335-01_09-04-30_Edicao1.0_SPB

MULTIPLEXAGEM

Referências

Colecção Título do Módulo

Suporte Didáctico

Coordenação Técnico-Pedagógica

Direcção Editorial Autor

Formação Modular Automóvel Multiplexagem

Guia do Formando

CEPRA - Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Departamento Técnico Pedagógico CEPRA - Direcção CEPRA - Desenvolvimento Curricular

Maquetagem

CEPRA – Núcleo de Apoio Gráfico

Propriedade

CEPRA - Centro de Formação Profissional da Reparação Automóvel Rua Francisco Salgado Zenha, 3 2685 - 332 PRIOR VELHO

Edição 1.0

Portugal, Lisboa, 2009/04/30

Multiplexagem

Índice

ÍNDICE DOCUMENTOS DE ENTRADA OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS DO MÓDULO ............................................... E.1

CORPO DO MÓDULO 0 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................0.1 1 - EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA MULTIPLEXAGEM/REDES CAN ...............................1.1 1.1 – HISTÓRIA DA MULTIPLEXAGEM/REDES CAN ..............................................................1.1 1.2 – O APARECIMENTO DA MULTIPLEXAGEM ....................................................................1.1 1.3 – VANTAGENS DA MULTIPLEXAGEM...............................................................................1.4

2 – MULTIPLEXAGEM – SISTEMA DE COMUNICAÇÃO ..............................................2.1 2.1 – APRESENTAÇÃO DO SISTEMA......................................................................................2.1 2.2 – NORMAS CAN E CAMPOS DE APLICAÇÃO DO SISTEMA ...........................................2.2 2.2.1 - VEÍCULOS DE PASSAGEIROS .............................................................................2.2 2.2.2 - CAMIÕES, AUTOCARROS E VEÍCULOS TODO-O-TERRENO ...........................2.3 2.2.3 - INDÚSTRIA E OUTRAS APLICAÇÕES .................................................................2.4

3 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DO SISTEMA ......................................................................3.1 3.1 – CLASSES CAN SEGUNDO NORMALIZAÇÃO ISO .........................................................3.2 3.2 – LINHAS BUS .....................................................................................................................3.3

4 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA.....................................................4.1 4.1 - TOPOLOGIA DE REDE .....................................................................................................4.1 4.1.1 - TOPOLOGIA EM ESTRELA ...................................................................................4.1 4.1.2 - TOPOLOGIA EM ANEL ..........................................................................................4.2 4.1.3 - TOPOLOGIA LINEAR .............................................................................................4.4 4.1.4 - TOPOLOGIA EM ÁRVORE ....................................................................................4.5 4.2 – HIERARQUIA ....................................................................................................................4.6 4.2.1 - SISTEMA MESTRE – ESCRAVO...........................................................................4.6 4.2.2 - SISTEMA MULTI – MESTRE .................................................................................4.7 4.3 – OUTRAS CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES..............................................................4.8

Multiplexagem

Índice

5 – COMPOSIÇÃO E FUNCIONAMENTO DO SISTEMA ...............................................5.1 5.1 – COMPONENTES DO SISTEMA .......................................................................................5.1 5.2 – FUNCIONAMENTO DOS COMPONENTES.....................................................................5.2 5.2.1 - GATEWAY ..............................................................................................................5.3 5.2.2 - FICHA DE DIAGNÓSTICO .....................................................................................5.5 5.2.3 - SISTEMAS RECEPTORES (RX) E TRANSMISSORES (TX) ................................5.6 5.2.3.1 - CAN DE ALTA VELOCIDADE (ISO 11898-2) ..........................................5.6 5.2.3.2 - CAN DE MÉDIA VELOCIDADE (ISO 11898-3) ......................................5.13 5.2.3.3 - CAN DE BAIXA VELOCIDADE (SAE J2411) .........................................5.17

6 – TRANSMISSÃO DE DADOS .....................................................................................6.1 6.1 – CICLO DE TRANSMISSÃO DE DADOS ..........................................................................6.1 6.2 – COMUNICAÇÃO COM A REDE .......................................................................................6.2 6.3 – PROTOCOLO DE TRANSMISSÃO DE DADOS ..............................................................6.3 6.3.1 - CONTEÚDO DO PROTOCOLO DE DADOS .........................................................6.4 6.3.2 - FORMAÇÃO DO PROTOCOLO DE DADOS .......................................................6.10

7 – OUTROS SISTEMAS CAN ........................................................................................7.1 7.1 – VAN (VEHICLE AREA NETWORK) ..................................................................................7.1 7.2 – LIN (LOCAL INTERCONNECT NETWORK).....................................................................7.3 7.3 – FIBRA ÓPTICA .................................................................................................................7.9 7.3.1 – MOST (MEDIA ORIENTED SYSTEMS TRANSPORT) .......................................7.10 7.3.2 – D2B (DIGITAL DATA BUS) ..................................................................................7.14

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... C.1

DOCUMENTOS DE SAÍDA PÓS-TESTE .................................................................................................................... S.1 CORRIGENDA DO PÓS-TESTE..................................................................................... S.8 ANEXOS .......................................................................................................................... A.1

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DOCUMENTOS DE ENTRADA

Objectivos Gerais e Específicos do Módulo

OBJECTIVOS GERAIS E ESPECÍFICOS No final deste módulo, o formando deverá ser capaz de:

OBJECTIVOS GERAIS

Ter a noção da importância da utilização da multiplexagem nos veículos actuais. Identificar e distinguir os diversos sistemas de multiplexagem existentes e as principais características.

OBJECTIVOS ESPECÍFICOS

Identificar o princípio de funcionamento de um sistema de multiplexagem. Identificar e distinguir as diferenças entre os diversos sistemas de multiplexagem. Distinguir os sistemas multiplexagem de acordo com as velocidades de comunicação e os campos de aplicação do sistema. Identificar os tipos de topologia de rede utilizados nos diferentes sistemas de comunicação. Distinguir e interpretar o funcionamento dos componentes que fazem parte de um sistema de multiplexagem. Identificar e interpretar os protocolos de comunicação de acordo com o sistema de comunicação em questão.

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E.1

CORPO DO MÓDULO

Introdução

0 - INTRODUÇÃO As exigências crescem continuamente aos níveis da segurança de condução, do conforto na condução, do comportamento das emissões de gases de escape e do consumo do combustível. Num veículo moderno, o número de componentes e aparelhos de comando passou para além das fronteiras do sistema convencional de linhas individuais. Nestes sistemas para cada tipo de informação há a necessidade de um cabo separado para cada direcção. Estas exigências cada vez mais implicam um intenso intercâmbio de informação entre as unidades de controlo, então a fim de manterem, claramente estruturados todos os sistemas eléctricos e electrónicos, evitando que ocupem demasiado espaço, surge uma solução técnica apropriada para o intercâmbio de informação, a Multiplexagem ou CAN-Bus de dados (pode ter as duas designações). Um CAN-Bus de dados pode ser comparado a um autocarro. Tal como o autocarro pode transportar muitas pessoas o CAN-Bus pode transportar uma grande quantidade de informação (fig. 0.1).

Fig. 0.1 – Bus de dados

O CAN-Bus de dados para automóveis, começou a ser desenvolvido pela Robert Bosch Gmbh em 1983, e é uma solução dessa natureza. Foi desenvolvida especialmente para o uso nos automóveis e está implantado em quase todas as marcas de automóveis comercializadas actualmente. CAN significa Controller Area Network (rede da área do controlador), o que significa que as unidades de controlo são inter ligadas e realizam um intercâmbio de dados entre si.

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0.1

Evolução Histórica da Multiplexagem/Redes CAN

1 - EVOLUÇÃO HISTÓRICA DA MULTIPLEXAGEM/REDES CAN 1.1 – HISTÓRIA DA MULTIPLEXAGEM/REDES CAN É na década de 80 que se os primeiros passos no estudo e desenvolvimento da Multiplexagem. As datas mais marcantes na concepção e desenvolvimento deste sistema estão descritas de seguida. 1981 – Protocolo CAN desenvolvido para uso em fábricas. 1983 – A Bosch inicia o desenvolvimento CAN para automóveis. 1985 – Início da cooperação entre a Bosch e a Intel no desenvolvimento de chips. 1988 – Os primeiros chips CAN estão disponíveis na Intel. A Daimler e a Mercedes-Benz iniciam a implementação dos sistemas CAN nos seus veículos. 1991 – Primeira utilização do protocolo CAN na cablagem de potência de um modelo de produção Mercedes-Benz. 1999 – Audi, BMW, DaimlerChrysler, Motorola, Volkswagen e Volvo introduzem as linhas LIN. A qual foi bem aceite por ser fiável e usar apenas um fio. 2002 – São empregues cabos ópticos do tipo D2B, MOST e Byteflight, com altas taxas de transmissão (fibra óptica). 2003 – Audi usa a interface Bluetooth, familiar com as tecnologias GSM no seu novo modelo A8. Foi um grande desenvolvimento pois permite a comunicação sem fios. 2007 – A maioria dos automóveis é equipada com Redes CAN de série.

1.2 – O APARECIMENTO DA MULTIPLEXAGEM Num veículo moderno, o número de componentes e aparelhos de comando, e as respectivas ligações entre eles passou além das fronteiras do sistema convencional de linhas individuais (gráf. 1.1 e 1.2). A cablagem individual implica que para cada tipo de informação haja necessidade de um cabo separado para cada direcção (no qual a informação é trocada). Há duas razões para os veículos modernos não poderem atender à cablagem convencional de forma individual: • O elevado número de fios tornaria a cablagem demasiado grande, extensa e pesada. • As fichas convencionais têm um número limitado de pinos.

Multiplexagem

1.1

Evolução Histórica da Multiplexagem/Redes CAN

Gráf. 1.1 e 1.2 – Evolução das ligações eléctricas nos automóveis

Sem dúvida que os automóveis continuam a ser cada vez mais seguros, fiáveis, mais amigos do ambiente e mais confortáveis. Devem manter uma condução agradável e divertida, com música, telefone móvel e acesso à Internet. Por estes motivos, os veículos modernos são equipados com dezenas de sensores, aparelhos de comando e actuadores. Todos estes componentes têm de trabalhar em conjunto e trocar grandes quantidades de dados. Isso conseguiu-se com a substituição dos sistemas eléctricos convencionais pela Multiplexagem (ver fig. 1.1).

Fig. 1.1 – O aparecimento da Multiplexagem

1.2

Multiplexagem

Evolução Histórica da Multiplexagem/Redes CAN

Por exemplo, um automóvel moderno pode conter: Mais de 11000 componentes eléctricos e electrónicos. Uma rede a bordo podendo ter 2119 fios individuais com o comprimento total de 3860 metros. Um total de 61 unidades de controlo interligadas. 31 Unidades de controlo com capacidade de diagnóstico usando a linha K. Um Bus óptico para tráfego de dados “pesados” em informação e entretenimento (infotainment). 35 unidades de controlo no CAN-Bus trocando cerca de 2500 sinais de dados em 250 pacotes de mensagens CAN.

A Multiplexagem veio simplificar as ligações entre os componentes. Com ligações convencionais também se consegue ter várias unidades de comando ligadas entre si, mas com um número muito maior de cabos e ligações (para cada informação é necessário um cabo). Com o aparecimento da Multiplexagem, tornou-se possível ter várias unidades de comando ligadas entre si por uma linha comum (Bus), que transmite muitas informações (ver fig. 1.2). Conclusão, sistema mais simples, leve, barato e principalmente mais fiável.

Fig. 1.2 – Vários calculadores/unidades ligados entre si

Multiplexagem

1.3

Evolução Histórica da Multiplexagem/Redes CAN

1.3 – VANTAGENS DA MULTIPLEXAGEM Em relação às linhas de comunicação convencionais, comparando com a Multiplexagem emergem as seguintes vantagens: • A cablagem para todos os equipamentos é incluída num bus (normalmente um par de cabos entrelaçados). • O número de linhas de dados necessários é muito reduzido. • A rede permite a implementação de funções de controlo complexas que não seriam viáveis usando cablagem convencional. • A informação é transmitida digitalmente como um número. • Evita-se o uso de conversores digital/analógico pois introduzem alguns erros, todas as trocas são efectuadas de forma digital. • A detecção de erros está simplificada, pois erros digitais são de imediato retirados e envia-se nova mensagem de substituição. • Pode ser adicionado com simplicidade mais equipamento ao bus (fig. 1.3).

Fig. 1.3 – Facilmente são adicionados componentes ao sistema

NOTA: De salientar é o facto de este sistema ser bastante fiável, raramente tem avarias, e de se poder adicionar novos componentes muito facilmente, por exemplo, o OPEL ASTRA (2006) sem a função cruise control basta aplicar o manipulo, e programar a unidade de comando. Apenas temos de “avisar” a rede que existe mais uma função disponível, e, passamos a ter esta função disponível no veículo. Como outro exemplo temos o caso de aplicar um reboque ao veículo, basta adicionar a unidade de comando de reboque à rede CAN. 1.4

Multiplexagem

Evolução Histórica da Multiplexagem/Redes CAN

Nas figuras 1.4 e 1.5 compara-se um sistema convencional com um sistema multiplexado no caso do comando dos vidros eléctricos num automóvel:

Fig. 1.4 – Sistema de ligações eléctricas convencional

Fig. 1.5 – Sistema de ligações eléctricas multiplexado

Estabelecendo a comparação entre os dois sistemas acima pode-se verificar que o número de fios no sistema multiplexado é muito inferior ao do sistema convencional (2 fios – multiplexado contra 14 fios – convencional), consequentemente é mais leve, mais simples, ocupando menos espaço.

Multiplexagem

1.5

Multiplexagem - Sistema de Comunicação

2 – MULTIPLEXAGEM – SISTEMA DE COMUNICAÇÃO 2.1 – APRESENTAÇÃO DO SISTEMA A multiplexagem é um sistema que consiste na intercomunicação de várias unidades de comando (ou nós – pode-se utilizar as duas designações) ligadas entre si através de um par de fios bidireccionais (Bus), o qual permite a troca de informações entre elas. Num veículo podemos encontrar várias redes CAN (Controller Area Network) independentes utilizando diferentes taxas de transmissão. As primeiras especificações do CAN-Bus são nas aplicações na indústria. A primeira classificação formal ao sistema CAN foi elaborada pela SAE (Society of Automotive Engineers - Sociedade de Engenheiros de Automóveis). As especificações, exigências e propriedades técnicas gerais da CAN-Bus são definidas num protocolo, normalizadas pela ISO (International Organisation for Standardisation - Organização Internacional para a Normalização) e publicadas segundo a norma ISO 11519. A SAE publica também as normas, particularmente no que diz respeito às circunstâncias e exigências especiais de veículos comerciais. Na tabela 2.1 representam-se algumas características importantes: CLASSES CAN PARA VEÍCULOS LIGEIROS (SAE) SAE CLASSE A

SAE CLASSE B

SAE CLASSE C

LIN

CAN/B

CAN/C

Baixa Velocidade

Baixa Velocidade

Média Velocidade

Alta Velocidade

ISO 9141

SAE J 2411

ISO 11898-3

ISO 11898-2

Um fio

Um fio

Dois fios

Dois fios

20 kbps

33,3 - 83,3 kbit/s

até 125 kbit/s

250 kbit/s - 1 Mbit/s

Classificação segundo SAE: J1213/1

Tab. 2.1 – Classes CAN SAE para veículos ligeiros

Para detecção de avarias, o veículo é equipado com uma saída de diagnóstico. Isto permite a pesquisa de avarias utilizando “a chamada linha K” (ISO 9141). No entanto, nos últimos modelos de viaturas, verifica-se que a linha K desapareceu e, em substituição o sistema diagnóstico poderá ser feito através de dois ou mais terminais dedicados na ficha E-OBD (dependendo da quantidade das linhas multiplexadas). Esta classificação foi simplificada pela ISO que chegou a uma classificação simples e pragmática retendo duas aplicações: - CAN de baixa velocidade para transmissão de dados com velocidade inferior a 125kbit/s; - CAN de alta velocidade para transmissão de dados com velocidade superior a 125kbit/s. Multiplexagem

2.1

Multiplexagem - Sistema de Comunicação

2.2 – NORMAS CAN E CAMPOS DE APLICAÇÃO DO SISTEMA Os principais campos de utilização do sistema CAN-Bus são: Veículos de Passageiros, Camiões e Autocarros e Veículos de Todo-o-Terreno, Comboios de passageiros e de carga, Electrónica Marítima, de Aviação e Aeroespacial, Automatização de Fábricas, Controlo de Máquinas Industriais, Elevadores, Automação de Edifícios, Equipamento Médico, Controlo Não-Industrial e Equipamento Não-Industrial.

