платы, измеренного относительно контакта заземления сетевой вилки, для разных компьютеров:
| Компьютер | Сопротивление цепи заземления материнской платы |
| Ноутбук Аcer Aspire 3004WLC c внешним блоком питания PA-1650-02 | Менее 1 Ом |
| Моноблок Аcer Aspire Z3620 с внешним блоком питания FSP150-RBB | 6 кОм с параллельной емкостной составляющей – единицы нФ |
| Ноутбук Аcer Aspire V3-771G c внешним блоком питания A11-120P1A | 1 MОм с параллельной емкостной составляющей – единицы нФ |
Как видите, в рамках даже одного бренда Аcer Aspire, техническое решение соединения сигнального заземления материнской платы этих компьютеров не устоялось, кроме того, практическое подключение к земле материнской платы у этих устройств малореально. Таким образом, для такого рода компьютеров (в общем случае) будет неизвестна электрическая взаимосвязь подключаемого USB-устройства без гальваноразвязки с цепью заземления компьютера.
Вывод: при использовании USB устройства сбора данных без гальванической изоляции совместно с моноблоком, ноутбуком или нетбуком с внешним блоком питания от сети ~220 В допускается подключение только изолированных (незаземлённых) источников сигналов. В противном случае, при заземлённом источнике сигналов, возможны сквозные токи по общим проводам непредсказуемой величины. Для улучшения ЭМС в такой конфигурации рекомендуется применять экранирование сигнальных цепей с заземлением экрана в точке защитного заземления компьютера, при этом, сигнальные цепи должны быть изолированы от экрана. Внимание! В рассматриваемой конфигурации недопустимо подключение сигнального заземления (общих проводов) источников сигналов к цепи заземления сетевой вилки компьютера, поскольку, тогда через кабель USB и через USB-устройство потечёт ток заземления компьютера, что может явиться причиной сбоев и помех в работе системы.
Ноутбук или нетбук с аккумуляторным питанием.
В данном случае, цепь защитного заземления отсутствует в принципе, а цепь сигнального заземления можно устраивать, исходя из самой задачи измерения при данных условиях.
Помоему, там всё правильно. Т.к. измерение сигнала происходит "мозгом", т.е. относительно земли "мозга", то и экран нужно соединять с землёй "мозга". От "другой" земли будут наводки. Нужно проверить, не перетёрлась ли где-то по пути изоляция кабеля, не соединяется ли из-за этого где-либо экран с кузовом.
Датчик имеет два вывода? Сигнальный и землю (которая соединена с экраном провода)?
Если так, то максимально избавиться от наводок можно заменив экранированный провод на витую пару (два провода) в экране. Витая пара не критична к синфазным наводкам. Выводы датчика подсоединить к проводам (паре). Экран со стороны датчика никуда не соединять (экран должен быть изолирован по всей длине кабеля). А со стороны "мозга" провод от земли датчика соединить с экраном вместе — это и будет земля. Ну а сигнальный туда, куда он и шёл.
У датчика 2 выхода, но не один из них не идет на землю — обычная катушка (индукционный датчик), экран идет отдельно. Тоже думал о витой паре, но в данном случае, боюсь не подойдет… Так что пока никаких идей((
Мозг в целом нормально понимает и работает, проблема в S-ITC который походу вообще не в состоянии понять что происходит. S-AFC получилось обмануть, скормив ему данные с катушки для определения оборотов, с S-ITC так не получится, он то как раз этим и должен рулить (опережение/запаздывания зажигания)
Так по схеме там уже витая пара. И подключено именно так, как я и описал. …Нечего переделывать! Уже всё правильно сделано. Экран так и должен подсоединяться к массе только в одной точке со стороны "мозгов".
Скорее всего, это не помехи, а такой (грязный) сигнал выдаёт датчик.
Посмотреть бы осциллограмму сигнала…
Если он индуктивный, то могут быть резонансные выбросы (индуктивность катушки датчика совместно с ёмкостью проводов). Можно попробовать последовательно с сигнальным проводом (опять же около "мозгов") поставить последовательно резистор 10-500 Ом, что бы снизить добротность.
