تاریخچه: پروتکل ارتباطی شبکه کنترل کننده CAN ابتدا در اروپا برای استفاده در ماشینهای حمل و نقل طراحی شد. بدنبال استفاده موفقیت آمیز از این روش در صنایع اتوماسیون مانند وسایل کنترل کننده ، سنسورها و تحریک کننده ها ، استفاده از روش CAN در نقاط دیگر دنیا رواج پیدا کرد. در نهایت این روش تحت عنوان ISO 11898 به صورت استاندارد شده مدون گردید.
کاربردهای CAN:
در اتومبیل ها: با توجه به نیاز روز افزون صنعت اتومبیل سازی به امنیت بیشتر ، راحتی و پیروی از قراردادهای جهانی پیرامون مسئله آلودگی محیط زیست ،هم چنین نیاز به کاهش مفرد سوخت ، در صنایع خودروسازی سیستم های متنوع الکترونیکی طراحی شده و مورد استفاده قرار گرفته است. از جمله این سیستم ها به عنون مثال می توان به سیستم کنترل ترمز هوشمند (ABS) ، کنترل اصطکاک ، کیسه های هوایی ، سیستم کنترل قفل مرکزی ، کمربندهای ایمنی هوشمند و … اشاره کرد.
پیچیدگی این سیستم های الکترونیکی به همراه نیاز به تبادل اطلاعات بین این سیستم ها نیاز به خطوط انتقال سیمی اطلاعات را بیش از پیش افزون کرد. روش CAN پاسخ کامل به این نیاز بود. با به کارگیری این روش ، کنترل کننده ها ، سنتورها و تحریک کننده ها با یکدیگر اولاً به وسیله تنها دو سیم و ثانیاً به صورت همزمان و تا سرعت حداکثر 1MB/S ارتباط برقرار می کنند.
در مصارف صنعتی: مزایای استفاده از پروتکل CAN مانند کاهش هزینه ها و بالاتر رفتن اطمینان به سیستم که با بکارگیری این روش در صنایع خودروسازی بدست آمد ، سازندگی محصولات متنوع دیگر را به استفاده بیش از پیش این روش ترغیب و تشویق نمود. مثالهایی از مصارف صنعتی این پروتکل عبارتند از: کنترل در صنایع وابسته به کشتیرانی و راهبری دریایی سیستم های کنترل آسانسورها ، ماشین های متنوع کشاورزی ، اتوماسیون کارخانجات ، دستگاههای فتوکپی ، سیستم های پزشکی ، صنایع نساجی و بافندگی.
مزایای شبکه CAN: به طور خلاصه می تون مزایای این روش را به صورت زیر بر شمرد.
در جهت طراحی و پیاده سازی مقرون به صرفه هستند.
قابل اطمینان در محیط های پر نویزو اغتشاش می باشند.
به سادگی قابل پیاده سازی و پیکر بندی هستند.
به طور اتوماتیک خطاهای احتمالی در ارتباط اطلاعات را مشخص می کنند.
یک محیط مرکزی جهت تشخیص و خطاها در هنگام طراحی و یا زمان بهره برداری از آنها فراهم می شود. به عبارت دیگر در زمان طراحی یا بکارگیری از این شبکه می توان در یک مرکز مشخص خطاهای احتمالی کارکرد آنها را پیگیری کرد.
به دنبال استفاده روزافزون از این روش ، در جهت توسعه و تکمیل آن پروتکلهای دیگری مانند based CAL سیستم باز CAN ، شبکه وسیله , Oerice Net پادشاهی CAN J1939 , SDS , و … از بطن روش اصلی ، طراحی و پیشنهاد شده است.
مفاهیم سخت افزار و نرم افزاری CAN:
یک سیستم شبکه شده نمونه با کنترل کننده های مج.زا نمایش داده شده است در این مورد از یک میکروکنترلر برای کنترل محل سیستم که جزئی از کل پروسه مورد نظر را کنترل می کند استفاده گردیده است. آلگوریتم مشخصی نیز جهت بررسی و تجزیه و تحلیل اطلاعات دریافتی از سنسورها – مثلاً سنسورهای نوری – تعبیه شده است. هم چنین از تحریک کننده های مشخصی نیز برای اعمال فرامین و دستورات لازم – مثلاً چرخش شیء کنترل شونده به اندازه زاویه مورد نظر استفاده می گردد.