2.2.1 - VEÍCULOS DE PASSAGEIROS • ISO 11898-2: CAN de alta velocidade (125kbit/s – 1Mbit/s), é o sistema CAN mais utilizado. Permite um comprimento da rede máximo de 40m (fig. 2.1); • ISO 11898-3: CAN de média velocidade (100 - 125kbit/s) (tolerância de erro), a característica principal é ter a capacidade de funcionar correctamente mesmo com erros no sistema (fig. 2.1); • ISO 11519: VAN (Vehicle Area Network), consolidou-se no mercado francês e é utilizado nos veículos Renault e grupo PSA (velocidade de 250kbit/s ou 62,5kbit/s); • SAE J2411: CAN de baixa velocidade (33kbit/s - 83,3kbit/s em modo diagnóstico) – fio-único, bastante usado em sistemas de controlo de conforto (fig. 2.1); • OBD ISO 15765 (diagnóstico CAN).

Fig. 2.1 – Protocolos CAN para veículos ligeiros

2.2

Multiplexagem

Multiplexagem - Sistema de Comunicação

As redes CAN são utilizadas na gestão electrónica de um veículo e ligam várias unidades de comando (fig. 2.2). A grande maioria dos fabricantes de automóveis europeus instalou também as redes CAN de alta velocidade (500kbit/s), nos seus sistemas de transmissão e motor. Além disso, a maioria dos veículos de passageiros europeus estão também equipados com os sistemas multiplexados que ligam as unidades de controlo dos sistemas de conforto (vidros eléctricos, ar condicionado, etc.). O grupo GM (na Europa: Saab e Opel) usa a baixa velocidade, redes CAN de fio único (LIN) para controlo dos sistemas de conforto.

Fig. 2.2 – Redes CAN num veículo ligeiro

Hoje em dia é possível realizar diagnóstico de avarias no sistema CAN-Bus graças à constante evolução das máquinas de diagnóstico multi-marcas. As diferentes Redes CAN do veículo são ligadas através de Gateways. Em várias versões do sistema, a gateway localiza-se no painel de instrumentos (serve para ligar a CAN de alta velocidade à LIN por exemplo).

2.2.2 - CAMIÕES, AUTOCARROS E VEÍCULOS TODO-O-TERRENO • ISO 11992: Comunicação Camião/Atrelado (fig. 2.3); • SAE J1939: Camião, Autocarro, Agricultura e Veículos Todo-o-Terreno; A rede CAN é usada no controlo do motor tal como da carroçaria e opera da mesma forma que nos veículos ligeiros. Na América do Norte é usado o protocolo J1939-71 (SAE) também para a comunicação entre camião/atrelado (fig. 2.3). Na Europa, por sua vez, foi regulamentado outro protocolo (ISO 11992) pela Administração Europeia, para a comunicação global camião/atrelado.

Fig. 2.3 – Conjunto camião/atrelado

Multiplexagem

2.3

Multiplexagem - Sistema de Comunicação

2.2.3 - INDÚSTRIA E OUTRAS APLICAÇÕES • SAE J1939: Camiões de transportes especiais, tractores agrícolas (fig. 2.5); • ISO 11783: Maquinaria de colheita e tratamentos (fig. 2.4) – agricultura.

Fig. 2.4 – Redes CAN em veículos agrícolas

Tal como nos casos vistos anteriormente, as Redes CAN funcionam exactamente da mesma forma, a diferença está no facto dos protocolos ou normas cumpridos serem diferentes.

Fig. 2.5 – Tractor agrícola

Os veículos usados na agricultura, tais como tractores (fig. 2.5), corta-relva, máquinas de colheita de tomate ou uva, ceifeiras, etc. usam cada vez mais a electrónica, que dentro do veículo são ligados através de redes CAN e cumprem o protocolo da SAE J1939. Por sua vez, o CAN-Bus (ISO11783) é usado para controlar os componentes do exterior (por exemplo: maquinaria de colheita) a outras redes do interior do veículo. A maioria dos veículos movidos a gasóleo cumpre o protocolo da SAE J1939-71 para a comunicação motor/transmissão. Em outros veículos de todo-o-terreno (por exemplo: máquinas da construção, camiões muito pesados, máquinas usadas em minas), os motores diesel são controlados também por redes CAN através do protocolo SAE J1939-71. 2.4

Multiplexagem

Princípios Básicos do Sistema

3 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DO SISTEMA Cada dispositivo electrónico da rede CAN-Bus está equipado com um interface electrónico estandardizado de linguagem digital, que cumpre um determinado protocolo (configuração das mensagens), e permite que todas as unidades entendam as informações enviadas para a rede. Tal como diferentes protocolos, existem também áreas de transmissão de dados com velocidades diferentes, ou seja, o sistema global CAN pode-se subdividir em duas áreas, que são a área de tracção e a área de conforto. • Área de tracção é composta por várias unidades de controlo, por exemplo: do motor, caixa de velocidades automática, do ABS/ESP (área que tem a ver com a segurança do automóvel). Tem uma velocidade de transmissão de dados de 500kbit/s (aproximadamente 0,25ms, a unidade pode enviar dados em cada 10ms). • Área de conforto é constituída pelas unidades de controlo das portas, do ar condicionado, rádio, etc.. Velocidade de transmissão de dados de 100kbit/s (aproximadamente 1ms, a unidade envia dados em cada 20ms). • Área de infotainment (info de informação e tainment de entertainment – entretenimento) que pode englobar outros sistemas como o ar condicionado, GPS, etc. (normalmente em sistemas CAN de média velocidade).

Características principais de uma Rede CAN-Bus: • Cablagem muito simplificada, que permite ligar várias unidades de comando (fig. 3.1); • Transmissão rápida de dados entre as unidades de comando; • Economia de espaço graças a unidades de comando com fichas pequenas; • Poucas avarias graças a uma comprovação constante das mensagens enviadas através das unidades de controlo; • Está normalizada à escala mundial. Portanto pode intercambiar dados com unidades de comando de diferentes fabricantes.

Fig. 3.1 – Várias unidades a enviarem mensagens para a rede Multiplexagem

3.1

Princípios Básicos do Sistema

3.1 – CLASSES CAN SEGUNDO NORMALIZAÇÃO ISO CAN Classe A A esta classe diz respeito às comunicações que não produzem efeito na segurança do condutor entre unidades ditas não inteligentes, ou seja, funções relacionadas com o conforto e carroçaria, unidades com funções simples (como comando de vidros eléctricos, bancos eléctricos, etc.). A informação trocada é pequena (1byte = 8bits) e é enviada para o Bus com velocidades por volta de 20kbit/s. Os custos destas unidades são baixos.

CAN Classe B Os mesmo nós podem ser vistos nesta classe, no entanto, as mensagens poderão conter mais bits que a do classe A (por exemplo no controlo dos vidros eléctricos). A velocidade de transmissão está compreendida entre 10 e 125kbit/s.

CAN Classe C Por as informações necessitarem de transferências em tempos reais com tempos de ciclo inferiores a 10ms e os tempos de latência inferiores a 1ms (exemplo: transferência de dados entre a injecção electrónica e a caixa de velocidades automática). A informação é enviada com velocidades até 1Mbit/s.

CAN Classe D Pacotes de informação que contêm um grande número de bytes e que necessitam de tempos de transferência na ordem do segundo em que as velocidades de transmissão estão na ordem dos 10Mbit/ s (exemplo: rádio, sistemas de navegação – GPS), serve também para diagnóstico nos casos em que se necessita de grandes velocidades de comunicação. Rede

Velocidade de Transmissão

CAN Classe A

Até 20kbit/s

CAN Classe B

Até 125kbit/s

CAN Classe C

Até 1Mbit/s

CAN Classe D

Até 10Mbit/s

LIN

Até 20kbit/s

MOST (fibra óptica)

21,2Mbit/s

BLUETOOTH (sem fios)

1Mbit/s

Tab. 3.1 – Velocidades das diversas Redes CAN

Ver também a Fig. 3.2 que representa a taxa de transmissão de dados dos vários sistemas CAN em função do respectivo custo adjacente.

3.2

Multiplexagem

Princípios Básicos do Sistema

Fig. 3.2 – Velocidade de transmissão de dados em função do respectivo custo

Mais à frente neste manual dedicar-nos-emos aos sistemas D2B Optical – utilizado na DaimlerChrysler, MOST (Media Oriented Systems Transport) sistema padronizado para a BMW e DaimlerChrysler, Becker Radio, OASIS Silicon Systems e Byteflight utilizados também na BMW.

3.2 – LINHAS BUS São linhas bidireccionais multifilares que fazem parte integrante do sistema CAN. Para a transmissão dos dados, somente uma linha de dados (fio) é realmente necessária. Se for este o caso, todos os componentes na rede devem ser conectados a uma terra comum no veículo. No entanto, uma única linha bus (um fio) pode ser muito lento. As linhas Bus podem ser de diferentes secções, 0,35mm2 (linhas de alta e média velocidade) ou 0,50mm2 (utilizado no LIN). Por esta razão, os fios únicos são usados nas Redes CAN secundárias para aplicações mais simples, num nível mais baixo da hierarquia (por exemplo: fecho central e vidros eléctricos). Uma rede bus LINBus (Local Interconnect Network) é frequentemente usada como Bus de fio único. Alguns fabricantes (por exemplo: a Opel e a Mercedes), recorrem ao sistema LIN e a tendência natural é alargar a utilização deste sistema de comunicação, já que são mais baratos, mais simples, mais leves, etc. É bastante comum usar um CAN-Bus de dois fios, com os dois fios entrelaçados.

Multiplexagem

3.3

Princípios Básicos do Sistema

Os dois fios têm os nomes CAN H (CAN High/Alto) e CAN L (CAN Low/Baixo) (fig. 3.3).

Fig. 3.3 – Linhas Bus

Infelizmente o esquema de cores de fios não está normalizado (ver tabela 3.2), e varia de fabricante para fabricante.

Fabricante Fiat

Sistema

Cores CAN H

CAN L

CAN Classe C (250kbit/s)

Rosa/branco

Rosa/Preto

CAN Classe B (125kbit/s)

Branco/rosa

Preto/Rosa

CAN Classe C (250kbit/s)

9000

9001

9005

9004

Verde

Branco

LIN (33kbit/s)

Verde

-

CAN Classe C (500kbit/s)

Laranja/Preto

Laranja/Castanho

Laranja/Verde

Laranja/Castanho

LIN (20kbit/s)

Violeta/Azul

-

CAN Classe C (500kbit/s)

Castanho

Rosa

CAN Classe C (500kbit/s)

Cinzento/Vermelho

Azul/Vermelho

CAN Classe C (125kbit/s)

Cinzento

Azul

VAN 1 (CAN Classe B – 62,5kbit/s) PSA

VAN 2 (CAN Classe B – 62,5kbit/s) VAN Conforto (CAN Classe B – 62,5kbit/s) CAN Classe B (95,24kbit/s)

GM

CAN Classe C (500kbit/s)

CAN Classe B – 1ª Geração VAG

(62,5kbit/s) CAN Classe B – 2ª Geração (100kbit/s)

Renault Ford

Tab. 3.2 – Cores das linhas CAN para vários fabricantes

3.4

Multiplexagem

Princípios Básicos do Sistema

Porquê usar os dois fios entrelaçados? Existem bastantes efeitos que criam ondas electromagnéticas, como por exemplo os telemóveis, no motor a ignição, alternador etc. Para reduzir a radiação nas linhas de Bus (EMC - Compatibilidade Magnética), os transdutores têm uma função de controlo de bandas. Limita as subidas e quedas das taxas dos sinais Bus e proporciona o uso de dois cabos entrelaçados. Do ponto de vista do EMC, as bandas de degrau ascendentes devem ser evitadas nas redes dos veículos, porque provocam radiação electromagnética e podem interferir com outras gamas de ondas, como a recepção de rádio ou com as

Fig. 3.4 – Interferências exteriores

ondas de telemóveis (fig. 3.4). Os cabos entrelaçados têm uma boa performance simétrica, porque as tensões de interferências externas actuam nas duas linhas de Bus com o mesmo sinal e são compensadas pelo comparador do receptor do transdutor quando o diferencial é formado. A figura 3.5 mostra a fraca sensibilidade contra a interferência indutiva. Devido à torção (2 cm por volta), os cabos alteram a sua posição em relação à fonte de interferência. Quando o número de linhas de campo magnético são uniformes, as fracções das tensões de interferência que se sobrepõe ao sinal de dados é ineficaz. Isto é possível somente na situação em que as linhas de dados são colocadas próximo de um material carregado com potencial negativo ou por um cabo ligado ao pólo negativo e livre de interferências com alta-frequência. Estas interferências criam “problemas” à comunicação das linhas Bus, a solução encontrada foi entrelaçar os fios de modo a anular o erro criado no sistema. Ou seja, como os fios estão entrelaçados, o efeito electromagnético que altera o sinal, como altera nos dois fios do Bus, a diferença de potencial entre os dois mantém-se inalterada e assim o sinal mantémse fiável. O objectivo é manter a diferença de potencial igual entre as linhas.

Fig. 3.5 – Interferências na rede CAN Multiplexagem

3.5

Princípios Básicos do Sistema

Este fenómeno é facilmente comprovado com a análise das figuras (fig. 3.5, 3.6 e 3.7)

Fig. 3.6 – Sinais das linhas a serem alterados

Fig. 3.7 – Diferença de potencial entre as linhas

Como já foi referido anteriormente, o importante é a diferença de potencial entre as linhas ser igual em todas as situações, mesmo com a presença de interferências electromagnéticas. No caso de ser uma linha LIN (capítulo 7.2) que apenas tem um fio, compensa-se o eventual efeito de interferências na rede com a tolerância de sinal nas unidades de controlo. As unidades de controlo conseguem entender o sinal mesmo que esteja alterado, no entanto, se a interferência for forte o sinal pode sofrer grandes alterações sendo impossível para as unidades de controlo entenderem a informação.

Reparações nas linhas BUS: No caso de avaria das linhas no caso cortes parciais ou totais o procedimento aconselhado é substituir a cablagem danificada por inteiro. No entanto há quem opte pela reparação das linhas, o aconselhado é o seguinte (ver figura 3.8): • Utilizar somente cabos amarelos ao realizar reparações nas linhas. Marcar os pontos onde se realizam reparações com fita adesiva amarela. • Em caso de reparação, ambos as linhas do bus devem ter o mesmo comprimento. Ao entrelaçar os cabos 1 e 2 há que guardar uma distância A=20 mm. • Ao entrelaçar os cabos, não devem ficar troços de mais de 50 mm (B) de comprimento sem entrelaçar, como por exemplo no caso das uniões soldadas. (seta).

3.6

Multiplexagem

Princípios Básicos do Sistema

Fig. 3.8 – Reparações nas linhas CAN-Bus

NOTA: Os pontos de atenção mais importantes na realização destes trabalhos são: • Utilizar a mesma secção de fio (se necessário na reparação). • Deixar as linhas CAN H e CAN L exactamente como o mesmo comprimento.

Multiplexagem

3.7

Principais Características do Sistema

4 – PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA 4.1 - TOPOLOGIA DE REDE Descreve a estrutura da conexão física entre as unidades de uma rede de comunicação. A estrutura da conexão aplicada determina decisivamente as despesas requeridas para a implementação da rede física, os limites da aplicação, e os parâmetros físicos da rede. Existem três tipos de estruturas de rede diferentes, que são Topologia em Estrela, em Anel, Linear e em Árvore.