Провод состоит из 2х частей — салонная проводка где мозг и подкапотная. Может я что-то не правильно сделал в соединении… По поводу того что датчик выдаёт грязный сигнал — может быть, на прелюдпавере америкосы много чего терли именно о "корявости" датчиков, даже ходили легенды о свапе на датчик от Integra LS. Но это дороговато на круг выходит, учитывая необходимость замены мозга итп… Вопрос ещё в том, можно-ли как-то "улучшить" выход датчиков? Может спаять какой-нибудь усилитель/компрессор и запихать в корпус?
Осцилограммы датчиков постараюсь снять в выходные, если заведу мотор…
По поводу улудшения формы сигнала я написал выше про резистор.
По схеме получается что витая пара в экране, с заземлением экрана на приемнике (в моём случае на мозге), так? Сомневаюсь, так как в электронике сильно дилетант пока ещё((
Да. Вы всё совершенно верно понимаете. Не сомневайтесь в своих знаниях :)
В качестве витой пары можно взять пару любых проводов (одинаковой длины и сечения!) слегка их свить между собой, поместитить в оплётку, а сверху натянуть изолирующую трубку.
Спасибо, Андрей! Провода закажу для экспериментов. Сегодня работаю, но завтра надеюсь таки хотяб временно накинуть проводку и вакумные чтоб завестись и снять осцилограммы. Ещё надо осцилограф освоить))) Картинки он нормально снимает, а как записать "видео" с превязкой ко времени пока не понял, но думаю разберусь. Ещё раз спасибо за консультацию!
Так по схеме там уже витая пара. И подключено именно так, как я и описал. …Нечего переделывать! Уже всё правильно сделано. Экран так и должен подсоединяться к массе только в одной точке со стороны "мозгов".
Скорее всего, это не помехи, а такой (грязный) сигнал выдаёт датчик.
Посмотреть бы осциллограмму сигнала…
Если он индуктивный, то могут быть резонансные выбросы (индуктивность катушки датчика совместно с ёмкостью проводов). Можно попробовать последовательно с сигнальным проводом (опять же около "мозгов") поставить последовательно резистор 10-500 Ом, что бы снизить добротность.
Тоже склоняюсь про грязный сигнал именно с датчика… ну конечно, если с проводкой ничего не делали…
В больших системах, состоящих из разнородных приборов (например, мощных исполнительных устройств и чувствительной измерительной аппаратуры), существует проблема взаимовлияния устройств по цепи заземления, приводящая к сбоям и помехам. Исходя из опыта борьбы с этим явлением был введён термин сигнальное заземление.
Сигнальное заземление – это "чистая" ветка основной цепи заземления системы, по которой не текут токи заземления сильнопотребляющих, исполнительных устройств (силовое оборудование, станки, мощные, высоковольтные, искрообразующие, импульсные устройства, тиристорные преобразователи и т.п.), а протекают токи заземления относительно чувствительных сигнальных устройств (измерительные приборы, аналоговые тракты), а также компьютеров. Сам термин сигнальное заземление возник по причине того, что в сложных системах соединение без разбора всех точек заземления разнородных приборов приводит к проблеме их совместимости и возникает необходимость выделения отдельной "чистой" ветки заземления. В особо сложных системах возможно выделение нескольких веток сигнального заземления с определенной иерархией.
Рассмотрим два характерных случая построения цепи сигнального заземления:
1. В идеальном случае, если сигнальная цепь (и контактирующая с ней цепь сигнального заземления) гальванически изолирована от земли со стороны оборудования, то физически "чистая" ветка сигнального заземления образуется только тогда, когда она имеет соединение с "грязной" веткой заземления только в одной точке А, при этом чем ближе будет точка А к заземляющему устройству (например, цепь заземления вводного электрощитка), тем эта точка будет "чище", поскольку близость к заземляющему устройству электрофизически означает "минимум помех относительно земли". Такое построение цепи сигнального заземления обеспечивает независимость токов цепей защитного и сигнального заземления в их контурах протекания.
2. В неидеальном случае, если сигнальная цепь и связанная с ней цепь сигнального заземления не изолирована от земли со стороны оборудования, а, например, имеет связь с землёй через цепь защитного заземления, то провода сигнального заземления от разного оборудования следует максимально коротко соединить в одной точке В проводами большого сечения (а лучше – с наибольшей площадью поверхности), что обеспечивает наименьший импеданс проводов для импульсных токов заземления, протекающих от силового оборудования. А "наименьший импеданс для протекающего тока" физически означает наименьшее напряжение помех между общими проводами сигнальных цепей соединённого оборудования, т.е. наименьшее напряжение помех, приложенных к входам оборудования относительно общих проводов этих входов.
Рассмотрим ещё один распространённый практический случай построения цепей заземления разнородного оборудования, расположенного в металлической стойке или шкафу, в котором расположены блоки (крейты, модули).Этот характерный случай является сочетанием рассмотренных выше случаев 1 и 2, поскольку, с одной стороны, металлическая конструкция всегда должна быть заземлена (по правилам электробезопасности), а значит, стойка (шкаф) должна иметь точку заземления. С другой стороны, в стойке (шкафу), как правило, имеются расположенные близко разнородные силовое оборудование и чувствительные сигнальные устройства. Эта сложная электрофизическая обстановка на уровне стойки (шкафа) объединяет случаи 1 и 2 в один: точки А и В должны сойтись в одной точке заземления стойки (шкафа), образовав разные ветки защитной и сигнальной земли внутри стойки (шкафа). – Такой принцип даст оптимальные условия обеспечения электромагнитной совместимости разнородного оборудования.
Понятие интерфейса между объектом, управляемым при помощи компьютеризированного оборудования, и устройством, выполняющим функции контроля и диагностики, подразумевает жёсткую стандартизацию протокола обмена информацией. В случае автомобиля необходимость в этом присутствует, но в единообразии не очень заинтересованы производители.
- 1 История диагностики с OBD II
- 1.1 Что такое EOBD
- 2.1 Где находится
- 2.2 Распиновка разъема ОБД 2
- 3.1 A
- 3.2 B
- 3.3 C
- 3.4 Протокол ISO9141
- 3.5 J1850 VPW
- 4.1 Первый знак
- 4.2 Второй знак
- 4.3 Третий знак
- 4.4 Четвертый и пятый символы
Однако на законодательном уровне всё же удалось создать нечто стандартное, удобное для проверяющих организаций и частных предприятий по диагностике и ремонту. Это интерфейсный диагностический разъём OBD II, которым сейчас снабжены практически все автомобили.
История диагностики с OBD II
Изначально мало кто заботился об удобстве автомобильных диагностов. Микрокомпьютеры, управляющие агрегатами машины, могли быть проверены дилерскими средствами, в свободную продажу не поступающими и открытыми кодами не обеспеченными. Поэтому первый шаг был сделан государственными организациями, призванными следить за экологической чистотой транспорта.
Появился контрольный стандарт в США, где Калифорния всегда славилась, как самый требовательный к ограничению загрязнений окружающей среды двигателями внутреннего сгорания штат.
По теме: Что такое CAN-шина в автомобиле (устройство и схема подключения)
К середине 90х годов описание разъёма окончательно сформировалось в виде OBD II, то есть второго финального варианта исполнения. On-Board Diagnostics II стал обязателен к применению на всех автомобилях в США после 1996 года.
Что такое EOBD
Встречающаяся аббревиатура EOBD особого смысла в понятие OBD не добавляет, и даже нет точной определённости, что значит дополнительная буква в начале.
Это может быть сокращение от European, намёк на дополнительные способности Enhanced или просто бессмысленная приставка Electronic (других просто не существует).
Но чаще склоняются к началу внедрения позитивного американского стандарта в производство европейских автомобилей. Тем более, что рынок США всегда считался самым важным.
В результате параллельно с американскими стандартами на диагностический интерфейс SAE образовались и общемировые ISO.
В большинстве случаев идентичные, но с другими цифробуквенными обозначениями, а чаще применяется тот, который раньше появился. Это относится к протоколам физического и логического уровней.
Основная функция диагностического разъема
Диагностический разъём необходим для возможности организации связи внешнего контрольного компьютера с внутренними вычислительными ресурсами автомобиля. Через него информация визуализируется на мониторах и может быть считана и проанализирована специалистами автосервисов.
Это позволяет своевременно и быстро найти неисправность, тем самым, с точки зрения законодателей, оперативно предотвратить экологическое нарушение, а мастера получили инструмент, с помощью которого постепенно смогли выполнять те же сервисные процедуры, что и официальные дилеры.
Где находится
Расположение разъёма также стандартизировано, расстояние от руля не должно превышать 16 дюймов, более того, указаны совершенно точные места в нескольких вариантах для монтажа разъёма.
Обычно он прикрыт от загрязнений, но точное расположение в конкретном автомобиле и способ доступа хорошо известен ремонтникам.
