BÁO CÁO CUỐI KỲ MẠNG CAN MÔN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

1.3 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫnCAN thực chất chỉ là chuẩn giao thức từ phần trên của lớp vật lý cho tới hết lớp liên kết dữ liệu, vì vậy không qui định cụ thể về, chuẩn truy

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CUỐI KỲ

MẠNG CAN MÔN:MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

GVHD:LÊ ĐỨC ANH MINH

Danh sách nhóm 10 Môn mạng truyền thông công nghiệp Ca 2

3 41901091 Thân Nguyễn Minh Hiếu

5 41901084 Nguyễn Kelvin Duy

Lời cam đoan

Chúng em xin cam đoan Báo cáo cuối kỳ do nhóm 10 nghiên cứu và thực hiện

Chúng em đã kiểm tra dữ liệu theo quy định hiện hành

Kết quả Báo cáo cuối kỳ là trung thực và không sao chép từ bất kỳ báo cáo của nhóm khác

Các tài liệu được sử dụng trong Báo cáo cuối kỳ có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

MỤC LỤC

1.Mạng CAN 5

1.1 Khái niệm ? 5

1.2 Đặc điểm vật lý 5

1.3 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn 6

1.4 Cơ chế giao tiếp 7

1.5 Cấu trúc bức điện 8

1.6 Truy nhập bus 11

1.7 Bảo toàn dữ liệu 12

1.8 Ưu điểm 12

1.9 Ứng dụng 13

2 Chuẩn RS485 13

2.1 Khái niệm 13

2.2 Cấu tạo 13

2.3 Nguyên lý hoạt động 13

2.4 Ưu điểm 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

1.Mạng CAN

1.1 Khái niệm ?

Controller Area Network (CAN hoặc CAN Bus) là công nghệ mạng nối tiếp, tốc độ cao, bán song công, hai dây Ban đầu CAN được thiết kế dành cho ngành công nghiệp ô

tô, tuy nhiên hiện nay CAN cũng đã trở thành một tiêu chuẩn phổ biến trong tự động hóa công nghiệp và các ngành khác

1.2 Đặc điểm vật lý

 Thông thường, mạng Can sử dụng 2 dây xoắn (Gồm High Speed với Low Speed) với 2 điện trở đầu cuối 120 Ohms

 Giao diện lớp vật lý RS – 485

 Hai dây này, hoạt động ở chế độ vi sai (mang điện áp ngược để giảm nhiễu)

Hình 1: 2 dây xoắn CAN high và CAN low

1.3 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

CAN thực chất chỉ là chuẩn giao thức từ phần trên của lớp vật lý cho tới hết lớp liên kết dữ liệu, vì vậy không qui định cụ thể về, chuẩn truyền dẫn cũng như môi trường truyền thông

Do có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn trong phương pháp truy nhập bus CSMA/CA, tốc độ truyền tối đa là 1Mbit/s ở khoảng cách 40m và 50kbit/s ở khoảng cách 1000m Số trạm phụ thuộc nhiều vào cấu trúc mạng, cáp truyền và đặc tính điện học của các bộ thu phát, thông thường hạn chế ở con số 64 đối với cấu trúc đường thẳng sử dụng đối dây xoắn

Hình 2 : Cấu trúc mạng CAN

1.4 Cơ chế giao tiếp

Đặc trưng của CAN là phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng, trong khi hầu hết các hệ thống bus trường khác đều giao tiếp dựa vào địa chỉ các trạm Mỗi thông tin trao đổi trong mạng được coi như một đối tượng, được gán một mã số căn cước Thông tin được gửi trên bus theo kiểu truyền thông báo với độ dài có thể khác nhau Các thông báo không được gửi tới một địa chỉ nhất định mà bất cứ trạm nào cũng có thể nhận theo nhu cầu Nội dung mỗi thông báo được các trạm phân biệt qua một mã căn cước (IDENTIFIER) Mã căn cước không nói lên địa chỉ đích của thông báo, mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo

Vì thế, mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo qua phương thức lọc thông báo (Message Filtering) Cũng nhờ sử dụng phương thức lọc thông báo, nhiều trạm có thể đồng thời nhận cùng một thông báo và có các phản ứng khác nhau

Hình 3 : Cơ chế giao tiếp của mạng CAN

1.5 Cấu trúc bức điện

CAN định nghĩa 4 kiểu bức điện sau:

 Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm truyền tới các trạm nhận

 Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) được gửi từ một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu với cùng mã căn cước

 Khung lỗi ERROR FRAME) được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lõi bus

 Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) được sử dụng nhằm tạo một khoảng cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải

 Khung dữ liệu

Hình 4 : Cấu trúc khung dữ liệu

 Khởi đầu khung là một bit trội và đánh dấu khởi đầu của một khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu Tất cả các trạm sẽ phải đồng bộ hóa dựa vào bột khởi đầu này

 Ô phân xử được sử dụng là mức ưu tiên của bức điện, quyết định quyền truy nhập bus khi có nhiều thông báo được gửi đi đồng thời, ô phân xử có chiều dài 12 bit đối với dạng khung chuẩn và 32 bit đối với dạng khung mở rộng, trong đó mã căn cước dài 11 hoặc 29 bit Bit cuối cùng của ô phân xử được gọi là bit RTR (Remote Tranmission Request) , dùng để phân biệt giữa khung dữ liệu (bit trội) và khung yêu cầu dữ liệu (bit lặn)

 Ô điều khiển dài 6 bit, trong đó 4 bit cuối mã hóa chiều dài dữ liệu (bit trội

= 0, bịt lặn = 1) Tùy theo dạng khung là chuẩn hay mở rộng mà ý nghĩa của hai bit còn lại khác nhau một chút

 Ô dữ liệu có chiều dài từ 0.8 byte, trong đó mỗi byte được truyền đi theo thứ tự từ bít có giá trị cao nhất (MSB) đến bít có giá trị thấp nhất (LSB)

 Ô kiểm soát lỗi CRC bao gồm 15 bắt được tính theo phương pháp CRC và 1 bit lặn phân cách Dãy bắt đầu vào để tính bao gồm bắt khởi đầu khung, ô phân xử, ô điều khiển và ô dữ liệu

 Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) gồm 2 bit, được phát đi là các bit lặn Mỗi trạm nhận được bức điện phải kiểm tra mã CRC, nếu đúng sẽ phát chồng một bit trội trong thời gian nhận được bit ARC đầu tiên (ARC slot) Như vậy, một bức điện được truyền chính xác sẽ có một bit ARC trội nằm giữa hai bít lặn phân cách (một bít phân cách CRC và một bít phân cách ACK)

 Kết thúc khung được đánh dấu bằng 7 bit lặn

 Khung lỗi

Hình 5 : Cấu trúc khung lỗi

Một khung lỗi được gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi trên bus Khung lỗi bao gồm

cờ lỗi (Error Flag) và phân cách lỗi (Error Delimiter).CAN phân biệt hai loại là lỗi chủ động (Active Error) và lỗi bị động (Passive Error) Tương ứng với chúng là hai dạng cờ lỗi:

 Dạng cờ lỗi chủ động bao gồm sáu bịt trội liền nhau

 Dạng Cờ lỗi bị động bao gồm sáu bịt lặn liền nhau, trừ trường hợp nó bị ghi

đè lên bởi các bit trội từ các trạm khác

 Khung quá tải

Hình 6 : Cấu trúc khung quá tải

Cờ quá tải bao gồm sáu bịt trội, tương tự như cờ lỗi chủ động Cờ quá tải phá bỏ dạng

cố định của ô INTERMISSION ở khoảng trống giữa hai khung Chính vì vậy, tất cả các trạm khác cũng phát hiện tình trạng quá tải và bắt đầu gửi cờ quá tải Cuối cùng, dãy bit trội quan sát được trên bus thực tế là kết quả của sự xếp chồng nhiều cờ lỗi khác nhau phát riêng từ các trạm

Cũng giống như khung lối, phân cách quá tải được đánh dấu bằng tám bit lặn liên tục Sau khi gửi xong một cờ , mỗi trạm phải quan sát bus cho đến khi phát hiện ra một bít lặn Tại thời điểm đó tất cả các trạm khác đã gửi xong cờ quá tải, chúng sẽ phát tiếp 7 bịt lặn Tối đa là hai khong quá tải có thể sử dụng nhằm tạo thời gian trễ giữa hai khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu

1.6 Truy nhập bus

CAN sử dụng phương pháp truy nhập môi trường CSMA/CA, tức điều khiển phân kênh theo từng bịt Phương pháp phần mức ưu tiên truy nhập bus dựa theo tính cấp thiết của nội dung thông báo