4.1.1 - TOPOLOGIA EM ESTRELA No tipo de Topologia em Estrela (fig. 4.1), uma estação central é ligada a todos os usuários através de ligações duplas. Esta estação central pode ser responsável pelo controlo da rede, o “Mestre”, podendo simplesmente estabelecer a ligação entre o emissor e o receptor. É utilizado apenas em veículos de gama alta, que tenham sistemas de comunicação por fibra óptica.

Fig. 4.1 – Topologia em Estrela

As vantagens desta topologia são: • Cada nó tem sua própria conexão ao nó central; • Integração simples de nós adicionais; • Fácil de executar com transmissão através de meios ópticos (fibra óptica).

As desvantagens desta topologia são: • Comprimento total elevado de todas as conexões se os nós forem ordenados como uma linha geográfica; • O nó central requer N interfaces para a conexão de N nós; • A comunicação entre os nós apenas possíveis através do nó central; • A comunicação torna-se impossível se o nó central falhar.

Multiplexagem

4.1

Principais Características do Sistema

Na figura 4.2 pode-se ver um exemplo da Topologia em Estrela.

Fig. 4.2 – Exemplo de Topologia em Estrela

4.1.2 - TOPOLOGIA EM ANEL Se um anel físico for construído com diversas ligações de dois pontos, é denominado uma estrutura em Anel (fig. 4.3). Ora, uma mensagem que esteja a ser transferida é passada de uma unidade para a unidade seguinte. Se o sinal puder ser amplificado cada vez que passa por uma unidade, é possível atingir distâncias bastante grandes. A mensagem percorre o anel até chegar ao emissor, onde é apagada.

Fig. 4.3 – Topologia em Anel

4.2

Multiplexagem

Principais Características do Sistema

As vantagens de uma topologia em anel são: • Implementação de redes extensas torna-se possível porque cada nó fornece uma regeneração de sinal. • Excelente para a utilização de meios ópticos de transmissão dado à aplicação do sistema pontoa-ponto entre nós. • Identificação simples do nó em questão, tal é a posição geográfica dos nós no anel.

As desvantagens de uma topologia em anel são: • O sistema global falha quando um dos nós falha. Consequentemente tem de se tomar medidas adicionais geralmente, por exemplo possibilidade construir uma ponte sobre o nó ou a provisão falhada de um anel redundante. • Uma operação tem que ser interrompida para se proceder à integração de um novo nó ou à recolocação de um nó.

Nas figuras 4.4 e 4.5 podem-se ver alguns exemplos da Topologia em Anel.

Fig. 4.4 – Exemplo de Topologia em Anel (BMW)

Multiplexagem

4.3

Principais Características do Sistema

Fig. 4.5 – Exemplo de Topologia em Anel (DaimlerChrysler)

4.1.3 - TOPOLOGIA LINEAR A característica típica de uma topologia linear (fig. 4.6) é a ligação eléctrica passiva de todos os nós a um meio comum.

Fig. 4.6 – Topologia Linear

As vantagens mais importantes da topologia linear são: • Custo das linhas Bus é mais baixo para aplicações com os nós dispostos geograficamente como uma linha. • Ligação simples de um nó. • Pode-se adicionar mais nós simplesmente sem interrupção da operação. • Em caso de falha ou a desactivação de um nó, não afectam os outros nós.

4.4

Multiplexagem

Principais Características do Sistema

As principais desvantagens da topologia linear podem ser resumidas como se segue: • Comprimento das linhas Bus e número de nós limitados se a regeneração de sinal por nós repetidores não for efectuada. • A implementação de uma estrutura do Bus com interface óptico é complicada pelo facto que as fibras ópticas apropriadas ainda são difíceis de implementar. Pode ser utilizada usando um acoplador “passivo” óptico do Bus (amplificador de sinal), embora com custos mais elevados. Na figura 4.7 pode-se ver um exemplo de aplicação da Topologia Linear.

Fig. 4.7 – Exemplo de Topologia Linear (Volkswagen Polo 2002)

Não obstante às desvantagens acima descritas, tipologia linear é de todas, a mais usada hoje em dias nos veículos, sendo também a mais fiável.

4.1.4 - TOPOLOGIA EM ÁRVORE Este tipo de topologia caracteriza-se principalmente pelo facto das ligações serem em pontos aleatórios. É basicamente uma associação entre as topologias do tipo estrela e linear (fig. 4.8). A Topologia em Árvore está implantada na maioria dos sistemas CAN que possuam derivações de linhas. Ou seja, no caso da porta de um automóvel, a linha CAN passa pelo interior da unidade de comando dos vidros para chegar às unidades do fecho da porta, espelhos, etc.

Fig. 4.8 – Topologia em Árvore Multiplexagem

4.5

Principais Características do Sistema

4.2 – HIERARQUIA Existem duas variantes neste âmbito, MESTRE-ESCRAVO (Master-Slave) e MULTI-MESTRE (MultiMaster).

4.2.1 - Sistema MESTRE – ESCRAVO Um nó mestre é o coordenador da comunicação na linha Bus. Somente o mestre pode iniciar mensagens/ tramas. O mestre está seguidamente a interrogar os escravos: Neste sistema os escravos dão na maior parte das vezes uma resposta dentro da própria mensagem. Com o princípio “mestre-escravo”, um nó na rede, o “mestre”, assume o controlo do acesso às linhas Bus nos termos de uma troca de dados orientada através dos outros nós (“escravos”). Exemplo da arquitectura de comunicação entre as unidades (fig. 4.9):

Fig. 4.9 – Comunicação entre “mestres e escravos”

As vantagens deste princípio são a sua simplicidade, assim como determinado tempo de latência máximo que o Bus está disponível para um nó. Uma desvantagem geral deste formato é que um nó escravo se quiser aceder ao Bus tem de esperar por a emissão de uma mensagem do Mestre, para assegurar o tempo de latência garantido. Isto significa cargas desnecessárias no sistema Bus, e para isso necessitam de sistemas com requisitos bastante elevados. Por outro lado, o princípio de processo cíclico na estrutura Mestre-Escravo é mais apropriado do que um processo não cíclico. Outra desvantagem adicional, o sistema de comunicações falha por completo quando o mestre falha. Exemplos de aplicações deste sistema: VAN (Vehicle Area Network) na Peugeot, e LIN (Local Interconnect Network) na Opel. 4.6

Multiplexagem

Principais Características do Sistema

4.2.2 - SISTEMA MULTI – MESTRE Neste sistema as unidades são todas mestres. Isto é, todos os nós têm os mesmos direitos e tendo apenas que respeitar o protocolo na área de prioridade da mensagem. Exemplo da arquitectura de comunicação num sistema MULTI-MESTRE (fig. 4.10):

Fig. 4.10 – Arquitectura da comunicação entre “mestres”

Tal configuração permite o acesso simultâneo à linha Bus de diferentes nós. Se mais de um nó tentar aceder simultaneamente à linha Bus, é realizado o processo de arbitragem para cada uma das mensagens colocadas na linha Bus. O método de aceder à rede CAN é chamado Carrier Sense Multiple Access (acesso múltiplo de portador de sinal), com Collision Detection (detecção de colisão) e Arbitration (arbitragem) na prioridade de mensagem (CSMA/CD + AMP). A prioridade de mensagem é descodificada no identificador da CAN. Quando o Bus está inactivo, vários nós podem começar a transmissão de uma mensagem. Cada nó lê bit a bit da mensagem e compara o valor do bit transmitido com o valor bit recebido. Por definição, os bits com um valor dominante (bit 0) sobrepõem-se aos bits recessivos (bit 1). No que diz respeito ao acesso das unidades à rede, o exemplo da figura 4.11) demonstra bastante bem o controlo da prioridade de envio de mensagens à linha Bus, por diferentes nós.

Fig. 4.11 – Comunicação num sistema MULTI-MESTRE

Multiplexagem

4.7

Principais Características do Sistema

O nó B como tem prioridade alta transmite a cada 50ms, por outro lado, o nó C tem prioridade baixa apenas transmite a cada 100ms. Por isso o nó B tem prioridade para transmitir mensagens sobre o nó C e o A. Estas só comunicam com o CAN-Bus após o nó B, como se pode ver pela figura anterior.

4.3 – OUTRAS CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES Mensagens prioritárias: o identificador de uma mensagem determina a sua prioridade no que diz respeito ao acesso à linha Bus, é possível à unidade ter o acesso à linha Bus de acordo com a sua importância. Assim, particularmente as mensagens importantes podem obter o acesso ao Bus num curto espaço de tempo não obstante à carga momentânea do Bus.

Comprimento das linhas CAN: Por exemplo, pela análise do gráfico 4.1 pode-se concluir que a uma velocidade de 1Mbit/s, pode ser usado uma linha CAN com 40 metros de comprimento (máximo).

Gráf. 4.1 – Comprimento das linhas CAN em função da taxa de transmissão

Outros comprimentos máximos das linhas (valores aproximados): • 100 m at 500kbit/s • 200 m at 250kbit/s • 500 m at 125kbit/s • 6 km at 10kbit/s Quando maior a velocidade de transmissão, menores têm de ser as linhas. Os valores máximos de comprimento das linhas CAN têm de ser cumpridos de modo a garantir que os dados não se percam na transmissão de uma mensagem. Muitas das falhas que podem ocorrer num sistema CAN pode são devidos a problemas nas linhas, deterioração, cortes, interferências electromagnéticas, etc. 4.8

Multiplexagem

Principais Características do Sistema

Comprimento da rede versus taxa de transmissão de dados: Taxa de

Comprimento das

Tempo nominal de transmissão

transmissão

linhas

do bit

1Mbit/s

40m

1μs

800kbit/s

50m

1,25μs

500kbit/s

100m

2μs

250kbit/s

250m

4μs

125kbit/s

500m

6μs

62,5kbit/s

1000m

20μs

20kbit/s

2500m

50μs

10kbit/s

5000m

100μs

Tab. 4.1 – Comprimento da rede versus taxa de transmissão de dados

Tal como já foi referido, quanto maior a velocidade menores têm de ser as linhas. Por conseguinte, com o aumento da velocidade de transmissão também aumenta o tempo de envio/transmissão de um bit. Os comprimentos reais das linhas, os transdutores compatíveis e os tipos de cabos a utilizar nas linhas Bus estão predefinidos na norma ISO 11898. Comprimento curto da trama/mensagem: O comprimento máximo dos dados da mensagem CAN é limitado a oito bytes (64 bits). Este comprimento dos dados é suficiente para as exigências da transmissão de dados nos veículos. A transmissão de mensagens mais longas através da CAN é requerida somente em casos excepcionais (por exemplo durante a configuração e programação de um nó/unidade de controlo). Tempo muito curto da recuperação de erros: A CAN permite a detecção de mensagens corrompidas devido a diversos mecanismos da detecção de erros complementares. Os erros detectados conduzem a uma retransmissão automática de uma mensagem incorrectamente transmitida ou recebida. Assim a sua correcção ocorre também dentro de um tempo muito curto. Detecção e desactivação de nós com defeitos/avarias: O protocolo CAN monitoriza a função comunicação específica dos nós de modo a que um nó avariado não possa continuamente perturbar a transmissão de dados. Quando as taxas de erro médias predefinidas são excedidas num nó, são tomadas medidas que limitam o acesso do nó afectado à rede, e desactivam o nó da rede.

Multiplexagem

4.9

Composição e Funcionamento do Sistema

5 – COMPOSIÇÃO E FUNCIONAMENTO DO SISTEMA 5.1 – COMPONENTES DO SISTEMA O sistema CAN-Bus é composto por vários componentes, que são: • Unidades de Comando que possuem: •

Microprocessador

•

Controlador CAN (possui um transmissor e um receptor);

•

Transdutor CAN (possui um transmissor e um receptor);

• Linhas do Bus de dados; • Terminal do Bus de dados. Na figura 5.1 demonstra-se a arquitectura de ligações dos vários componentes de uma unidade de controlo electrónico inseridos em redes CAN (fig. 5.1).

Fig. 5.1 – Componentes do sistema CAN

Com excepção para as linhas do Bus de dados e em alguns casos os terminais do Bus (resistências finais), todos os componentes estão alojados nas unidades de controlo electrónico (UCE). No funcionamento normal das unidades de controlo nada foi modificado com a implementação do sistema CAN. Existem ainda dois componentes bastante importantes no sistema CAN, a Gateway e a Ficha de Diagnóstico em que o seu funcionamento será explicado no capítulo 5.2.1 e 5.2.2, respectivamente. Multiplexagem

5.1

Composição e Funcionamento do Sistema

5.2 – FUNCIONAMENTO DOS COMPONENTES Unidades de Comando: • Microprocessador: Este dispositivo tem a função de processar a mensagem, e enviá-la para o Controlador CAN. • Controlador CAN: Recebe do microprocessador da unidade de comando os dados que se são para enviar (através do receptor – RX). O controlador CAN processa-os e transmite-os ao transdutor CAN (através do transmissor – TX). Também recebe dados do transdutor CAN, processa-os e transmite-os ao microprocessador. Ou seja, controla o caminho a seguir pelas mensagens provenientes dos outros componentes. • Transdutor CAN: É um emissor e receptor que transforma os dados do controlador CAN em sinais eléctricos digitais e envia-os para as linhas do Bus de dados. Recebe os dados e transformaos para o controlador CAN. Tal como o Controlador CAN, também possui um receptor e um transmissor (RX e TX). NOTA: no capítulo 5.2.2 explica-se o funcionamento pormenorizado dos controladores e transdutores CAN de acordo com o protocolo de transmissão de dados utilizado.

Linhas do Bus de dados: São fios bidireccionais multifilares que servem para transmitir os dados. Através dos componentes acima descritos torna-se então possível existir comunicação entre as várias unidades. No caso da figura 5.2 podemos verificar isso mesmo, tomando como exemplo a passagem de caixa num veículo com caixa de velocidades automática, para a unidade de controlo realizar essa operação necessita de várias informações, entre elas estão por exemplo a informação das rotações do motor, a posição da borboleta, etc.

Fig. 5.2 – Bus de dados (fios entrelaçados)

5.2

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Terminal do Bus de dados: É uma resistência (fig. 5.3). Impede que os dados enviados regressem dos extremos das linhas do bus e “falsifiquem” os dados seguintes, ou seja, impede os “ecos”. (exemplo: no Grupo VAG tem valores na ordem dos 60 a 72Ω). Na maioria dos casos encontram-se inseridas nas unidades de comando, porém podem também estar no seu exterior. Assegura que os níveis de tensão correctos em ambas as linhas. Consoante as diferentes velocidades das redes CAN os valores de resistência são diferentes, ou seja, num sistema CAN de alta velocidade os terminais do Bus têm valores de resistência diferentes de um sistema CAN de baixa velocidade.

Fig. 5.3 – Terminal do Bus de Dados (Resistência)

5.2.1 - GATEWAY O que é a Gateway e para que serve? A Gateway (tradutor de dados) é um componente do sistema CAN em que a sua função é enviar as mensagens para a respectiva rede e gere os diferentes protocolos CAN tal como os níveis de tensão da rede CAN. Ou seja, encaminha uma mensagem para a respectiva rede CAN (alta, média ou baixa velocidade) de modo a que todas as unidades ligadas à mesma possam aceder às informações cedidas. Exemplo (fig. 5.4): o sensor de velocidade do veículo fornece informação à unidade de ABS, por sua vez, esta unidade envia a informação para a rede CAN tracção (CAN de alta velocidade). Como a informação de velocidade do veículo também é requerida por outras unidades – por exemplo: ECU do painel de instrumentos – a Gateway encaminha essa a informação para a rede CAN de média velocidade, para o utilizador do veículo poder consultar a velocidade a que circula.

Multiplexagem

5.3

Composição e Funcionamento do Sistema

Fig. 5.4 - Função do Gateway

Em conclusão: transforma as mensagens de modo poderem ser lidas por redes CAN de diferentes velocidades. É a interface de ligação entre todas as redes do veículo (LIN, MOST, Bluetooth) como se pode ver pela figura 5.5.

Fig. 5.5 – Gateway CAN

A Gateway pode estar inserida numa unidade de controlo (exemplos: na Opel encontra-se inserida na unidade de controlo da coluna de direcção – CIM; no grupo Volkswagen encontra-se inserida no painel de instrumentos, mas nos modelos mais recentes a Gateway é um componente separado das unidades de comando), ou pode ser ela própria uma unidade, em que a função é a mesma. Por fim, para equipamentos de diagnóstico específicos de marca que permitam fazer diagnósticos mais detalhados, consegue-se aceder à Gateway de modo a verificar o estado completo do sistema CAN-Bus. O que por vezes tem alguns problemas, dado que ao ligarmos o equipamento de diagnóstico à Gateway verificam-se avarias de todo o sistema, se o objectivo for verificar uma determinada unidade, não é uma boa solução aceder à rede através da Gateway.

5.4

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

5.2.2 - FICHA DE DIAGNÓSTICO Tal como no caso das cores das linhas CAN não estarem na prática padronizadas, o mesmo acontece quanto às posições dos pinos de ligação na ficha de diagnóstico E-OBD. Nas figuras seguintes podem-se verificar as principais diferenças verificadas de fabricante para fabricante. Na figura 5.6 pode-se verificar a ficha de diagnóstico normalizada (utilizada pela maioria dos fabricantes), no entanto e consoante o fabricante algumas posições dos pinos são alteradas.

Fig. 5.6 – Ficha de Diagnóstico

Na tabela 5.1 apresentam-se as excepções no que diz respeito às posições dos pinos na ficha de diagnóstico E-OBD. Fabricante Alguns europeus, asiáticos Fiat (Grand Punto) Opel (Média velocidade) Opel (Alta Velocidade)

Nº do Pino

Descrição

15

Linha L

1

CAN H

9

CAN L

3

CAN H

11

CAN L

6

CAN H

14

CAN L

Tabela 5.1 – Excepções à norma

Multiplexagem

5.5

Composição e Funcionamento do Sistema

5.2.3 - SISTEMAS RECEPTORES (RX) E TRANSMISSORES (TX) No interior de unidade de comando, entre outros componentes, temos o transdutor e o controlador CAN. Estes componentes precisam de comunicar entre si, e, para isso utilizam sistemas de recepção e transmissão da informação. Os receptores (RX) e transmissores (TX) inseridos nos controladores e transdutores CAN não funcionam todos da mesma forma. Devido ao facto de estarem inseridos em diferentes protocolos CAN.

5.2.3.1 - CAN DE ALTA VELOCIDADE (ISO 11898-2) O controlador comunica com o transdutor cumprindo o protocolo ISO 11898, através da linha de saída TX e da linha de entrada RX. O transdutor está ligado à linha Bus através dos dois terminais CAN H e CAN L que lhe dão a capacidade de receber e transmitir dados. Exemplo de ligações num sistema CAN de alta velocidade (fig. 5.7):

Fig. 5.7 – Arquitectura de ligações entre os vários componentes CAN

NOTA: Os valores de resistência (60Ω), tensão (0 e 5V) e capacidade (100nF) dizem respeito a um Volkswagen Polo de 2002. Os sinais de TX e RX são directamente relacionados, enquanto que a diferença de potencial entre o CAN H e o CAN L é uma relação indirecta. Cada nó transmissor da CAN lê o que está a enviar de novo, no entanto, há que considerar que há um ligeiro atraso entre os bits transmitidos e os bits recebidos. 5.6

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Exemplo de um Transdutor CAN de alta velocidade (Philips) (fig. 5.8):

Fig. 5.8 – Arquitectura de um transdutor CAN de alta velocidade

Analisando a figura 5.8 explica-se o funcionamento deste componente. O pino “S” é usado para controlo do componente (é o interruptor On/Off, ou seja, quando existe sinal de chave, o componente é alimentado, quando não existe o componente não é alimentado e por conseguinte desligado). O pino 5 (VREF) é onde está a tensão de referência, fornece uma tensão nominal de saída de VCC/2 e é usado como um nível de referência para controladores CAN de entradas RX analógicas. No caso de transdutores com entradas digitais isto não é necessário, pois, o transdutor é alimentado com uma tensão nominal de +5V. Os sistemas deste tipo caracterizam-se por estarem ligados através de portas AND (E), que funcionam segundo uma simples multiplicação, ou seja, nos dois níveis possíveis, 0 e 1, basta que um deles seja 0 para o resultado ser 0 (fig 5.9).

Fig. 5.9 – Porta lógica AND (E)

Multiplexagem

5.7

Composição e Funcionamento do Sistema

No entanto no caso do Bus, este está no modo recessivo se nenhum nó transmitir um bit dominante, mas, basta um nó transmitir um bit dominante para o Bus ficar em modo dominante e ignorar os nós em modo recessivo. (NOTA - Tensão de Referência: Com a verificação da tensão de referência das unidades de comando, consegue-se descobrir bastantes avarias. É um excelente método de verificar o funcionamento dos sensores, porque como a unidade grava o sinal recebido por um dado sensor, pode-se comparar este valor com uma base de dados do fabricante e assim concluir se o sensor está ou não a funcionar correctamente)

ESTADOS DE TRANSMISSÃO – RECESSIVO E DOMINANTE O controlador do protocolo transmite uma corrente de dados para as entradas TX do transdutor. De seguida, uma reacção interna coloca então o TX com um valor lógico alto (nível 1), isto é, as linhas de saída para o Bus está em modo passivo na condição de circuito aberto. Diz-se que neste caso o Bus está em modo recessivo (fig. 5.10), e, as entradas para o CAN H e CAN L são “colocadas a um nível de tensão igual a VCC/2 através redes da entrada do receptor com uma impedância interna típica de 25kΩ. Por outro lado, se um nível lógico baixo (nível 0) for aplicado a TX, isto activa a etapa de produção de uma mensagem, gerando assim o chamado nível de sinal dominante nas linhas Bus (fig. 5.10). A linha CAN H produz sinais a partir de fonte de alimentação (VCC), enquanto que a linha CAN L uma produção de sinal a partir da massa (GND).

Fig. 5.10 – Estados recessivo e dominante

5.8

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

O Bus está no estado recessivo se nenhum nó ligado à rede transmitir um bit dominante. Se um ou múltiplos nós do Bus transmitirem um bit dominante, as linhas Bus ficam no estado dominante que assim ignora o estado recessivo (característica das portas AND). Como nota importante temos o facto de bit 0 (dominante) ter precedência sobre o bit 1 (recessivo). Tensão [V]

Tensão [V]

CAN H

2,5

3,5

CAN L

2,5

1,5

0

2

VDIFF: CAN H – CAN L (tolerância)

> -1 / < 0,5

> 0,9 / < 5

bit

recessivo

dominante

VDIFF: CAN H – CAN L (nominal)

Tab. 5.2 – Estados dominante e recessivo

Tal como se pode ver pela figura 5.10 e pela tabela 5.2, o Bus está no estado recessivo se a diferença de tensão entre CAN H e CAN L estiver entre -1V e 0,5V. Por outro lado, está no estado dominante a diferença de tensão estiver entre 0,9V e 5V. Como nota importante, tem-se também o facto dos nós do Bus deverão detectar o estado recessivo se a tensão de CAN H não for superior à tensão de CAN L em 0.5V. Da mesma forma, se a tensão de CAN H for pelo menos 0,9V superior à tensão do CAN L o Bus deve detectar o estado dominante. A tensão nominal no estado dominante é 3.5V da linha CAN H e 1.5V da linha CAN L, e, no estado recessivo é 2,5V em ambas as linhas. Na figura 5.11 apresenta-se um exemplo de uma mensagem CAN (alta velocidade) vista no osciloscópio, com os respectivos estados de transmissão identificados.

Fig. 5.11 – Mensagem CAN num sistema de alta velocidade Multiplexagem

5.9

Composição e Funcionamento do Sistema

O receptor/comparador converte o sinal diferencial do Bus num sinal de nível lógico, que é produzido no RX. De seguida, os de dados recebidos são fornecidos ao controlador de protocolo do Bus que procede à sua descodificação. O receptor/comparador está sempre activo, isto é, controla a rede enquanto um nó desta está a transmitir uma mensagem. Este fenómeno, deve sempre acontecer de modo a suportar o bit não destrutivo pelo esquema de arbitragem de bits da CAN.

ELEMENTOS FINAIS DO BUS Considerando uma topologia linear na maioria dos sistemas CAN, no final do Bus estão resistências nominais de 120Ω. No caso do Grupo VAG (VW, Audi, etc.) existe um nó que tem uma resistência mais baixa que as outras (unidade de comando = 60Ω), o que faz com que a resistência total do sistema esteja entre 60 e 66Ω, como se pode ver pela figura 5.12.

Fig. 5.12 – Resistências das unidades no grupo VAG

As resistências finais presentes nas linhas asseguram que os sinais de dados não sejam reflectidos, em sentido contrário ao enviado. Note-se que por exemplo no caso de um sistema LIN (um fio) não é necessário a aplicação de resistências no final das linhas. Por outro lado, no sistema CAN de alta velocidade a aplicação de pelo menos uma resistência é indispensável.

FALHA DO SISTEMA E EFEITOS PROVÁVEIS No caso de ocorrerem curto-circuitos num transdutor CAN, as Classes CAN de diferentes velocidades também “respondem” de forma diferente, com falhas individuais (ver tab. 5.3).

5.10

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Classe CAN A B

C

D

Efeitos o

Danifica o transdutor

o

O Bus pode ser afectado

o

Não danifica o transdutor

o

Não há comunicação no Bus

o

Não danifica o transdutor

o

Há comunicação no Bus

o

O nó danificado não comunica

o

Não danifica o transdutor

o

Há comunicação no Bus

o

Funcionamento reduzido do Transdutor

Tab. 5.3 –Efeitos de curto-circuitos nas Classes CAN

No caso de ocorrer um curto-circuito nos pinos dos transdutores ou das unidades de comando, a inesperados níveis de tensão (Positivo da bateria – VBAT; Positivo de chave – VCC; Massa – GND.) ou simplesmente circuito aberto. As falhas possíveis do sistema, tal como os respectivos efeitos podem ver-se nas seguintes figuras e tabelas: Tomando como exemplo, um transdutor CAN de alta velocidade (Philips) (fig 5.13), tem-se a análise de falhas do sistemas quando a ocorrência de curto-circuitos nas tabelas 5.4 e 5.5:

Fig. 5.13 – Transdutor CAN de alta velocidade

Multiplexagem

5.11

Composição e Funcionamento do Sistema

Curto com VBAT (12V...40V)

Curto com VCC (5V)

Pino Classe

Observações

Classe

Observações

A

Valor limite excedido

C

TX passa para estado recessivo; eventualmente o nó desliga-se

2 (GND)

C

Nó fica sem alimentação

C

Transdutor fica sem alimentação

3 (VCC)

A

Valor limite excedido

-

-

1 (TX)

A

Valor limite excedido

C

RX fica em estado recessivo e o controlador CAN fica em modo de espera; o nó produz mensagens de erro até a comunicação com o Bus ser desligada; a comunicação fica continuamente distorcida devido ao nó estar curto-circuitado.

5 (SPLIT)

D

Bus fica ao nível de tensão da bateria (VBAT); problema de regulação de tempo de bit

D

Bus fica ao nível de tensão da bateria (VBAT); problema de regulação de tempo de bit

6 (CAN L)

B

B

Não há comunicação com o Bus

7 (CAN H)

D

Problema de regulação com o tempo dos bits

D

Problema de regulação com o tempo dos bits

8 (STB)

A

Valor limite excedido

C

Transdutor permanentemente em modo de espera (transmissor desactivado)

4 (RX)

Não há comunicação com o Bus

Tab. 5.4 – Curto-circuitos versus análise de falhas Curto com a massa (GND)

Circuito aberto

Pino Classe 1 (TX)

C

Observações TX fica em estado dominante; transmissor desactivado; eventualmente o nó desliga-se.

Classe

Observações

C

TX fica em estado dominante; transmissor desactivado; eventualmente o nó desliga-se.

2 (GND)

-

-

C

Transdutor fica sem alimentação e comportase de forma passiva para com as linhas Bus

3 (VCC)

C

Transdutor fica sem alimentação e comporta-se de forma passiva para com as linhas Bus

C

Transdutor fica sem alimentação; não há fornecimento de sinal de chave por parte do micro controlador para o transdutor.

C

RX fica em estado dominante

C

O nó pode produzisr mensagens de erro até a comunicação com o Bus ser desligada;

D

Bus desligado do nível de tensão massa; Problema de regulação com o tempo dos bits.

D

Não há estabilização da tensão contínua

4 (RX)

5 (SPLIT) 6 (CAN L)

D

7 (CAN H)

B

8 (STB)

D

Problema de regulação com o tempo dos bits Não há comunicação com o Bus

Transdutor fica permanentemente em Modo Normal

C

C

C

Apenas recebe do Bus, se não possuir resistência final, comporta-se como se estiver interrompido. Não há comunicação. Apenas recebe do Bus, se não possuir resistência final, comporta-se como se estiver interrompido. Não há comunicação. Transdutor permanentemente em modo de espera (transmissor desactivado)

Tab. 5.5 – Curto-circuitos versus análise de falhas

5.12

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

5.2.3.2 - CAN DE MÉDIA VELOCIDADE (ISO 11898-3) Os Transdutores de média velocidade (do tipo fault tolerant – tolerância de falha) foram desenvolvidos para aplicações de velocidade de transmissão de dados até 125kbit/s nos veículos de passageiros. O dispositivo tem a capacidade de transmissão através de diferentes níveis de tensão (CAN H e CAN L), mas, em caso de falha muda automaticamente para a comunicação por apenas uma linha transmissora e/ou receptora. Em casos de falha todos os nós continuam a transmitir com uma taxa de sinal reduzida. Uma vez restabelecida a comunicação, o transdutor (tolerância de falha) restabelece automaticamente a comunicação normal pelas duas linhas CAN. O princípio de funcionamento, tal como a arquitectura de ligações de um transdutor deste tipo é idêntico ao sistema CAN de alta velocidade. No entanto e a grande vantagem deste tipo de transdutor é possuir um detector de falhas/erros (fig. 5.14) que permite que o sistema funcione mesmo com avarias. É garantida a comunicação entre as unidades, mesmo com uma das linhas CAN interrompida, ou com falhas no sistema.

Fig. 5.14 – Arquitectura eléctrica de um Transdutor CAN de média velocidade

Claro que se houver interrupções/problemas em ambas as linhas CAN o sistema é totalmente desactivado. Multiplexagem

5.13

Composição e Funcionamento do Sistema

ESTADOS DE TRANSMISSÃO – RECESSIVO E DOMINANTE No caso da CAN de média velocidade, os níveis de tensão para as linhas CAN H e CAN L tem valores diferentes da CAN de alta velocidade. Neste tipo CAN os sinais das linhas dizem-se “cruzados” porque quando um desce, o outro sobe (ver fig. 5.15 e tab. 5.6).

Fig. 5.15 – Níveis de tensão das linhas CAN

Tensão [V]

Tensão [V]

CAN H

0

3,6

CAN L

5

1,4

VDIFF: CAN H – CAN L (nominal)

-5

2,2

VDIFF: CAN H – CAN L (tolerância)

> -5 / < 2,9

> 0,7 / < 2,2

bit

recessivo

dominante

Tab. 5.6 – Estados dominante e recessivo

Tal como se pode ver pela figura 5.15 e pela tabela 5.6, o Bus está no estado recessivo se a diferença de tensão entre CAN H e CAN L estiver entre -5V e 2,9V. Por outro lado, está no estado dominante a diferença de tensão estiver entre 0,7V e 2,2V. A tensão nominal no estado dominante (bit 0) é 3,6V da linha CAN H e 1,4V da linha CAN L, e, a tensão nominal no estado recessivo (bit 1) é 0V na linha CAN H e 5V na linha CAN L. 5.14

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Exemplo de uma mensagem CAN (média velocidade) vista no osciloscópio (fig. 5.16):

Fig. 5.16 – Mensagem CAN num sistema de média velocidade

ELEMENTOS FINAIS DO BUS Os transdutores para média velocidade (fault-tolerant – tolerância de falha) são desenhados/projectados para terem um comportamento óptimo com uma resistência total do sistema de 100Ω. Isto significa que ambas as linhas CAN possuem no final uma resistência de 100Ω. Devido ao facto da resistência total do sistema estar distribuída por toda a rede, cada um dos transdutores apenas utilizam uma parte dos 100Ω. Então, dependendo do tamanho global do sistema, as resistências locais a aplicar no nó têm de ser calculadas. Não é obrigatório que todos os nós (ou transdutores) tenham de ter o mesmo valor de resistência. O valor da resistência total do sistema deve ser 100Ω. Por exemplo, se a carga total do sistema necessite de uma resistência total de 100Ω não é recomendado termos os 100Ω, mas sim mais que isso. Por outro lado, não existe um limite para valor máximo de resistência total. Apenas é recomendado não exceder os 6kΩ (6000Ω) de resistência por transdutor devido a garantir a boa imunidade electromagnética (leia-se capacidade de resistir a interferências electromagnéticas).

Multiplexagem

5.15

Composição e Funcionamento do Sistema

Na figura 5.17 pode-se verificar o fenómeno explicado anteriormente. Ou seja, se se tiver um sistema com 5 unidades (tem-se também 5 transdutores), então é recomendado ter-se para cada entrada no transdutor uma resistência de 500Ω. No caso de se ter um sistema com 10 unidades, é recomendado ter associado uma resistência de 1000Ω a cada unidade.

Fig. 5.17 – Resistências dos transdutores

FALHA DO SISTEMA E EFEITOS PROVÁVEIS Uma falha completa do sistema pode ocorrer no caso de ocorrerem curto-circuitos no sistema, a inesperados níveis de tensão (Positivo da bateria – VBAT; Massa – GND) ou simplesmente circuito aberto, como se pode ver pela figura 5.18 e tabela 5.7.

Fig. 5.18 – Curto-circuitos em sistemas CAN de média velocidade

5.16

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Item

Observação

1

Linha CAN H interrompida

2

Linha CAN L interrompida

3

CAN H curto-circuitado à bateria

4

CAN L curto-circuitado à massa

5

CAN H curto-circuitado à massa

6

CAN L curto-circuitado à bateria

7

CAN H e CAN L mutuamente curto-circuitadas

Tab. 5.7 – Curto-circuitos em sistemas CAN de média velocidade

No caso dos transdutores com detector de falhas (utilizados em média velocidade – 125kbit/s), estes detectam o tipo de curto-circuito que está a ser praticado e actua em conformidade (de acordo com o protocolo ISO 11898-3) com a falha/avaria e passa automaticamente para a comunicação por apenas uma linha, a CAN H.

5.2.3.3 - CAN DE BAIXA VELOCIDADE (SAE J2411) Este tipo de CAN tem a particularidade de possuir apenas uma linha de comunicação. O CAN de fio único, foi originalmente desenvolvida pela GM (General Motors Corporation) como alternativa ao UART Bus (tecnologia unifilar de comunicação) segundo o protocolo SAE J1850. Este

protocolo

foi

a

base

para

o

desenvolvimento do actual protocolo de comunicação unifilar (SAE J2411) que é uma alternativa adicional para aplicações de Redes CAN com baixos requisitos de taxa de transmissão de bits e comprimento das linhas. Pela

figura

5.19

pode-se

verificar

a

arquitectura de ligações num sistema CAN de baixa velocidade.

Fig. 5.19 – Arquitectura de ligações simples entre sistemas CAN de fio único

Multiplexagem

5.17

Composição e Funcionamento do Sistema

Os parâmetros básicos deste sistema são:

Comunicação via uma única linha Bus; Velocidade de transmissão de dados de 33,33kbit/s no funcionamento normal; Modo de funcionamento em alta velocidade para diagnóstico de avarias (83,33kbit/s); Até 32 nós/unidades por rede; Seleccionar a opção de descanso (sleep mode).

O sistema CAN unifilar é usado principalmente em redes electrónicas de conforto nos veículos. Devido à baixa taxa de transmissão de dados, a topologia do Bus não é limitada a uma estrutura linear e a um comprimento baixo das linhas. O protocolo J2411 inclui a capacidade selectiva do modo de descanso/inactivo de um nó permitindo a comunicação normal entre os restantes nós, enquanto deixam os outros nós num modo “imperturbável”. Isto é feito controlando os níveis lógicos do Bus, ou seja, todos os nós devem “acordar/despertar” quando recebem uma mensagem transmitida a uma tensão de 2/3VBAT. Se a comunicação for feita em modo normal de tensão, não há qualquer perturbação dos nós em modo de descanso/inactivo. Os transdutores detectam automaticamente um pedido de despertar, de seguida fazem uma sinalização do conjunto de bits recebidos ao controlador CAN. A tensão de despertar e o modo de alta velocidade (diagnóstico) podem não ser activados ao mesmo tempo. Isto implica que o Bus seja despertado apenas quando se encontra no modo de operação e velocidade normais. No sistema de ligações ilustrado de seguida (na figura 5.20) acontecem alguns fenómenos importantes em que se explica o seu funcionamento de seguida.

5.18

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Fig. 5.20 – Arquitectura de ligações entre componentes em sistemas CAN de fio único

O controlador CAN do protocolo alimenta o transdutor com um fluxo de dados através da entrada TX. O transdutor converte os dados para um sinal Bus controlado em amplitude e forma de onda de forma a minimizar as interferências electromagnéticas. O sinal de saída para o Bus é feita através do pino/ terminal CAN H, que se encontra ligado à linha Bus (CAN H – fio único). Se o TX estiver em nível lógico baixo, o pino CAN H fica com 4V de tensão. Por outro lado, de TX estiver em nível lógico alto (bit 1), a saída para a linha CAN H é forçada a ficar em estado passivo devido à carga da resistência local RT. As ligações físicas de todos os transdutores do Bus têm uma configuração de portas do tipo PORTASOR (OU). As portas OU funcionam como uma soma, basta que um dos valores seja 1, para o valor final ser 1 (fig. 5.21).

Multiplexagem

5.19

Composição e Funcionamento do Sistema

Fig. 5.21 – Porta lógica OR (OU)

Ou seja, o Bus está no nível dominante, a menos que todos os nós na rede estejam no nível recessivo/ passivo. Basta que um nó da rede esteja em modo dominante para que o Bus fique também em no estado dominante. De modo a fornecer protecção a uma possível desconexão do fio de massa, a resistência RT está ligada ao pino RTH do transdutor (ver fig. 5.20). Em que o pino RTH está ligado à massa através de um circuito do transdutor (PROTECÇÃO DE PERDA DE MASSA – ver fig. 5.20). Assim, fornecendo ao sistema esta protecção alternativa de ligação à massa, não há fluxo de dados provenientes da massa em direcção ao Bus por via da resistência RT. De seguida, o receptor detecta o fluxo de dados no Bus e recebe-os através do pino RX, que deve estar ligado ao controlador CAN. Se o Bus estiver recessivo (todos os nós estão em modo passivo), o RX toma um valor lógico alto por acção externa de um transístor. Por outro lado, se o Bus estiver dominante (um nó está activo), o RX toma um valor lógico baixo. Significa que está em circuito aberto e, precisa da acção do transístor para voltar ao estado recessivo. Para garantir que o pino RX tem o mesmo valor de tensão que o sinal digital Bus o RX deve ser ligado à tensão de VCC (sinal de chave). Este tipo de transdutor possui um filtro de altasfrequências de modo a assegurar a mínima susceptibilidade a interferências electromagnéticas. Este filtro é possível aplicando uma bobina externa (L) e um condensador (C) no pino CAN H (ver fig. 5.22). Fig. 5.22 – Bobina e condensador (filtro) no transdutor CAN

No sistema CAN de fio único existem alguns mecanismos que fazem a protecção do sistema a falhas, como por exemplo curto-circuitos, picos de tensão, etc. A ligação/pino BAT está protegida contra picos de tensão até 40V ou picos de arranque, a ligação/pino CAN H está protegida contra descargas electrostáticas até 8KV sem a ajuda de qualquer dispositivo externo ao circuito. O sistema está também protegido contra curto-circuitos à massa ou ao positivo da bateria. 5.20

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

Há também outro tipo de protecção para todo o sistema de ligações, que se prende com a temperatura de funcionamento. Neste caso a protecção é feita com a completa desactivação do sistema se por ventura, a temperatura chegar aos 155ºC. A transmissão é de novo assegurada quando a temperatura baixar 15ºC. Por fim, os pinos NSTB e EN servem para alternar os modos de controlo. Este tipo de transdutor (Philips AU5790) tem quatro modos de funcionamento: modo latente (descanso), modo despertar, modo de transmissão de alta velocidade, e, modo de transmissão normal.

ESTADOS DE TRANSMISSÃO – RECESSIVO E DOMINANTE No caso da CAN de baixa velocidade, os níveis de tensão da linha CAN H têm uma particularidade importante, que é o facto de quando se inicia uma transmissão de dados efectua-se o despertar do sistema. Para iniciar uma mensagem o sistema é “acordado” com um pico de tensão de 12V e depois sim, se processa ao envio da mensagem (ver fig. 5.23). Neste tipo de CAN uma mensagem de “despertar” tem um nível de sinal mais elevado do que em sistemas CAN de alta e média velocidade.

Fig. 5.23 – Níveis de tensão para os estados recessivo e dominante

Multiplexagem

5.21

Composição e Funcionamento do Sistema

Quando o NSTB está com valor lógico baixo (bit 0) e EN está com valor lógico alto (bit 1), o sistema entra em modo de despertar. Ou seja, envia um sinal com elevado nível de tensão (12V), o que resulta na activação de todos os nós ligados ao sistema que estejam no modo inactivo/latente (sleep mode). A figura fig. 5.23 mostra os sinais de transmitidos, recebidos e os que seguem para a linha Bus. O nível de tensão para despertar o sistema é 12V (dominante), enquanto o nível de tensão normal é 4V. Os nós que estão em modo latente (inactivos) devem ignorar níveis de tensão dominantes de 4V, e, apenas responder a sinais de despertar (alta tensão – 12V). No receptor, o atraso do tempo de recepção no modo latente é muito maior do que no modo normal, dado que, pode dar-se o caso de a primeira mensagem de despertar ficar perdida no sistema, mas, não é necessário que uma mensagem de despertar seja recebida correctamente pelos nós que estão em modo latente. É apenas necessário que todos os nós em modo latente recebam o sinal de alta tensão e coloquem o RX com nível lógico alto (bit 1), então o controlador pode assim, começar o oscilador com a sua base de tempos, colocar o transdutor no modo normal, etc. Entretanto, esta alta tensão de despertar tem o mesmo tempo de atraso que o sinal de tensão normal (normalmente 4V). Assim os nós que estão em modo normal podem interpretar os sinais de alta tensão correctamente. NOTA: o modo de alta velocidade (diagnóstico) e o modo de despertar não devem ser activados simultaneamente na rede.

Fig. 5.24 – Mensagem CAN de baixa velocidade

De notar, que o bit inicial (recessivo) de 12 V apenas serve para despertar a rede, tendo os restantes bits recessivos 4 V. 5.22

Multiplexagem

Composição e Funcionamento do Sistema

ELEMENTOS FINAIS DO BUS Para os sistemas CAN de baixa velocidade, por defeito, as resistências finais são necessárias para colocar o Bus no estado recessivo. Na figura 5.25 pode-se verificar as ligações entre os componentes de um sistema CAN de baixa velocidade, deve-se salientar o facto das resistências fazerem um “by-pass” para proteger o sistema de eventuais curto-circuitos.

Fig. 5.25 – Componentes do sistema CAN de baixa velocidade

Nestes sistemas as resistências finais têm normalmente valores na ordem dos 9000 ohms. As protecções do sistema (já explicadas anteriormente) são efectuadas através de vários componentes, condensadores (de 220μF) e também bobinas (de 47μH).

Capacidade de carga de um nó (RT) 2kΩ < RT < 9,2kΩ Para uma rede CAN com 32 nós, as resistências devem ter valores de RT = 9,1kΩ. Um valor mais baixo de resistência (RT) irá resultar numa violação para o valor de resistência da linha CAN-Bus (RL) exigido.

Capacidade de carga da linha CAN (RL) 270Ω < RL < 9,2kΩ RL é o resultado do paralelo entre todas as resistências dos nós, RT, entre o CAN-Bus e a massa. O valor mínimo (270Ω) de carga é limitado pela capacidade de saída de dados da linha CAN H.

Multiplexagem

5.23

Composição e Funcionamento do Sistema

Exemplo de uma Rede CAN de baixa velocidade Uma rede normal pode ser constituída por nós standard e por nós opcionais, em que as capacidades de carga dos nós podem ser diferentes. O utilizador tem de considerar um máximo e um mínimo para o sistema, e para RL. A resistência da linha tende a aumentar com o comprimento. Um valor mais baixo de RL em nós standard pode ser usado para contrabalançar este aumento. • 5 nós standard RT = 3,9kΩ • 0 a 20 nós opcionais RT = 9,1kΩ • 40 metros de comprimento da linha Para um sistema mínimo, com apenas 5 nós standard: RL = 3,9kΩ / 5 = 780Ω Para um sistema máximo com 5 nós standard e 20 nós opcionais: RL = 3,9kΩ / 5 (paralelo com) 9,1kΩ / 20 = 287Ω Todos os parâmetros estão dentro dos requisitos, mas a resistência RL está próximo do limite mínimo. Então, o sistema está de acordo com todos os requisitos. Este exemplo demonstra que é necessário um valor mais baixo de RT para os nós standard, de modo a garantir a constante de tempo dentro da especificação, especialmente quando o comprimento máximo e mínimo do sistema são comparáveis, no entanto, o número máximo de nós não pode ser alcançado nesta configuração.

5.24

Multiplexagem

Transmissão de Dados

6 – TRANSMISSÃO DE DADOS 6.1 – CICLO DE TRANSMISSÃO DE DADOS O sistema CAN respeita um ciclo sequencial de operações, em que a sequência de acontecimentos é a seguinte: • Fornecimento de Dados A unidade de controlo fornece os dados ao Controlador CAN, para posterior transmissão. • Transmissão de Dados O Transdutor CAN recebe os dados do Controlador CAN, transforma-os em sinais eléctricos e transmite-os. • Recepção de Dados Todas as unidades de controlo que estão ligadas à rede CAN, transformam-se em receptoras. • Verificação de Dados As unidades de controlo da rede fazem a verificação dos dados de modo a de executarem as suas funções de acordo com isso. • Aceitação de Dados No caso de se tratar de dados importantes a unidade de comando em questão esta aceita os respectivos dados, se não, ignora-os.

6.2 – COMUNICAÇÃO COM A REDE Ao trabalhar com o sistema CAN-Bus não se define o destinatário da mensagem, ou seja, transmite-se uma informação para a rede (excepto no MOST que podem haver destinatários) e todas as unidades as se tornam receptoras. No entanto, são as próprias unidades de comando que analisam a mensagem disponível na rede e verificam se a informação tem ou não importância para si. Na figura 6.1 mostra-se uma unidade em emissora de mensagens, sendo as outras as receptoras destas.

Fig. 6.1 – Comunicação entre várias unidades

Multiplexagem

6.1

Transmissão de Dados

Na transmissão de dados cada estação da rede ouve as mensagens da estação transmissora (estação 2). Após ter recebido a mensagem é a tarefa de cada nó decidir se a mensagem é ou não importante para a sua gestão interna (estação receptora 1 e 4). Assim, o processo de filtração de mensagens tem de estar implantado em cada nó CAN (a estação 3 não “aceitou” a mensagem). Uma comunicação para a CAN pode ser comparada com uma informação transmitida por uma estação de rádio sobre do trânsito. Cada condutor tem de decidir se as informações são ou não importantes para si, dependendo na direcção que quer seguir. De notar que não há um endereço específico nas mensagens da CAN. Cada controlador da CAN usa uma combinação de filtros de software e de hardware, a fim de determinar se a mensagem “interessa” ou não. De facto, não existe a noção de endereços na CAN. Em vez disso, os conteúdos das mensagens são identificados por um identificador que está no início da mensagem. As mensagens da CAN são endereçadas pelos conteúdos, ou seja, um endereço convencional de uma mensagem seria “aqui está uma mensagem para o nó X” e uma mensagem CAN é “aqui está uma mensagem que contem dados X”. Como se pode verificar na figura 6.2 a mensagem foi enviada para a rede pelo nó 4, os nós 1 e 2 aceitaram a mensagem, mas o nó 3 verificou que a mensagem não lhe interessava e não aceitou a mesma.

Fig. 6.2 – Envio de dados para a rede

A diferença entre estes dois conceitos é pequena mas significativa. O conteúdo do Campo da Arbitragem (na mensagem) é usado para determinar a prioridade da mensagem na CAN. Normalmente o Campo de Arbitragem não é obrigatoriamente usado como um identificador de mensagem, mas, não obstante a isso é bastante comum ter essa função.

6.2

Multiplexagem

Transmissão de Dados

NOTA: O campo de arbitragem vai ser explicado no sub capítulo seguinte.

No caso de se ter várias unidades a tentarem enviar mensagens em simultâneo: Analisando o esquema da figura fig. 6.3, tem-se:

Fig. 6.3 – Várias unidades a enviarem mensagens

Tal como já foi referido anteriormente, o protocolo CAN permite o acesso simultâneo dos diferentes nós, mas se mais de um nó estiver a tentar aceder à rede, é verificada a sua prioridade. Esta prioridade da mensagem é descodificada no identificador CAN. Quando o CAN-Bus está em modo recessivo/latente (em espera), vários nós podem começar a transmissão de uma mensagem. Cada nó lê novamente, bit a bit, a mensagem completa da Bus e compara o valor transmitido em bits com o valor recebido de bits. Por definição, os bits com um valor dominante sobrepõem-se aos bits com valor recessivo (esta operação é feita pelo transdutor CAN).

6.3 – PROTOCOLO DE TRANSMISSÃO DE DADOS O que se transmite através das linhas das redes CAN é definido por um protocolo. Em breves intervalos de tempo é transmitida uma mensagem dependendo da velocidade de transmissão de dados. Uma mensagem ou trama contém um grande número de bits, a quantidade de bits de um protocolo depende do tamanho do campo de dados. Um bit é uma unidade de informação mínima, ou seja, um estado de comunicação por unidade de tempo. Na electrónica esta informação tem o valor de “0” ou “1”, “valor lógico baixo” ou “valor lógico alto”, ou ainda “dominante” ou “recessivo” respectivamente.

Multiplexagem

6.3

Transmissão de Dados

Há ainda que salientar o facto de haver quatro tipos de mensagens: Mensagem de Dados: transporta dados dos transmissores para os receptores; Mensagem Remota: é transmitida por uma unidade do bus para efectuar um pedido de informação; Mensagem de Erro: é transmitida por qualquer unidade que detecte um erro no Bus; Mensagem de Sobrecarga: é usada para fornecer um tempo de espera extra entre Mensagens de Dados ou Mensagens Remotas (fornece tempo de processamento).

6.3.1 - CONTEÚDO DO PROTOCOLO DE DADOS Uma mensagem contém sete campos de informação/dados distintos, que são (fig. 6.4):

Fig. 6.4 – Diferentes campos de uma mensagem CAN

6.4

Multiplexagem

Transmissão de Dados

Cada campo contém informação específica e diferenciada. Assim tem-se: • CAMPO INICIAL = 1 bit = nível lógico baixo (dominante) (fig. 6.5): bit inicial que marca o início da mensagem. Após o tempo latente (não há uso do Bus), o bit inicial é usado para a sincronização dos diferentes nós da rede. Fig. 6.5 – Campo inicial

• CAMPO DE ARBITRAGEM (fig. 6.6): Indica a prioridade da mensagem e é diferenciado para Mensagens de Dados de Formato Standard e Formato Estendido. Fig. 6.6 – Campo de arbitragem

- Mensagem CAN – Formato Standard (12 bits) (fig. 6.7): contem 11 bits de Identificador (ID Base) e 1 bit RTR (Remote Transmission Request – Pedido de Transmissão Remota). Utilizado pela maioria dos fabricantes automóveis.

Fig. 6.7 – Formato Standard de uma mensagem

No Formato Standard, o Campo de Controlo inclui o Código de Comprimento de Dados (CCD), o bit IDE, que é dominante, tal como o r 0 (fig. 6.7). O bit RTR é dominante em Mensagens de Dados, e recessivo em Mensagens Remotas. A seguir ao ID Base vem o bit IDE (Identificador do tipo de mensagem Standard ou Estendida) e é transmitido como bit dominante (no Campo de Controlo); - Mensagem CAN – Formato Estendido (32 bits) (fig. 6.8): contem 29 bits de Identificador (11 bits de ID Base e 18 bits de ID Estendido), 1 bit SRR (Pedido de Substituição Remota), 1 bit IDE e por fim 1 bit RTR. É utilizado principalmente nos camiões, no entanto a Volvo e alguns Ford também utilizam 29 bits de bits ID.

Fig. 6.8 – Formato Estendido de uma mensagem

Multiplexagem

6.5

Transmissão de Dados

O Formato Estendido tem duas secções de Identificador, uma com 11 bits e outra com 18 bits. O bit SRR (Pedido de Substituição Remota) substitui o bit RTR e é um bit recessivo. Se o bit RTR for transmitido no estado dominante os receptores ignoram. No entanto, não é ignorado no que diz respeito a arbitragem ou envio de mensagens. O formato do campo de controlo é semelhante nos casos de Mensagem Standard ou Estendida. No caso do Formato Estendido o campo de controlo inclui também o Código Comprimento de Dados e dois bits reservados, r0 e r1. Estes bits têm de ser enviados dominantes. No entanto, os receptores recebem bits em qualquer estado. Tal como no Formato Standard, o bit RTR é dominante em Mensagens de Dados, e recessivo em Mensagens Remotas. A seguir ao ID Base (11 bits) vem o bit IDE (Identificador de Mensagem) e é um bit recessivo. NOTA: em caso de colisão de mensagens, a Mensagem Standard prevalece sempre sobre a Mensagem Estendida, pois o bit IDE é recessivo, que tem prioridade sobre bits dominantes.

Prioridade das Mensagens A prioridade de uma mensagem estabelece-se de acordo com a quantidade de bits 0 que possuir, ou seja, a prioridade é tanto maior quanto mais bits 0 seguidos (esquerda para a direita) tiver uma mensagem. Tomando como exemplo três mensagens distintas a serem enviadas para a rede CAN simultaneamente (fig. 6.9):

Fig. 6.9 – Arbitragem de mensagens

6.6

Multiplexagem

Transmissão de Dados

Como a mensagem proveniente do sistema de travagem possui mais bits 0 seguidos tem prioridade sobre as restantes. Ou seja, é esta mensagem a primeira a ser disponibilizada na rede CAN-Bus. • CAMPO DE CONTROLO = 6 bits (fig. 6.10): indica o tamanho do próximo campo (campo de dados). O primeiro bit no campo de controlo é o bit identificador (bit ID). Se este bit tiver nível lógico 0 (dominante) significa que não serão enviados mais bits identificadores. O bit 0 está Fig. 6.10 – Campo de controlo

reservado. Os restantes quatro bits contêm o código de comprimento dos dados (CCD - número de bytes) para o próximo campo, o campo de dados.

Os CCD podem tomar vários valores (Dominante (D) ou Recessivo (R)): Número de bytes

Código de Comprimento de Dados (CCD)

de dados

CCD1

CCD2

CCD3

CCD4

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/R

D/R

D/R

Tab. 6.1 – Combinações de bytes de dados

Como 1 byte são 8 bits, pode-se ter 64 bits de informação no próximo campo da mensagem. • CAMPO DE DADOS = 0 a 64 bits (0 a 8 bytes) (fig. 6.11): contem os dados da mensagem. Fig. 6.11 – Campo de dados

A informação propriamente dita está contida neste campo da mensagem. Pode ter até 64 bytes. As mensagens remotas contêm 0 bytes de informação. • CAMPO DE SEGURANÇA = 16 bits (inclui limitador = nível lógico alto (recessivo)) (fig. 6.12): faz o teste dos bits recebidos, ou seja, este campo apenas serve para detectar erros. No entanto, não é usado para a correcção

Fig. 6.12 – Campo de segurança

dos mesmos. O limitador é um bit recessivo permanente que indica o final do código de redundância cíclico. Multiplexagem

6.7

Transmissão de Dados

• CAMPO DE CONFIRMAÇÃO = 2 bits (inclui limitador = nível lógico alto (recessivo)) (fig. 6.13): todos os nós activos que detectam uma mensagem para o Bus passam do estado recessivo para dominante neste campo, os nós que receberem correctamente a mensagem enviam um bit dominante como confirmação da recepção da mensagem (ver fig. 6.14). Este bit é também o que revê (lê de novo) o transmissor da mensagem. Quando revê a mensagem, se não ler um nível dominante neste campo trata-se de um erro.

Fig. 6.13 – Campo de confirmação

Exemplo dos estados de funcionamento na rede:

Fig. 6.14 – Campo de confirmação (estados de funcionamento)

NOTA: Se o transmissor detectar uma confirmação não tem a certeza que a mensagem foi recebida pelas unidades correspondentes. A única coisa que pode ter a certeza é que a mensagem foi correctamente transmitida (codificada) para o CAN-Bus.

6.8

Multiplexagem

Transmissão de Dados

• CAMPO FINAL = 7 bits = nível lógico alto (recessivo) (fig. 6.15): indica o final de uma mensagem e também verifica se a mensagem tem ou não erros. É a última oportunidade de detectar um erro e por conseguinte, voltar a transmitir a mensagem. O envio de bits para a rede é desligado quando este campo está activo. O último dos bits deste campo tem uma amplitude superior

Fig. 6.15 – Campo final

para marcar o final da mensagem. No final de todos os campos de bits da mensagem o Bus fica no estado inactivo, ou seja, o Bus não é utilizado (0 bit = nível lógico alto (recessivo). A partir daqui qualquer nó da rede pode iniciar uma mensagem. NOTA FINAL: As Mensagens de Dados e as Mensagens Remotas são separadas por um espaço chamado Espaço Entre Mensagens (7 bits = nível lógico alto (recessivo)) (ver fig. 6.16). É o intervalo de tempo de segurança gerido pelo Controlador CAN entre o final do envio e confirmação da recepção da mensagem. Em contraste a isto, as mensagens de sobrecarga e as mensagens de erro não são precedidas pelo bit: Espaço Entre Mensagens, da mesma forma, múltiplas mensagens de sobrecarga também não são separadas por bits deste tipo. No final do envio o formato (teórico) de uma mensagem CAN é o seguinte:

Fig. 6.16 – Mensagem CAN

Recorrendo ao osciloscópio (fig. 6.17) pode-se verificar o formato real de uma mensagem no sistema CAN de alta velocidade (CAN Tracção Grupo VAG):

Fig. 6.17 – Mensagem CAN num sistema de alta velocidade

Multiplexagem

6.9

Transmissão de Dados

6.3.2 - FORMAÇÃO DO PROTOCOLO DE DADOS Um sinal eléctrico pode ser de dois tipos, analógico e digital. No sistema CAN as unidades de comando recebem sinais analógicos dos sensores e transformam-nos em digitais (bits zeros e uns) para haver uma linguagem comum a todas as unidades da rede CAN. Por exemplo, no caso de um interruptor com dois estados possíveis (aberto ou fechado), cada estado é transformado (codificado) num bit de informação, bit 0 para circuito fechado e bit 1 para circuito aberto (fig. 6.18), por exemplo.

Fig. 6.18 – Níveis lógicos de um interruptor

Traduzindo este esquema de abrir e fechar o interruptor para um gráfico (gráf. 6.1), obtém-se o seguinte:

Gráf. 6.1 – Níveis lógicos de um interruptor

Na electrónica, um bit é a unidade de informação mais simples. Um protocolo de dados consiste na conjugação de vários bits, com um bit pode-se ter até duas informações diferentes e com a adição de mais um bit duplica a quantidade de informação a transmitir, ou seja, quanto mais bits contiver uma mensagem, mais informação contém. 6.10

Multiplexagem

Transmissão de Dados

O sistema CAN-Bus funciona basicamente da mesma forma. Os transdutores transmitem as informações para a rede através de bits que constituem a informação contida na mensagem. Tomando como exemplo um sistema CAN de alta velocidade (CAN Tracção VW), na tabela seguinte mostra-se a forma em que se pode transmitir informação por meio de bits:

Variável

Um Dois Três Quatro

Represent. Gráfica

Estado do elevador do vidro

Temperatura do líquido refrigerante

Em movimento

10º C

Em repouso

20º C

Segundo bit

Primeiro bit

0

0

Volts

Volts

0

5

Volts

Volts

5

0

Em zona de início

Volts

Volts

de paragem

5

5

Detecção de

Volts

Volts

bloqueio superior

30º C 40º C

Tab. 6.1 – Comunicação por meio de bits

Se o primeiro bit for transmitido com 0 volts e o segundo também com 0 volts, a informação da tabela significa que: “o elevador se encontra em movimento” e “a temperatura do líquido refrigerante é 10 ºC”. Se aumentar o número de bits, aumenta também a quantidade de informação que pode ser transmitida para a rede CAN, exemplo (tab. 6.2): Variáveis com 1 bit

Informação possível

Variáveis com 2 bits

Informação possível

Variáveis com 3 bits

Informação possível

0V

10º C

0 V, 0 V

10º C

0 V, 0 V, 0 V

10º C

5V

20º C

0 V, 5 V

20º C

0 V, 0 V, 5 V

20º C

5 V, 0 V

30º C

0 V, 5 V, 0 V

30º C

5 V, 5 V

40º C

0 V, 5 V, 5 V

40º C

5 V, 0 V, 0 V

50º C

5 V, 0 V, 5 V

60º C

5 V, 5 V, 0 V

70º C

5 V, 5 V, 5 V

80º C

Tab. 6.2 – Comunicação por meio de bits

Multiplexagem

6.11

Outros Sistemas CAN

7 – OUTROS SISTEMAS CAN Os sistemas que se apresentam de seguida são na generalidade em tudo semelhantes ao sistema CAN convencional. No entanto, as diferenças que existem verificam-se ao nível da velocidade de transmissão dos dados, níveis de tensão de saída nas linhas CAN, e também pelas interfaces de comunicação utilizadas.

7.1 – VAN (VEHICLE AREA NETWORK) A sigla VAN pode traduzir-se para português para Rede de Área de Comunicação no Veículo. O sistema VAN nasceu em 1985/86, tendo sido fabricados os primeiros componentes em 1989. Em 1992 o sistema começou a ser implantado em automóveis (Citroën XM), e em 1998 e 1999 nos Peugeot 206 e 406 respectivamente. O grupo PSA é hoje em dia o fabricante que mais utiliza o sistema VAN. É um sistema bastante semelhante ao sistema CAN de média velocidade. Tal como no CAN, a hierarquia Multi-Mestre (250kbit/s) e Mestre-Escravo (62,5kbit/s) também é utilizado no sistema VAN. O VAN permite uma arquitectura livre, muito bem adaptada à cablagem automóvel. Na figura 7.1 podem-se observar um exemplo de várias redes de comunicação de um Peugeot 407.

Fig. 7.1 – Redes de comunicação num Peugeot 407

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7.1

Outros Sistemas CAN

O Peugeot 407 (fig 7.2) possui quatro redes distintas, em que as principais diferenças entre si residem no facto de terem velocidades de comunicação diferentes. Este veículo possui uma rede CAN de alta velocidade (500kbit/s – anteriormente 250kbit/s) que controla o motor, caixa de velocidades, etc., e possui ainda mais três redes VAN. Em que o VAN CONF (62,5kbit/s) é o sistema de comunicação dos vários componentes de conforto do veículo, rádio, painel de instrumentos, sistema de climatização, etc.. As restantes redes (VAN CAR - 62,5kbit/s) são as que controlam as restantes unidades da carroçaria do veículo, entre elas estão os vidros eléctricos, airbags, sensores de ajuda ao estacionamento, etc..

Fig. 7.2 – Peugeot 407

Transmissão de dados no sistema VAN Velocidade de transmissão de dados: 62,5kbit/s e 250kbit/s. Quanto aos níveis de sinal das linhas (fig. 7.3) e comparando com um sistema CAN a linha CAN H é chamada linha Data e a linha CAN L é chamada linha DataB.

Fig. 7.3 – Sinais das linhas VAN

7.2

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Outros Sistemas CAN

As restantes características são idênticas ao sistema CAN de média velocidade (principio de funcionamento, formato da mensagem de dados, etc.)

Principais características do VAN: Protocolo ISO 11519; Velocidades de 62,5kbit/s e 250kbit/s; Linha de Diagnóstico; Pedido de mensagens remotas; Modo Inactivo e Despertar; Modo de funcionamento apenas com um fio; Arquitectura livre; 16 estações/unidades por rede (no máximo). Com a constante evolução dos sistemas de comunicação dos veículos e devido às grandes semelhanças com ao CAN, gradualmente o sistema VAN tem tendência para desaparecer.

7.2 – LIN (LOCAL INTERCONNECT NETWORK)

Fig. 7.4 – Logótipo LIN

Como o próprio nome indica, o sistema LIN é um subsistema de unidades de comando interligadas entre si. Surgiu em 1999 como uma rede de comunicação de baixo custo de modo a completar o CAN em diversas aplicações. As aplicações do LIN são variadas, por exemplo para o tecto de abrir, portas (vidros, espelhos, fecho de portas, etc.), bancos, entre outras. Multiplexagem

7.3

Outros Sistemas CAN

Na figura 7.5 pode-se verificar a complementaridade entre os sistemas LIN e CAN. Neste caso, o controlo da carroçaria é feito por um sistema CAN, enquanto que o controlo das unidades de comando da porta é feito por um sistema LIN. Os sistemas complementam-se e não é necessário ter CAN para controlo das portas, o que ficaria mais dispendioso.

Fig. 7.5 – Comunicação entre LIN e CAN

As principais características do LIN são: Modo de comunicação unifilar (protocolo J2411); Até 16 Escravos para 1 Mestre; O Mestre inicia a transmissão de dados, logo a arbitragem não é necessária; Velocidade de transmissão 20kbit/s; Bastante mais barato em relação a outros sistemas de multiplexados.

São muitos os fabricantes que utilizam o sistema de comunicação LIN, entre eles estão Volkswagen, Opel, BMW, Audi, Volvo, etc. Protocolo de Comunicação (ISO - 9141): o sistema LIN comunica através de um protocolo mais simples do que o sistema CAN convencional. O protocolo/mensagem LIN (fig. 7.6) tem apenas 5 campos, enquanto que no CAN tem 7 campos. Numa mensagem LIN cada byte de dados tem 10 bits (bit de inicio, oito bits de dados, bit final).

7.4

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Fig. 7.6 – Mensagem LIN

Uma mensagem LIN divide-se em dois conjuntos de campos distintos, campos enviados por um Mestre e campos enviados por um Escravo. Ou seja, uma dada unidade Mestre envia o Cabeçalho da Mensagem que consiste no Intervalo de Sincronização, Campo de Sincronização e Campo de identificação, e uma unidade Escrava envia a restante mensagem que consiste no Campo de Dados e no Campo de Verificação. Analisando cada conjunto de campos tem-se então:

Tarefa do Mestre – Cabeçalho da mensagem: 1.Intervalo de Sincronização: representa o início de uma mensagem. Consiste num bit 0 (dominante) que deve ter um mínimo de 13 bits, e num bit 1 (recessivo) que representa o Limitador deste campo (indica o final do campo). 2.Campo de Sincronização: serve para sincronizar os Escravos e assim “avisar” que se iniciou uma mensagem enviada por um Mestre. Este campo contém 10 bits (8 bits de dados, 1 bit de inicial e 1 bit final). 3.Campo de Identificação: este campo contem a informação acerca do conteúdo e do tamanho da mensagem. Está dividido em três secções (4 bits de Identificação, 2 bits de controlo de tamanho e 2 bits de paridade) como se pode ver de seguida (fig. 7.7).

Fig. 7.7 – Campo de Identificação

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7.5

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- Identificador LIN (4 bits): Os bits Identificadores (ID 0 até a ID 3) representam a identificação do nó escravo que deverá transmitir na secção «Resposta» da mensagem. No entanto, podem haver até 16 nós escravos para 1 mestre, então, este campo descreve apenas o conteúdo da mensagem e não o seu destinatário.

- Controlo do tamanho da mensagem (2 bits): Os bits ID 4 e ID 5 servem para efectuar o controlo do tamanho do Campo de Dados (campo seguinte). Ou seja, é este campo que dita o número de bytes de dados que a mensagem tem (ver tabela 7.1). ID 5

ID 4

Dados (nº de bytes)

0

0

2

0

1

2

1

0

4

1

1

8

Tab. 7.1 – Bits de controlo do tamanho da mensagem

- Paridade (2 bits): São os últimos dois bits do campo de identificação (bit 6 e 7), são bits de paridade e são definidos por um algoritmo de paridade misto. Esta particularidade serve para que o Campo de Identificação não seja constituído no seu todo por bits dominantes ou recessivos. Em conclusão, detecta os erros mas não os corrige. Os bits de verificação de paridade são calculados com base no seguinte algoritmo misto: P0 = ID0 + ID1 + ID2 + ID4 P1 = ID1 + ID3 + ID4 + ID5 Se os estados (recessivo ou dominante) forem iguais em todos os bits é detectado um erro, e consequentemente é enviada uma mensagem de erro. Tarefa do Escravo – Resposta da mensagem: 4.Campo de dados: este campo é “escrito” por dados provenientes do nó escravo correspondente. Pode conter dois, quatro ou oito bytes de dados, em que cada conjunto consiste em: um bit final, oito bits de dados e outro bit final (ver exemplo na fig. 7.8). Como não existe arbitragem apenas um escravo deve responder com o seu próprio identificador, os escravos restantes estão limitados a ler a resposta e agir em conformidade. 7.6

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Outros Sistemas CAN

Fig. 7.8 – Campo de Dados

5.Campo de Verificação: este campo serve essencialmente para verificar a consistência do campo de dados. O campo é composto por um byte de verificação que faz a soma invertida dos bytes do campo de dados. Ou seja, verifica o campo de dados de trás para a frente. Um byte de verificação tem o aspecto seguinte (fig. 7.9):

Fig. 7.9 – Campo de Verificação

Estados dominante e recessivo: é bastante semelhante ao sistema CAN de baixa velocidade. Com a análise da figura 7.10 (com a ajuda de osciloscópio) pode-se concluir que existem dois estados recessivos, em que o primeiro estado corresponde ao bit 1 apresentando-se a linha com 12V (bit que serve para despertar a rede), e o segundo estado recessivo que também corresponde ao bit 1 mas com apenas 4V (bits de dados), por outro lado, o estado dominante corresponde ao bit 0 que corresponde 0V na linha LIN.

Fig. 7.10 – Níveis de tensão para o sistema LIN

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7.7

Outros Sistemas CAN

Interferências na linha: Como existe apenas uma linha de comunicação, as unidades de comando tomam em consideração valores de tolerância. No emissor o sinal é considerado válido acima de 80% no estado recessivo, e, abaixo de 20% no estado dominante. No receptor o sinal é considerado válido acima de 60% no estado recessivo, e, abaixo de 40% no estado dominante (ver fig. 7.11).

Fig. 7.11 – Níveis de tensão na linha LIN

Comunicação Mestre/Escravo: é semelhante ao protocolo CAN de baixa velocidade, mas possui algumas particularidades, tendo os Mestres e os Escravos funções específicas. Funções de um nó Mestre: Um nó Mestre tem o controlo total da linha Bus e do Protocolo de comunicação. O Mestre faz o controlo de qual a mensagem e quando esta deve ser enviada à linha Bus, e da manutenção de erros. As principais funções de um Mestre são: • Determina a ordem e a prioridade das mensagens (enviando o ID respectivo); • Verifica os dados e faz o controlo dos erros; • Serve de referência com as suas bases de tempo; • Recebe informações dos escravos quando estes estão prontos a comunicar. Funções de um nó Escravo: Um nó Escravo apenas faz alguma coisa quando tal lhe é solicitado, ou seja, mantém-se inactivo até que um Mestre o mande activar-se. As principais funções de um Escravo são: • Verifica o ID (identificador) da mensagem enviada; • De acordo com o ID o nó pode receber ou transmitir dados, ou então não fazer nada; • Quando transmite dados, envia Bytes de dados e de verificação de erros; • Alguns nós Mestres em situações particulares podem passar a ser Escravos;

7.8

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Outros Sistemas CAN

Notas finais e principais vantagens: Comunicação por fio único (mais barato e simples de implantar); Velocidade de transmissão de dados de 20kbit/s que utilizam componentes simples e de baixo custo; Cada vez mais utilizado em sistemas de controlo dos vidros eléctricos, limpa vidros, etc. o que simplifica os sistemas de comunicação nos veículos.

7.3 – FIBRA ÓPTICA A fibra óptica usa o princípio da transmissão de dados através de condutor de ondas de luz. Os cabos de fibra óptica são normalmente de cor laranja. A sua constituição pode verificar-se na figura 7.12.

Fig. 7.12 – Fibra óptica

Fonte luminosa O emissor de luz é um díodo electro-luminoso (LED) ou um diodo laser. Por outro lado, o receptor é um foto-diodo (sensível à luz) ou um foto-transistor. O emissor converte os sinais eléctricos em sinais ópticos, e por sua vez, o receptor converte os sisnais ópticos em sinais eléctricos (fig. 7.13). Fig. 7.13 – Emissor e receptor de sinais ópticos

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7.9

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Propagação da luz no interior da fibra óptica: O diâmetro da fibra óptica é bastante pequeno de modo a diminuir a refracção e consequente perda de sinal (fig. 7.14).

Fig. 7.14 – Fibra óptica: propagação da luz

No entanto e com o aumento do comprimento das linhas de fibra óptica o sinal perde-se gradualmente (fig. 7.15), por isso não se usa fibra óptica para grandes comprimentos, a menos que se instalem amplificadores de sinal.

Fig. 7.15 – Perda de sinal

Existem dois sistemas ópticos de comunicação bastante utilizados nos veículos automóveis de gama média/alta (Mercedes Classe S, BMW série 7, etc.), que são o MOST (Media Oriented Systems Transport) e o D2B (Digital Data Bus).

7.3.1 – MOST (Media Oriented Systems Transport)

Fig. 7.16 – Logótipo MOST

MOST foi definido como padrão da MOST Cooperation, com o objectivo de especificar uma unidade de rede de partilha de informação a realizar de modo económico, juntamente com um protocolo adequado para a transmissão de dados multimédia no automóvel, sendo que a transmissão de dados também deve poder decorrer sem um PC ou outras unidades de comando centrais. 7.10

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Outros Sistemas CAN

No âmbito do MOST, o elemento multimédia não engloba apenas vídeo e áudio, mas também as telecomunicações, dados gerais e dados de comando. A MOST Cooperation foi fundada em 1998 com o objectivo da padronização da MOST Technology pela BMW, DaimlerChrysler, Becker Radio e OASIS Silicon Systems. O MOST é adequado tanto para aplicação de “Mestre-Escravo”, como também para aplicações em sistema “Multi-Mestre”. O MOST admite até 64 derivações da rede, com a possibilidade de adicionar ou retirar elementos. A taxa de transmissão de bits é de 21,2Mbit/s. Deste modo, o MOST é adequado para a transmissão de fluxos de dados de vídeo comprimidos, bem como não comprimidos, desde que não seja excedida a necessária largura de banda de 21,2Mbit/s. O MOST suporta ainda, segundo o padrão actual, até 15 canais áudio estéreo não comprimidos com qualidade de CD, até 15 canais MPEG-1 para transmissão de vídeo/áudio ou alguns canais MPEG-2 para a transmissão vídeo/áudio. Na figura 7.17 pode-se observar os vários componentes que comunicam entre si através do sistema MOST (em anel), como alguns sistemas de conforto do veículo (sistemas de TV, rádio CD com MP3, telefone, etc.).

Fig. 7.17 – Rede MOST

Conclusão: Em comparação com as ligações eléctricas, a transmissão óptica de dados do MOST apresenta vantagens no que diz respeito à compatibilidade electromagnética e radiação electromagnética. Os custos e o peso dos cabos ópticos polímeros são elementos a favor do MOST. Embora o protocolo tenha em consideração as aplicações típicas de áudio e vídeo, a largura da banda é de cerca de 22Mbit/s parece ser menos virada para o futuro, em especial porque na área dos computadores pessoais existem cada vez menos alternativas rápidas e económicas para uma rápida transmissão de dados.

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7.11

Outros Sistemas CAN

Assim, coloca-se uma questão sobre se os padrões disponíveis, como USB 2.0 (Universal Serial Bus) dos computadores – eventualmente, com adaptações especiais às exigências da área automóvel – não serão mais adequados a longo prazo.

Principais Características do sistema MOST Ao contrário do sistema CAN, o sistema MOST envia as mensagens para destinatários particulares. Na maioria dos casos está implantado numa topologia em anel (ver fig. 7.18). Possui uma unidade de diagnóstico, que detecta avarias nas linhas e também nas unidades de comando (ver fig. 7.18). As unidades de comando transmitem os dados numa direcção através da fibra óptica para a seguinte unidade de comando (esta operação repete-se até que a unidade transmissora receba correctamente os dados enviados). É usado principalmente para controlo de sistemas multimédia complexos (vídeo, telefone, rádio, etc.).

Fig. 7.18 – Rede MOST em anel

Estados de operação Modo Desexcitado: Neste estado não se realizam quaisquer trocas de dados. As unidades estão em espera até que gestor do sistema (Mestre) as active enviando um sinal óptico. Modo Espera: O sistema encontra-se desligado e não oferece qualquer serviço ao utilizador. Modo de Activação: Todas as unidades de comando estão em plena comunicação.

7.12

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Analisando à vista desarmada pode-se concluir que: - Nenhuma luz: emissão de sinal. - Luz vermelha: recepção de sinal.

Vantagens do MOST • Não sofre qualquer interferência electromagnética exterior; • Pode transmitir a grandes velocidades, até 21,2Mbit/s; • As linhas de comunicação (fibra óptica) são bastante mais leves que as linhas utilizadas no sistema CAN por exemplo; • Menos quantidade de cabos para os mesmos fins; • A distância entre o emissor e o receptor pode ser de vários metros.

Desvantagens do MOST • Tem limitações face a variações bruscas de temperatura. No entanto, funciona bem no intervalo entre -40ºC e 85ºC; • Não se deve esticar, apertar, esmagar (por exemplo, contra a carroçaria do veículo); • Não é recomendada a reparação, em caso de avaria é aconselhado a substituição completa da linha; • O raio de curvatura (ver fig. 7.19) não deve ser inferior a 25mm (sob risco de diminuir bastante a reflexão de sinal, ou até partir a fibra). Na figura 7.19 alerta-se para o facto evitar colocar a fibra óptica com raios de curvatura inferiores a 25mm (ou 90º), dado que com o aumento do raio de curvatura diminui a reflexão de sinal.

Fig. 7.19 – Raio de curvatura da fibra óptica

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7.13

Outros Sistemas CAN

Diagnóstico de avarias O próprio sistema MOST possui uma unidade responsável pelo diagnóstico de avarias (fig. 7.20), que detecta problemas/falhas nas linhas como também nas unidades de comando.

Fig. 7.20 – Unidade de diagnóstico numa rede MOST

Se a unidade de diagnóstico detectar que há uma fractura da linha, procede a um ciclo de diagnóstico. A unidade envia um impulso eléctrico a todas as unidades, e se alguma delas não responder o sistema detecta o local onde a linha está interrompida. Da mesma forma, cada unidade tem o seu tempo de resposta a uma solicitação, assim, é possível à unidade de diagnóstico saber qual a unidade que está a responder, e se está em boas condições de funcionamento. Esta unidade de diagnóstico verifica ainda a intensidade luminosa enviada e recebida, de modo a verificar se as perdas de sinal são ou não significativas. Em caso se falha de uma unidade pode-se utilizar um conector passivo de modo a fechar de novo o circuito.

7.3.2 – D2B (Digital Data Bus) O Digital Data Bus é um sistema óptico de Bus dentro de um sistema de informação e comunicação ligado em rede. É comandado de modo central através da unidade de indicação e de comando do rádio ou do COMAND (unidade de comando geral). Tal como no sistema MOST, o D2B é um sistema de comunicação bastante utilizado em veículos de gama média/alta que engloba sistemas como o rádio, telefone, vídeo, entre outros.

7.14

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Funcionamento do sistema Com o D²B, a transmissão de dados é efectuada por impulsos luminosos. Estes são transmitidos, através de um condutor de ondas de luz, aos componentes ligados ao sistema de bus. Para a retransmissão através do Digital Data Bus, todas as informações eléctricas devem ser transformados em informações ópticas (impulsos luminosos). Por outro lado, os impulsos luminosos nos componentes do receptor são, por sua vez, transformados em sinais eléctricos e posteriormente processados. Estas transformações realizam os chamados módulos da interface D²B (ver fig. 7.21).

Fig. 7.21 – Arquitectura de ligações num sistema D2B

Quando as unidades estão “desligadas”, devem ser despertadas através de um sinal de despertar ao ligar o sistema COMAND (unidade de comanda todas as outras). O D²B possui uma estrutura circular fechada. Os componentes estão, assim, dispostos dentro de um condutor circular (topologia em anel). Esta disposição é adaptada de acordo com a variante de equipamento. Dentro da topologia em anel, o rádio/COMAND assume uma função superior (“Mestre”), enquanto os restantes componentes assumem uma função periférica (“Escrava”). Na figura 7.22 pode-se ver um exemplo de topologia D2B em anel, num veículo do grupo Daimler/ Chrysler.

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7.15

Outros Sistemas CAN

Fig. 7.22 – Rede D2B

Quando se coloca o sistema em funcionamento, é realizado um teste ao sistema. Todos os componentes individualmente e a sua ordem na estrutura circular (configuração real) são verificados pelo rádio/ COMAND. Eles são comparados com a sequência específica do equipamento dos dados memorizados na unidade (configuração teórica). Assim, o D²B possui um modo de funcionamento igual em todos os modelos; apenas a sequência dos componentes conectados diverge consoante a variante nacional e o equipamento do veículo. Devido à sua elevada taxa de transmissão, o D²B pode transmitir simultaneamente música, vídeo, e dados de controlo (ex: comando de leitura de CD’s). Deste modo, reduz-se e muito a necessidade de possuir grandes cablagens.

Estados de transmissão Analisando à vista desarmada a fibra óptica pode-se concluir que: - Luz branca: emissão de sinal. - Luz vermelha: recepção de sinal

7.16

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Características principais do D2B

Elevada taxa de transmissão de dados (até 5,6Mbit/s); Não sofre interferências electromagnéticas exteriores; Não sofre curto-circuitos; Baixo peso das cablagens; Pequeno diâmetro do conjunto de cabos; Não sofre oxidação; Em caso se falha de uma unidade pode-se utilizar um conector passivo de modo a fechar de novo o circuito.

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7.17

Bibliografia

BIBLIOGRAFIA Manual do simulador de Multiplexagem de CAN Conforto da Volkswagen (1ª Geração); Manual do simulador de Multiplexagem da Lucas-Nulle; Manual de Multiplexagem de transdutores CAN para veículos de passageiros (Philips); Manual de Multiplexagem da Magneti-Marelli; Manual de Redes CAN-Bus da ANFA (Association Nationale Pour La Formation Automobile); Manual de Protocolo LIN (Motorola); Manual Peugeot de Redes VAN; Manual de formação DaimlerChrysler de Fibra Óptica; Manual CAN Specification Bosch v2.0.

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C.1

DOCUMENTOS DE SAÍDA

Pós-Teste

PÓS-TESTE Em relação a cada um dos exercícios seguintes, são apresentadas 4 (quatro) respostas, das quais apenas 1 (uma) está correcta. Para cada exercício indique a resposta que considera correcta, colocando uma cruz no quadrado respectivo.

1. No sistema CAN-Bus de duas linhas: a) Toda a informação é transmitida através de duas linhas CAN. ........................................... b) É necessário uma linha CAN para cada informação. .......................................................... c) Existem linhas CAN diferentes para diferentes tipos de informações.................................. d) Existe apenas uma linha CAN. ............................................................................................

2. As principais vantagens do CAN-Bus de dados são: a) Menos sensores. .................................................................................................................. b) Mais espaço disponível, pelo menor tamanho das unidades de comando e das ligações das unidades de comando. .................................................................................... c) A transmissão de dados é muito elevada. ........................................................................... d) Todas as respostas anteriores estão correctas. ..................................................................

3. Quais as classes CAN existentes? a) Classe A, Classe B e Classe D. ........................................................................................... b) Classe B, Classe C e Classe D............................................................................................ c) Classe A, Classe B, Classe C e Classe D. .......................................................................... d) Classe C, Classe D, Classe E e Classe F. ..........................................................................

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S.1

Pós-Teste

4. Qual a classe CAN mais utilizada na área de tracção? a) Classe B de 500kbit/s .......................................................................................................... b) Classe A de 125kbit/s. ......................................................................................................... c) Classe C de 1Mbit/s. ............................................................................................................ d) Classe C de 500kbit/s. .........................................................................................................

5. Numa rede CAN de dois fios, quais os nomes das linhas CAN? a) CAN H (CAN Alto) e CAN L (CAN Baixo) ............................................................................ b) CAN R (CAN Rápido) e CAN L (CAN Lento). ...................................................................... c) CAN A e CAN B. .................................................................................................................. d) CAN C e CAN D. ..................................................................................................................

6. Qual a secção de fio mais utilizado em linhas CAN? a) 0,35 e 0,65 mm2 ................................................................................................................... b) 0,45 e 0,50 mm2 ................................................................................................................... c) 0,35 e 0,50 mm2 ................................................................................................................... d) Nenhuma das anteriores ......................................................................................................

7. Quais os tipos de interferências que podem alterar os sinais das linhas CAN? a) Antenas de telemóveis, sistema de ignição, alternador ....................................................... b) Sinais PWM.......................................................................................................................... c) Sensores de efeito HALL. .................................................................................................... d) Temperatura do liquido refrigerante. ....................................................................................

S.2

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Pós-Teste

8. Porquê usar os dois fios entrelaçados? a) Porque ocupa menos espaço .............................................................................................. b) Porque é mais barato. .......................................................................................................... c) Porque é mais fácil identificar nos esquemas eléctricos ...................................................... d) Porque anula as interferências electromagnéticas. .............................................................

9. Quais são as topologias possíveis para uma Rede CAN? a) Linear, ramos, anel e estrela................................................................................................ b) Redondel, em linha e estrela. .............................................................................................. c) Linear, árvore, estrela e anel................................................................................................ d) Redonda, em linha, arvore e anel. .......................................................................................

10. Qual é a afirmação correcta? a) Existem dois tipos de hierarquia, Mestre-Escravo e Mestre-Escravos. ............................... b) Na hierarquia Mestre-Escravo todas as unidades de comando comunicam entre si.............. c) Na hierarquia Mestre-Mestre existem algumas unidades de comando que só são receptores ............................................................................................................................ d) Na hierarquia Mestre-Escravo as unidades de comando escravas são emissoras apenas em relação à Mestre. ...............................................................................................

11. As linhas CAN têm limites máximos de comprimento dependendo da velocidade de transmissão de dados. Qual o comprimento máximo para uma rede CAN de 500kbit/s? a) 1km. ..................................................................................................................................... b) 2,5km. .................................................................................................................................. c) 500m .................................................................................................................................... d) 100m. ...................................................................................................................................

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S.3

Pós-Teste

12. Quais os componentes constituintes de um sistema CAN? a) Microprocessadores, RAM e EPROM................................................................................... b) EPROM, RAM e ROM........................................................................................................... c) Unidades de comando, linhas CAN e terminais de linha ...................................................... d) Resistências e linhas CAN. ...................................................................................................

13. Qual o valor de resistência total do sistema mais utilizado nos sistemas CAN? a) 120Ω. .................................................................................................................................... b) 2,6kΩ..................................................................................................................................... c) 66Ω........................................................................................................................................ d) 60 a 72Ω. ..............................................................................................................................

14. Função da Gateway? a) A Gateway só serve para redes de uma linha CAN.............................................................. b) Só é utilizada na comunicação opto-eléctrica. ...................................................................... c) A Gateway é utilizada como tradutor/conversor de dados entre as várias redes CAN ........ d) A Gateway é normalmente colocada na unidade de comando da gestão do motor. ...........

15. Quais os níveis lógicos utilizados num sistema CAN-Bus? a) Bit 1 – Dominante e Bit 0 – Recessivo. ................................................................................. b) Bit 0 – Dominante e Bit 1 – Recessivo. ................................................................................. c) Bit 0 – Dominante e Bit 0 – Recessivo. ................................................................................. d) Bit 1 – Dominante e Bit 1 – Recessivo. .................................................................................

S.4

Multiplexagem

Pós-Teste

16. Quais as amplitudes das linhas CAN num sistema CAN de alta velocidade (500kbit/s)? a) CAN H: 2,5 a 3,5V................................................................................................................ b) CAN L: 2,5 a 1,5V. ............................................................................................................... c) CAN H 2,5 a 3,5V e CAN L 2,5 a 1,5V ................................................................................. d) Todas as anteriores estão correctas. ...................................................................................

17. Qual o sintoma mais frequente quando a linha CAN H (sistema de alta velocidade) é curto-circuitada ao positivo de bateria? a) O veículo não apresenta quaisquer sintoma........................................................................ b) O veículo percorre 100m e pára. ......................................................................................... c) A linha CAN H fica com 5V .................................................................................................. d) A linha CAN H fica com 12V e o veículo não arranca..........................................................

18. Qual o valor de resistência total num sistema CAN de alta velocidade (500kbit/s)? a) 60 a 72Ω .............................................................................................................................. b) 100 a 6000Ω ........................................................................................................................ c) 60Ω....................................................................................................................................... d) 500Ω. ...................................................................................................................................

19. Quais as amplitudes das linhas CAN num sistema CAN de média velocidade (125kbit/s)? a) CAN H: 0 a 3,6V e CAN L: 5 a 1,4V..................................................................................... b) CAN H 2,5 a 3,5V e CAN L: 2,5 a 1,5V................................................................................ c) CAN L: 0 a 3,6V e CAN H: 5 a 1,4V ..................................................................................... d) CAN L 2,5 a 3,5V e CAN H: 2,5 a 1,5V................................................................................

Multiplexagem

S.5

Pós-Teste

20. Qual o valor de resistência total num sistema CAN de média velocidade (125kbit/s)? e) 60 a 72Ω .............................................................................................................................. f) 100 a 6000Ω. ........................................................................................................................ g) 60Ω. ..................................................................................................................................... h) 500Ω. ...................................................................................................................................

21. Quais as amplitudes das linhas CAN num sistema CAN de baixa velocidade (33kbit/s)? a) CAN H: 0 a 3,6V e CAN L: 5 a 1,4V..................................................................................... b) CAN H 2,5 a 3,5V e CAN L: 2,5 a 1,5V................................................................................ c) CAN H: 12 ou 4V (recessivo) a 0V (dominante)................................................................... d) CAN H: 12 ou 4V (dominante) a 0V (recessivo) ..................................................................

22. Quais os estados de funcionamento possíveis num sistema CAN de baixa velocidade? a) Descanso e normal .............................................................................................................. b) Despertar, latente (descanso), normal e alta velocidade (para diagnóstico) ....................... c) Despertar, latente (descanso), baixa velocidade e diagnóstico (alta velocidade) ............... d) Latente (descanso), normal e diagnóstico (alta velocidade) ................................................

23. Numa mensagem CAN existem dois tipos de campos de arbitragem? a) Formato excitado e formato desexcitado ............................................................................. b) Formato normal e especial................................................................................................... c) Formato estendido e standard ............................................................................................. d) Formato H e L ......................................................................................................................

S.6

Multiplexagem

Pós-Teste

24. Qual a resposta correcta em relação ao campo de arbitragem? a) Quanto mais bits 1 maior é a prioridade. ............................................................................. b A prioridade depende da marca das unidades de comando (Bosch ou Magnetti Marelli)................................................................................................................................... c) Quantos mais bits 0 menor é a prioridade. .......................................................................... d) Quantos mais bits 0 maior é a prioridade. ...........................................................................

25. Qual a resposta correcta em relação aos sistemas de multiplexagem de fibra óptica? a) O LIN emite luz vermelha para comunicar e quando está em modo receptor permanece sem luz .............................................................................................................. b) O MOST tem uma taxa de transmissão de dados de 21,2Mbit/s ........................................ c) O D2B tem uma taxa de transmissão de dados de 10Mbit/s ................................................ d) A topologia mais utilizada nestes sistemas é a topologia linear ..........................................

Multiplexagem

S.7

Corrigenda do Pós-Teste

CORRIGENDA DO PÓS-TESTE

S.8

Nº DA QUESTÃO

RESPOSTA CORRECTA

1

a)

2

d)

3

c)

4

d)

5

a)

6

c)

7

a)

8

d)

9

c)

10

d)

11

d)

12

c)

13

d)

14

c)

15

b)

16

d)

17

d)

18

a)

19

a)

20

b)

21

c)

22

b)

23

c)

24

d)

25

b)

Multiplexagem

ANEXOS

Exercícios Práticos

EXERCÍCIOS PRÁTICOS Esta secção inclui exemplos de exercícios práticos a desenvolver no posto de trabalho e de acordo com a matéria constante no presente módulo.

EXERCICIO N.º 1 – SIMULADOR DE MULTIPLEXAGEM EQUIPAMENTO NECESSÁRIO - 1 Simulador de rede CAN classe B; - 1 Multímetro digital; - 1 Osciloscópio. TAREFAS A EXECUTAR MEDIÇÃO DAS ALIMENTAÇÕES E AMPLITUDES 1. Proceda à medição da amplitude das linhas CAN-H e CAN-L da rede CAN classe B (CAN conforto); 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo da viatura. TAXA TRANSMISSÃO DE DADOS: ________________

Multiplexagem

A.1

Exercícios Práticos

A.2

Multiplexagem

Exercícios Práticos

AVARIAS NAS LINHAS CAN 1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H e CAN-L em curto entre ambas; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.3

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H em curto ao positivo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

A.4

Multiplexagem

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H em curto ao negativo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.5

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-L em curto ao positivo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

A.6

Multiplexagem

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-L em curto ao negativo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.7

Exercícios Práticos

EXERCÍCIO N.º 2 – CAN BUS CLASSE C EQUIPAMENTO NECESSÁRIO - 1 Veículo equipado com rede CAN classe C; - 1 Multímetro digital; - 1 Osciloscópio. TAREFAS A EXECUTAR MEDIÇÃO DAS ALIMENTAÇÕES E AMPLITUDES 1. Proceda à medição da amplitude das linhas CAN-H da rede CAN classe C (CAN tracção); 2. Anote os resultados nos quadros seguintes; TAXA TRANSMISSÃO DE DADOS: ________________

Modo “Sleep” (viatura trancada).

Modo “Standby” (viatura destrancada).

Verifique o valor total das resistências terminais entre as linhas CAN-H e CAN-L.

______ Rtotal Ω A.8

Multiplexagem

Exercícios Práticos

3. Proceda à medição das linhas CAN-H e CAN-L da rede CAN de tracção; 4. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 5. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo da viatura.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.9

Exercícios Práticos

AVARIAS NAS LINHAS CAN 1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H e CAN-L em curto entre ambas; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

A.10

Multiplexagem

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H em curto ao positivo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.11

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-H em curto ao negativo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

A.12

Multiplexagem

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-L em curto ao positivo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Multiplexagem

A.13

Exercícios Práticos

1. Proceda à medição das duas linhas CAN-L em curto ao negativo; 2. Esboce os resultados nos quadros 1 e 2; 3. Anote nos quadros 3, 4 e 5 as amplitudes das linhas em relação ao negativo e descreva os sintomas do sistema.

Notas: _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

A.14

Multiplexagem