O documento apresenta um resumo sobre o protocolo de comunicação CAN (Controller Area Network). O CAN foi desenvolvido originalmente para aplicações automotivas e possui características como comunicação de dois fios, arbitragem não destrutiva e taxas de dados que variam de 10 kbit/s a 1 Mbit/s. O documento descreve as camadas física e de enlace do protocolo CAN e apresenta exemplos de aplicações como automação industrial e derivações do CAN.

1. Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará PROTOCOLO CAN 22/12/11 Júlio Peixoto da Silva Júnior Tecnólogo em Mecatrônica Fortaleza – CE 2011

2. Introdução A rápida evolução dos sistemas distribuídos na década de 80 é justificada pelo avanço da eletrônica digital e da microeletrônica. Protocolo de Campo ( Fieldbus ): é definido como um protocolo de comunicação usado em sistemas de controle distribuído onde cada dispositivo apresenta sua função especifica e se comunica utilizando um barramento de dados. 22/12/11

3. Introdução ao CAN Protocolo Digital de comunicação serial síncrona, apresentado em Detroit, 1986, por Robert Bosch para aplicações automobilísticas. Permitir a interligação de dispositivos eletrônicos no automóvel com uma solução de baixo custo, garantindo uma redução importante na quantidade de cabos . O CAN foi baseado na técnica CSMA/CD with AMP ( Carrier Sense Multiple Acess / Collision Detection and Arbitration on Message Priority ). 22/12/11

4. O CAN pode apresentar velocidades que podem varias de poucos Kbit/s chegar até 1Mbit/s. Padronizado pela ISO 11898 e ISO 11519, em 1994. Por que o CAN se tornou “popular”? Comunicação com dois fios: redução de gastos*, Redução da interferência eletromagnéticas; fácil implementação (manutenção, alterações) ; Tamanho de dados por quadro otimizado; Esquema de arbitragem não destrutiva ( bitwise arbitration) descentralizada; Possibilidade de implementação de rede com comunicação ponto a ponto,e ; Variedades de meios físicos. Protocolo CAN - Características 22/12/11

5. Protocolo CAN - Aplicações 22/12/11

6. Protocolo CAN versus Modelo OSI Segundo a ISO 11898 e ISO 11519, o CAN apresenta duas camadas: Camada Física: Não definida por completo; Subcamada de Sinalização; Subcamada de Ligação ao Meio; Subcamada de Interface Dependente do Meio; Camada de Enlace de Dados: A ISO difere da definição de Robert Bosch; Segundo a ISO subdivisão em duas partes; Subcamada de Ligação Lógica; Subcamada de Acesso ao Meio; Camada De Aplicação: Protocolos de Alto Nível DeviceNet, CANopen, CANKingdom 22/12/11

7. Protocolo CAN – Camada Física Non-Return-to-Zero; Técnica Bit – Stuffing Tempo Nominal de um Bit Níveis de Sinal 22/12/11

8. Protocolo CAN – Camada Física Segundo a CIA, cada nó CAN deve ser composto de: Controlador CAN; Microcontrolador; Transceiver CAN; Terminador de rede: 120 Ω Extensão da Rede: 22/12/11 Taxa de Dados ( Baud Rate ) Tamanho da Rede ( Bus Length ) Tempo Nominal de um bit ( Nominal Bit-Time ) 1 Mbit/s 30 m 1 µs 800 Kbit/s 50 m 1,25 µs 500 Kbit/s 100 m 2 µs 250 Kbit/s 250 m 4 µs 125 Kbit/s 500 m 8 µs 62,5 Kbit/s 1000 m 20 µs 20 Kbit/s 2500 m 50 µs 10 Kbit/s 5000 m 100 µs

9. Protocolo CAN – Enlace de Dados Método de Arbitragem. O CAN apresenta 5 tipos de quadros: Quadro de Dados; Quadro Remoto; Quadro de Erro; Quadro de Sobrecarga, e; Espaço entre quadros. 22/12/11

10. Protocolo CAN – Enlace de Dados Quadro de Dados: RTR  “Dominante” Campo Identificador: CAN 2.0A CAN 2.0B Campo de Controle: Campo de Dados: 64 bits de Dados CRC 15 bits de seqüência CRC 1 bit delimitador X 15 + X 14 + X 10 + X 8 + X 7 + X 4 + X 3 + 1 Campo de Reconhecimento 22/12/11 Número de Bytes Data Length Code (DLC) DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 0 d d d d 1 d d d r 2 d d r d 3 d d r r 4 d r d d 5 d r d r 6 d r r d 7 d r r r 8 r d d d

11. Protocolo CAN - Erros Cinco tipos de Erros divididos em dois tipos: Em Relação ao Bit: Erro de Bit e Erro de Stuffing Em Relação a Mensagem: Erro CRC; Erro de Forma; Erro de Reconhecimento; Mecanismo de Erro : Globalização dos Erros; Estados de Erros Registradores de Erro Contador de Recepção de Erros (REC) ; Contador de Transmissão de Erros (TEC); 12 regras 1 erro a cada 0,7 segundos com um Baud Rate 500 Kb/s, 8 horas por dia, probabilidade de 1 erro não detectado em 1000 anos. 22/12/11 ρ < 4.7 x 10 -11 x error_rate

12. Arquitetura Nó CAN Analise do Funcionamento do Nó CAN Transmissão de Registros CAN 22/12/11 Transmissão de Registros CAN Bits Identificador Bits de Dados Controlador CAN Start/Stop Bits CRC Arbitragem Transceiver CAN Barramento CAN Recepção de Registros CAN Transceiver CAN Barramento CAN Recepção de Registros CAN Bits Identificador Bits de Dados Controlador ECAN Checagem de Erros CRC Filtro de Mensagens Recepção da Mensagem

13. Exemplos de aplicações 22/12/11

14. Exemplos de Aplicação 22/12/11

15. CAN  DeviceNet DeviceNet utiliza o padrão CAN na camada de link de dados; Utiliza somente o tipo de frame de dados do protocolo CAN; Aplicado em suma maioria na automação industrial; Implementa em 1994 pela Allen Bradley. 22/12/11

16. CAN  DeviceNet 22/12/11

17. Exemplo de integração 22/12/11

18. CAN e sua derivações CANOpen DeviceNET J1939 (trens, caminhões, ônibus e etc) FMS (sistema de gerenciamento de frota) MilCAN (veículos militares) NMEA 2000 ( veículos marítimos e navegação ) ISO 11992 series ( truck/trailer conecções) ISO 11783 series (máquinas agríclolas e florestais) 22/12/11

19. Obrigado pela atenção Boa noite! [email_address] [email_address] (85)8746-5916