رگولاتور محلی نیز با هر کدام از رگولاتورهای دیگر تعبیه شده در سیستم و با کنترل کننده مرکزی ارتباط برقرار می کند. کنترل کننده مرکزی نیز که در رتبه بالاتری قرار دارد برای تنظیم کل سیستم و یا دستیابی به اطلاعات اجزاء آن و اطلاعات آماری از کل پروسه ها با اجزاء کنترل کننده مرتبط است. این ارتباط بین سیستم ها با استفاده از گذرگاه (باس) CAN برقرار می گردد. اینگونه ارتباط سریال برای مواردی که ارتباط بین اجزاء سیستم به طور تقریباً همیشگی زیست توصیه می شود. در این حالت دیگر نیازی به سیم کشی مخصوص بسیار قابل انعطاف یا گران قیمت نخواهد بود. بنابراین می توان سیستم را به صورت گره هایی از شبکه بدون نیاز به اعمال تغییرات در سیم کشی توسعه داد. از مزایای دیگر استفاده از شبکه هایی با قابلیت آدرس دهی منطقی یا ساختار آدرس پذیری بر اساس ظرفیت می توان به مورد زیر اشاره کرد: اطلاعات گرفته شده از واحد کاری مرتبط به کنترل کننده شماره 1 در شبکه می تواند در اختیار کنترل کنده شماره 2 یا کنترل کننده مرتبه بالاتر به طور همزمان قرار گیرد بنابراین دیگر نیازی نیست که این اطلاعات دو مرتبه برای رسیدن به کنترل کننده مرکزی آدرس دهی شوند. این الگوریتم به صورت زیر است: پیامی که حاوی اطلاعات واحد کاری است با یک معرفی کننده (Iden tifier) مخصوص بر روی گذرگاه (باس) منتقل می شود. این معرفی کننده ، کلیدی است که هرکدام از گره های موجود در شبکه را جهت دسترسی به اطلاعات این واحد کاری مقدور می سازد. در نتیجه هرکدام از واحدهای موجود در شبکه که علاقه مند به این اطلاعات باشد می توانند نتایج آنرا بدست آورد و مورد استفاده قرار دهند.
ویژگیهایی با گذرگاه CAN:
لایه های 1و2 انتقال اطلاعات در استاندارد بین الملی ISO 1159 – 2 جهت ارتباطات با سرعت کم و در استاندارد و ISO 11898 برای ارتباط با سرعت بالا بیان شده اند. علاوه بر آن ، مشخصات گذرگاه CAN نیز برای استفاده سازنده ها به طور جدا گانه ای بیان شده وتشریح گردیده است . در این استاندارد مشخصات CANبه دو قسمت CAN.2.OAوCAN Z.OBتقسیم شده است. مهمترین تفاوت بین این دو روش در فرمت ابتدایی یک پیام بخصوص تحت تعیین هویت (Identifier) آنست . در استاندارد CAN 2.0 A قسمت تعیین هویت هر پیام از 11 بیت استاندارد تعیین شده در صورتیکه استاندارد CAN 2.0A که به CAN توسعه یافته نیز معروف است. تحت تعیین پیام 36 بیت را تشکیل می دهد . در بخشهای آینده انواع مختلف پیامها و خصوصیات آنها توضیح داده شده است .
هر پیام سیستم CAN در بردارنده تعداد مشخصی از بیتهای اطلاعاتی است که به قسمتها و میدانهای مختلف تقسیم می شوند. این قسمتها دارای مبانی مختلفی مانند : انتهای فریم ، که تصحیح و تشخیص خطای ارتباط ، قسمت اطلاعات و قسمت داوری می باشد . معنی قسمت داوری از یک طرف تعیین اولویت پیام و از طرف دیگر آدرس منطقی اطلاعات است . این آدرس منطقی در پیامهای CAN 2.0 n شامل 11 بیت و در CAN 2.0B شامل 29 بیت است . همانگونه که در استاندارد های 11898 و 2- 11519 ISO آمده است ، در استاندارد CAN 2.0A تعداد 2032 آدرس منطقی مجاز وجود دارد . این موضوع بدان معنی است که تعداد 2032 موضوع مخابراتی مختلف (پیام ) در این استاندارد CAN تعریف شده است .این تعداد پیام در استاندارد CAN توسعه یافته معادل 536 , 870 , 912 عدد می باشد ( 229) چگونگی ترکیب پیامها در سیستم CAN در شکل 1 نمایش داده شده است.
توضیح این بیتها در پیام های CAN به شرح زیر می باشد :
بیت شروع (1بیت ) : این بیت ابتدای هر پیام را مشخص می کند . پس از مدت رسانی که خط ارتباطی مورد استفاده قرار نگرفته و درحالت اصطلاحاً بیکار (Idle) می باشد ، لبه پایین رونده بیت شروع جهت سنکرون کردن ( همزمان کردن ) نقطه های مختلف شبکه مورد استفاده قرار می گیرد.
بیت های تعیین هویت = 11 بیت : آدرس منطقی و اولویت پیام را تعیین می کند . هر چه مقدار این پیام کمتر باشد . اولویت آن بیشتر است (عدد صفر دارای بالای اولویت است ) .
بیت درخواست انتقال اطلاعات از راه دور (RTR) = 1 بیت :این بیت مورد استفاده گیرنده برای در خواست اطلاعات از یک فرستنده و دیگر در راه دور مورد استفاده قرار می گیرد . اگر این بیت معادل 1 (گرفتن) باشد ، به معنی آنست که فریم اطلاعات صرفنظر از آنچه که کدهای دیگر مشخص می کنند ، حاوی هیچ گونه اطلاعاتی نیست ، در این حالت بقیه گره های شبکه چک می کنند که آیا اطلاعاتی جهت ارسال به نقطه ای که تقاضای اطلاعات دارد ، را دارند یا خیر ، این تقاضای در سال و پاسخ احتمالی به آن و فریم متفاوت اطلاعاتی بر روی گذرگاه داده ها می باشند . این مسئله بدان معنی است که پاسخ این در خواست می تواند بدلیل وجود پیامهای دیگر با اولویت ارتباطی بالاتر به تأخیر بیفتد.
بیتهای کنترل ( = 6 بیت ) : اولین بیت این فریم بیت تعیین هویت است . اگر اولین بیت صفر منطقی باشد بدان معنی است که بیتهای تعیین هویت دیگر فرستاده نخواهند شد و فریم اطلاعاتی یک فریم استاندارد CAN می باشد . بیتro برای استفاده های بعدی رزرو شده و چهار بیت بعدی که تعیین کننده طول اطلاعات برای فریم اطلاعات همراه با این پیام را مشخص می کنند.
بیتهای اطلاعات (0 تا 64 بیت معادل 5 تا 8 بایت ) : محتویات اطلاعات پیام را منتقل می کنند.
کد تشخیص خطا = 16 بیت : که مشخص کننده خطا در بیت های قبلی ارسال شده در پیام را نشان می دهد. این بیتها تنها برای تشخیص خطا مورد استفاده قرار می گیرند و نمی توان از آن برای تصحیح خطا استفاده کرد . فاصله همینک این کدها معادل 6 است . یعنی می توان با استفاده از این کدها معادل 6 بیت خطا را تشخیص داد که در کل پیام پراکنده شده یا خطاهای تجمعی (buist) تا 15 بیت را مشخص می کنند .
بیت تأیید ACK = 2 بیت :هر نقطه از شبکه که پیام درستی را بر روی سیم های انتقالی در یافت نمود در قسمت تأیید علامتی را جهت تأیید دریافت درستی پیام ارسال می دارد . این علامت به وسیله فرستنده پیام خوانده می شود و اگر این تأیید به توسط فرستنده خوانده نشد نشاندهنده بروز خطا در ارتباط می باشد . توجه شود که اگر فرستنده این تأیید را در یافت کرد نمی تواند مطمئن باشد که پیام مورد نظرش توسط گیرنده مربوط دریافت شده است . بلکه این تأییدیه تنها نشان می دهد که پیام به طور درستی بر روی گذرگاه CAN منتقل شده است .