Mỗi bức điện đều bắt đầu bằng một bọt khởi điểm và mã căn cước, vì thế nếu hai hoặc nhiều trạm cùng đồng thời bắt đầu gửi thông báo, việc xung đột trên đường truyền sẽ được phân xử dựa theo từng bit của mã căn cước Mỗi bộ thu phát đều phải so sánh mức tín hiệu của mỗi bit gửi đi với mức tín hiệu quan sát được trên bus Nếu hai mức tín hiệu

có trạng thái logic giống nhau thì trạm có quyền phát bit tiếp theo, trường hợp ngược lại

sẽ phải dừng ngay lập tức

Một thông báo có mã căn cước nhỏ nhất sẽ được tiếp tục phát Hay nói cách khác, thông báo nào có mã căn cước càng bé thì mức ưu tiên càng cao

1.7 Bảo toàn dữ liệu

Nhằm đảm bảo mức an toàn tối đa trong truyền dẫn dữ liệu, mỗi trạm CAN đều sử dụng kết hợp nhiều biện pháp để tự kiểm tra, phát hiện và báo hiệu lỗi Các biện pháp kiểm soát lỗi sau đây được áp dụng:

 Theo dõi mức tín hiệu của mỗi bit truyền đi và so sánh với với tínhiệu nhận được trên bus

 Kiểm soát qua mã CRC

 Thực hiện nhồi bịt (nhồi một bột nghịch đảo sau năm bịt giống nhau)

 Kiểm soát khung thông báo

Với các biện pháp trên, hiệu quả đạt được là:

 Phát hiện được tới 5 bit lỗi phân bố ngẫu nhiên trong một bức điện

 Phát hiện được các lỗi đột ngột có chiều dài nhỏ hơn 15 bít trong một thông báo

 Phát hiện được các lỗi có số bịt lỗi là chắn

 Tỉ lệ lỗi còn lại (xác suất một thông báo còn bị lỗi không phát hiện nhỏ

1.8 Ưu điểm

 Chi phí thấp , đơn giản

 Các nhà cung cấp khác nhau có thể phát triển module điều khiển khác nhau do mạng CAN tạo ra một giao thức chung

 Cấu hình linh hoạt cho phép thiết lập cấu hình đồng bộ độ dài dữ liệu truyền và nhập

1.9 Ứng dụng

 Sử dụng trong công nghệ xe ô tô:

 Đưa thêm các chức năng mới vào

 Mở thông tin cho các thiết bị thông minh

 Sử dụng trong y tế

 Sử dụng trong Robot, vận tải, vận chuyển

 Điện tử, máy bay, hàng không

2 Chuẩn RS485

2.1 Khái niệm

RS485 là một phương thức giao tiếp nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị trong ngành công nghiệp, viễn thông, POS,… Hay còn được gọi là TIA-485 (-A) hoặc EIA-485

RS485 còn được đặc biệt sử dụng ở các môi trường nhiễu có phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp đi đường dài trong môi trường nhiễu

2.2 Cấu tạo

Cáp RS485 được tạo thành từ những sợi cáp nhỏ bằng đồng, xoắn với nhau theo từng cặp nối dài Bên cạnh sự đơn giản cũng có một số ưu điểm và nhược điểm đi kèm Với cấu tạo là những cặp xoắn nối tiếp khả năng nhiễu đối với chuẩn truyền thông RS485 là rất ít, nhưng khi xuất hiện hiện tượng này thì các cặp khác cũng sẽ bị kéo theo

2.3 Nguyên lý hoạt động

Dữ liệu khi được truyền qua 2 dây trong trạng thái xoắn lại Khi dây xoắn lại khả năng chống nhiễu cao và tín hiệu đường truyền sẽ tốt hơn Trong mạng RS485 được chia thành

2 cấu hình: Cấu hình 2 dây ( hệ thống bán song công), cấu hình 4 dây ( hệ thống song công toàn phần)

Hình 7 : Cấu hình mạng 4 dây và 2 dây

2.4 Ưu điểm

 Có thể giao tiếp, kết nối cùng lúc nhiều máy phát trên cùng hệ thống mạng.

 Kết nối được nhiều thiết bị trên cùng một hệ thống mạng

 Đối với điện trở đầu vào 12Ω thì sẽ kết nối được với 32 thiết bị Hoặc các đầu vào có điện trở khác cũng có thể kết nối lên đến 256 thiết bị

 Khi RS485 kết nối với các thiết bị ở khoảng cách xa có thể dùng thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối

 Mỗi tín hiệu kết nối với hai dây tín hiệu sẽ truyền nhanh với khoảng cách xa hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sơn, H M (2006) Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp