شبكه كنترل كننده CAN:

تاريخچه: پروتكل ارتباطي شبكه كنترل كننده CAN ابتدا در اروپا براي استفاده در ماشينهاي حمل و نقل طراحي شد. بدنبال استفاده موفقيت آميز از اين روش در صنايع اتوماسيون مانند وسايل كنترل كننده ، سنسورها و تحريك كننده ها ، استفاده از روش CAN در نقاط ديگر دنيا رواج پيدا كرد. در نهايت اين روش تحت عنوان ISO 11898 به صورت استاندارد شده مدون گرديد.

كاربردهاي CAN:

در اتومبيل ها: با توجه به نياز روز افزون صنعت اتومبيل سازي به امنيت بيشتر ، راحتي و پيروي از قراردادهاي جهاني پيرامون مسئله آلودگي محيط زيست ،‌هم چنين نياز به كاهش مفرد سوخت ، در صنايع خودروسازي سيستم هاي متنوع الكترونيكي طراحي شده و مورد استفاده قرار گرفته است. از جمله اين سيستم ها به عنون مثال مي توان به سيستم كنترل ترمز هوشمند (ABS) ، كنترل اصطكاك ، كيسه هاي هوايي ، سيستم كنترل قفل مركزي ، كمربندهاي ايمني هوشمند و … اشاره كرد.

پيچيدگي اين سيستم هاي الكترونيكي به همراه نياز به تبادل اطلاعات بين اين سيستم ها نياز به خطوط انتقال سيمي اطلاعات را بيش از پيش افزون كرد. روش CAN پاسخ كامل به اين نياز بود. با به كارگيري اين روش ، كنترل كننده ها ،‌ سنتورها و تحريك كننده ها با يكديگر اولاً به وسيله تنها دو سيم و ثانياً به صورت همزمان و تا سرعت حداكثر 1MB/_S  ارتباط برقرار مي كنند.

در مصارف صنعتي: مزاياي استفاده از پروتكل CAN مانند كاهش هزينه ها و بالاتر رفتن اطمينان به سيستم كه با بكارگيري اين روش در صنايع خودروسازي بدست آمد ، سازندگي محصولات متنوع ديگر را به استفاده بيش از پيش اين روش ترغيب و تشويق نمود. مثالهايي از مصارف صنعتي اين پروتكل عبارتند از: كنترل در صنايع وابسته به كشتيراني و راهبري دريايي سيستم هاي كنترل آسانسورها ، ماشين هاي متنوع كشاورزي ، اتوماسيون كارخانجات ، دستگاه هاي فتوكپي ، سيستم هاي پزشكي ، صنايع نساجي و بافندگي.

مزاياي شبكه CAN : به طور خلاصه مي تون مزاياي اين روش را به صورت زير بر شمرد.

• در جهت طراحي و پياده سازي مقرون به صرفه هستند.
• قابل اطمينان در محيط هاي پر نويزو اغتشاش مي باشند.
• به سادگي قابل پياده سازي و پيكر بندي هستند.
• به طور اتوماتيك خطاهاي احتمالي در ارتباط اطلاعات را مشخص مي كنند.
• يك محيط مركزي جهت تشخيص و خطاها در هنگام طراحي و يا زمان بهره برداري از آنها فراهم مي شود. به عبارت ديگر در زمان طراحي يا بكارگيري از اين شبكه مي توان در يك مركز مشخص خطاهاي احتمالي كاركرد آنها را پيگيري كرد.

به دنبال استفاده روزافزون از اين روش ، در جهت توسعه و تكميل آن پروتكلهاي ديگري مانند based CAL سيستم باز CAN ، شبكه وسيله , Oerice Net پادشاهي CAN J1939 , SDS , و … از بطن روش اصلي ، طراحي و پيشنهاد شده است.

مفاهيم سخت افزار و نرم افزاري CAN:

يك سيستم شبكه شده نمونه با كنترل كننده هاي مجزا در شكل(1) نمايش داده شده است. در اين مورد از يك ميكروكنترلر براي كنترل محل سيستم كه جزئي از كل پروسه مورد نظر را كنترل مي كند استفاده گرديده است. آلگوريتم مشخصي نيز جهت بررسي و تجزيه و تحليل اطلاعات دريافتي از سنسورها – مثلاً سنسورهاي نوري – تعبيه شده است. هم چنين از تحريك كننده هاي مشخصي نيز براي اعمال فرامين و دستورات لازم – مثلاً چرخش شيء كنترل شونده به اندازه زاويه مورد نظر استفاده مي گردد.

رگولاتور محلي نيز با هر كدام از رگولاتورهاي ديگر تعبيه شده در سيستم و با كنترل كننده مركزي ارتباط برقرار مي كند. كنترل كننده مركزي نيز كه در رتبه بالاتري قرار دارد براي تنظيم كل سيستم و يا دستيابي به اطلاعات اجزاء آن و اطلاعات آماري از كل پروسه ها با اجزاء كنترل كننده مرتبط است. اين ارتباط بين سيستم ها با استفاده از گذرگاه (باس) CAN برقرار مي گردد. اينگونه ارتباط سريال براي مواردي كه ارتباط بين اجزاء سيستم به طور تقريباً هميشگي زيست توصيه مي شود.

در اين حالت ديگر نيازي به سيم كشي مخصوص بسيار قابل انعطاف يا گران قيمت نخواهد بود. بنابراين مي توان سيستم را به صورت گره هايي از شبكه بدون نياز به اعمال تغييرات در سيم كشي توسعه داد. از مزاياي ديگر استفاده از شبكه هايي با قابليت آدرس دهي منطقي يا ساختار آدرس پذيري بر اساس ظرفيت مي توان به مورد زير اشاره كرد: اطلاعات گرفته شده از واحد كاري مرتبط به كنترل كننده شماره 1 در شبكه مي تواند در اختيار كنترل كنده شماره 2 يا كنترل كننده مرتبه بالاتر به طور همزمان قرار گيرد بنابراين ديگر نيازي نيست كه اين اطلاعات دو مرتبه براي رسيدن به كنترل كننده مركزي آدرس دهي شوند. اين الگوريتم به صورت زير است: پيامي كه حاوي اطلاعات واحد كاري است با يك معرفي كننده (Iden tifier) مخصوص بر روي گذرگاه (باس) منتقل مي شود. اين معرفي كننده ، كليدي است كه هركدام از گره هاي موجود در شبكه را جهت دسترسي به اطلاعات اين واحد كاري مقدور مي سازد. در نتيجه هركدام از واحدهاي موجود در شبكه كه علاقه مند به اين اطلاعات باشد مي توانند نتايج آنرا بدست آورد و مورد استفاده قرار دهند.

ويژگي هايي با گذرگاه CAN:

لايه هاي 1و2 انتقال اطلاعات در استاندارد بين الملي ISO 1159 – 2 جهت ارتباطات با سرعت كم و در استاندارد و ISO 11898 براي ارتباط با سرعت بالا بيان شده اند. علاوه بر آن ، مشخصات گذرگاه CAN نيز براي استفادة سازنده ها به طور جدا گانه اي بيان شده وتشريح گرديده است . در اين استاندارد مشخصات CANبه دو قسمت CAN.2.OAوCAN Z.OBتقسيم شده است. مهمترين تفاوت بين اين دو روش در فرمت ابتدايي يك پيام بخصوص تحت تعيين هويت (Identifier)  آنست . در استاندارد CAN 2.0 A قسمت تعيين هويت هر پيام از 11 بيت استاندارد تعيين شده در صورتيكه استاندارد CAN 2.0A كه به CAN توسعه يافته نيز معروف است. تحت تعيين پيام 36 بيت را تشكيل مي دهد . در بخشهاي آينده انواع مختلف پيامها و خصوصيات آنها توضيح داده شده است .

هر پيام سيستم CAN در بردارنده تعداد مشخصي از بيتهاي اطلاعاتي است كه به قسمتها و ميدانهاي مختلف تقسيم مي شوند. اين قسمتها داراي مباني مختلفي مانند : انتهاي فريم ، كه تصحيح و تشخيص خطاي ارتباط ، قسمت اطلاعات و قسمت داوري مي باشد . معني قسمت داوري از يك طرف تعيين اولويت پيام و از طرف ديگر آدرس منطقي اطلاعات است . اين آدرس منطقي در پيامهاي CAN 2.0 n  شامل 11 بيت و در CAN 2.0B شامل 29 بيت است . همانگونه كه در استاندارد هاي 11898 و 2- 11519 ISO آمده است ، در استاندارد CAN 2.0A تعداد 2032 آدرس منطقي مجاز وجود دارد . اين موضوع بدان معني است كه تعداد 2032 موضوع مخابراتي مختلف (پيام ) در اين استاندارد CAN تعريف شده است .اين تعداد پيام در استاندارد CAN توسعه يافته معادل 536 , 870 , 912  عدد مي باشد ( 2²⁹) چگونگي تركيب پيامها در سيستم CAN در شكل 1 نمايش داده شده است.