Распиновка разъема ОБД 2
Очевидно, что назначение всех контактов в подобной системе должно быть чётко прописано. Использован стандартный 16-контактный разъём. а наиболее важные соединения однозначно привязаны к номерам контактов (пинам):
- положительная и отрицательная линии интерфейса типа SAE J1850 разведены на 2 и 10 контакты соответственно;
- аналогично линии High и Low CAN-шины (ISO 15765-4, SAE J2284) задействуют 6 и 14 контакты;
- на свободные контакты может быть выведена и низкоскоростная CAN-шина;
- 7 и 15 контакты используются для интерфейсов K-line и L-line ISO 9141-2 и ISO 14230;
- контакты 4 и 5 отведены под силовое и сигнальное заземление, могут быть просто соединены вместе перемычкой;
- постоянное питание 12 Вольт вне зависимости от включения зажигания подаётся на 16 контакт;
- остальные контакты жёстко не стандартизированы, производители часто используют их на своё усмотрение, например, для подачи напряжения питания после замка зажигания или главного реле, вывода питающего провода бензонасоса или коммутации цепей иммобилайзера.
Использование тех или иных контактов можно определить визуально, обычно если цепь не применяется, то пин в гнезде отсутствует полностью.
Классификация протоколов
Привести всё к единому протоколу обмена не удалось, поскольку система разрабатывалась и внедрялась сразу многими производителями, а затем непрерывно совершенствовалась, что продолжается и сейчас.
Удивительно ещё, что протоколов относительно немного. Укрупнённо их можно насчитать примерно девять, хотя если замечать все различия, то гораздо больше. Но особых проблем с совместимостью не возникает, сканеры включают в себя все интерфейсы, от первых, до самых совершенных.
Протоколы класса A самые низкоскоростные, но одновременно и простые, базируются на традиционных компьютерных последовательных интерфейсах, то есть не требуют значительных мощностей в виде преобразующих микроконтроллеров. Скорость до 10 кбит в секунду. Это то, что называют K-line.
Чуть более быстрые и сложные интерфейсные последовательные протоколы, лучше защищены от помех, используют различные виды модуляции цифрового сигнала. Скорость примерно в 5-10 раз выше.
Пока самые современные протоколы, к ним относится CAN-шина, то есть скорость порядка 500 кбит/c, увеличена разрядность кодовых посылок и усложнены прочие алгоритмы. Хорошая помехозащищённость дифференциального сигнала с витой пары.
Протокол ISO9141
J1850 VPW
Относится к группе протоколов американского стандарта J1850. Применяется на машинах GM. Работает впятеро медленнее, чем полностью аналогичный по логике J1850 PWM, используемый Ford.
Различаются интерфейсы по физической реализации, одно- или двухпроводные линии, модуляция по широте или по скважности. Описаны в одном стандарте.
Расшифровка ошибок по системе OBD2
Общим для всех производителей являются коды ошибок DTC (Diagnostic Trouble Code), не всегда и всеми соблюдаемые, но к этому стремятся. Обычно каждый код содержит четыре или пять знаков.
Первый знак
Им может быть одна из четырёх букв:
- B – кузов, то есть код относится к кузовному оборудования, салону и прочему;
- P – силовой агрегат;
- C – шасси;
- U – сетевое обеспечение.
Подобная локализация задумана для удобства работы с кодами на ранних этапах, без расшифровок.
Второй знак
Третий знак
Конкретизирует подсистему, где произошла неисправность. Согласно таблицам, где приводятся все коды, это может быть зажигание, питание, электронное обеспечение, элементы трансмиссии и прочие группы устройств.
Четвертый и пятый символы
Данные знаки выступают в роли двузначного кода, конкретизирующего произошедшую ошибку. Например, обрыв, замыкание, пропуск, выход значений из допустимых рамок. Выглядят хорошей подсказкой диагносту, хотя и не всегда.
OBD2 и ELM327
Считывать информацию и организовывать обмен через OBD можно самыми разнообразными профессиональными и любительскими устройствами. Но одна из фирм сделала удачный ход, создав прошивку универсального микроконтроллера, превратившего его в инструмент, преобразующий сигналы диагностического разъёма в типовой код для стандартного интерфейса бытовых компьютеров.
Небольшой приборчик, содержащий в типовом случае программируемый контроллер, микросхемы питания, электрически перезаписываемой памяти и связи по типовым интерфейсам (трансмиттеры), по габаритам ненамного крупнее разъёма.
Он устанавливается в розетку OBD2 и выдаёт сигнал стандартного последовательного интерфейса UART, известного ещё с первых персональных компьютеров. Физически его можно передавать в ноутбук, компьютер или планшет через распространённые интерфейсы USB, Bluetooth или Wi-Fi.
Это интересно: Расшифровка всех значков на приборной панели автомобиля
Информация обрабатывается и преобразуется в визуально удобную программным обеспечением персонального компьютера или смартфона. Приложения могут быть разного уровня сложности, платные и бесплатные, вплоть до наличия дилерских алгоритмов, если их уже написали для конкретной машины.
При этом сам адаптер остаётся простым, универсальным и дешёвым. Надо только проследить за наличием в нём всех рекламируемых возможностей по реализуемым функциям и протоколам. Это ещё не профессиональный уровень, но уже очень удобно во многих практических применениях.
![Заземление сигнальное]()
В больших системах, состоящих из разнородных приборов (например, мощных исполнительных устройств и чувствительной измерительной аппаратуры), существует проблема взаимовлияния устройств по цепи заземления, приводящая к сбоям и помехам. Исходя из опыта борьбы с этим явлением был введён термин сигнальное заземление.
Сигнальное заземление – это "чистая" ветка основной цепи заземления системы, по которой не текут токи заземления сильнопотребляющих, исполнительных устройств (силовое оборудование, станки, мощные, высоковольтные, искрообразующие, импульсные устройства, тиристорные преобразователи и т.п.), а протекают токи заземления относительно чувствительных сигнальных устройств (измерительные приборы, аналоговые тракты), а также компьютеров. Сам термин сигнальное заземление возник по причине того, что в сложных системах соединение без разбора всех точек заземления разнородных приборов приводит к проблеме их совместимости и возникает необходимость выделения отдельной "чистой" ветки заземления. В особо сложных системах возможно выделение нескольких веток сигнального заземления с определенной иерархией.
Рассмотрим два характерных случая построения цепи сигнального заземления:
1. В идеальном случае, если сигнальная цепь (и контактирующая с ней цепь сигнального заземления) гальванически изолирована от земли со стороны оборудования, то физически "чистая" ветка сигнального заземления образуется только тогда, когда она имеет соединение с "грязной" веткой заземления только в одной точке А, при этом чем ближе будет точка А к заземляющему устройству (например, цепь заземления вводного электрощитка), тем эта точка будет "чище", поскольку близость к заземляющему устройству электрофизически означает "минимум помех относительно земли". Такое построение цепи сигнального заземления обеспечивает независимость токов цепей защитного и сигнального заземления в их контурах протекания.
2. В неидеальном случае, если сигнальная цепь и связанная с ней цепь сигнального заземления не изолирована от земли со стороны оборудования, а, например, имеет связь с землёй через цепь защитного заземления, то провода сигнального заземления от разного оборудования следует максимально коротко соединить в одной точке В проводами большого сечения (а лучше – с наибольшей площадью поверхности), что обеспечивает наименьший импеданс проводов для импульсных токов заземления, протекающих от силового оборудования. А "наименьший импеданс для протекающего тока" физически означает наименьшее напряжение помех между общими проводами сигнальных цепей соединённого оборудования, т.е. наименьшее напряжение помех, приложенных к входам оборудования относительно общих проводов этих входов.
Рассмотрим ещё один распространённый практический случай построения цепей заземления разнородного оборудования, расположенного в металлической стойке или шкафу, в котором расположены блоки (крейты, модули).Этот характерный случай является сочетанием рассмотренных выше случаев 1 и 2, поскольку, с одной стороны, металлическая конструкция всегда должна быть заземлена (по правилам электробезопасности), а значит, стойка (шкаф) должна иметь точку заземления. С другой стороны, в стойке (шкафу), как правило, имеются расположенные близко разнородные силовое оборудование и чувствительные сигнальные устройства. Эта сложная электрофизическая обстановка на уровне стойки (шкафа) объединяет случаи 1 и 2 в один: точки А и В должны сойтись в одной точке заземления стойки (шкафа), образовав разные ветки защитной и сигнальной земли внутри стойки (шкафа). – Такой принцип даст оптимальные условия обеспечения электромагнитной совместимости разнородного оборудования.
Читайте также: