1.4.1
Automotive
Il protocollo CAN si `e sviluppato quando l’elettronica `e iniziata ad entrare pesantemente nella gestione dei moderni veicoli a motore; esempi di questi di- spositivi sono le sospensioni attive, l’ABS, il controllo del cambio, il controllo delle luci, il condizionamento dell’aria, gli airbag e le centraline di comando delle serrature. Il crescente impiego di dispositivi elettronici `e il risultato in parte del desiderio di migliorare la sicurezza ed il comfort dell’automobilista ed in parte dell’esigenza di ridurre i consumi e migliorare le prestazioni del mezzo. La complessit`a delle funzioni realizzate necessita uno scambio conti- nuo di informazioni che con i sistemi tradizionali si traduce nella realizzazione di cablaggi dedicati che collegano tra loro le singole interfacce ed i problemi nello “stendere” queste connessioni diventano tanto pi`u grandi quanto pi`u le funzioni da realizzare sono sofisticate e quindi richiedono la connessione di numerose unit`a di controllo. La soluzione consiste nell’impiegare un bus di tipo seriale realizzando cos`ı una Fieldbus Network come quella schemati- camente riportata in figura 1.16 in cui le “vecchie” connessioni punto-punto sono sostituite da un’unica linea (bus) che percorre il veicolo per tutta la sua lunghezza e alla quale le interfacce e le centraline di comando si collegano.
La Daimler-Benz `e stata il primo costruttore ad impiegare il protocol- lo CAN nella progettazione dei suoi sistemi di controllo; oggi molti veicoli prodotti da questa compagnia sfruttano una rete CAN a 500 Kbit/s per la gestione del motore e molte altre grosse aziende stanno seguendo il suo esem- pio (Audi, BMW, Saab, Volvo ecc. . . ). Come si vede anche nella figura1.16 il bus CAN sfruttato a velocit`a inferiori pu`o essere validamente utilizzato per la connessione di tutta quell’ elettronica che non ha stringenti esigenze di tipo
Capitolo 1. Protocolli di comunicazione industriali 30
Figura 1.16: Schematizzazione di una rete CAN impiegata in campo automotive.
real-time come i sistemi di condizionamento d’aria, il sistema di comando e controllo della chiusura cetralizzata, la regolazione dei sedili ed altro ancora. I vantaggi introdotti dall’uso di un sistema distribuito di connessione so- no particolarmente evidenti nella realizzazione di autoveicoli a propulsione ibrida. In questi mezzi nei quali normalmente al classico motore a combu- stione viene affiancato un motore elettrico sono molti i sistemi di controllo che devono dialogare. Il sistema gestisce in modo automatico il passaggio da una forma di propulsione all’altra a seconda delle condizioni di moto e rica- rica automaticamente le batterie del motore elettrico, tutto ci`o contribuisce a ridurre enormemente i consumi e le emissioni.
Oggi il CAN `e il protocollo principale usato in applicazioni automotive in europa e questa sua diffusione non `e destinata ad arrestarsi. I moderni sistemi di diagnostica e di controllo delle emissioni ambientali la cui im- plementazione `e obbligatoria negli Stati Uniti ormai da diversi anni, tende sempre pi`u pesantemente a sfruttare il CAN come protocollo di basso livello in abbinamento allo standard ISO15765 nato e sviluppato appositamente co- me protocollo di alto livello per l’implementazione di sistemi di diagnostica basati su CAN.
Dall’automotive ai veicoli per i trasporti pubblici come le ferrovie il passo `e breve. Molti treni impiegano il CAN per la connessione delle centraline di controllo dei freni e di quelle per il controllo delle porte presenti in ogni vagone.
1.4.2
Strumenti elettromedicali
La caratteristica di protocollo safety critical ha reso il bus CAN un sistema adatto ad essere utilizzato nella progettazione di strumentazione elettronica ad uso medico. Uno dei numerosi esempi `e lo strumento denominato Espen ([10]) della Plexus impiegato per il controllo simultaneo di diverse centinaia di campioni di sangue utilizzati per culture di microrganismi e batteri. I cam- pioni di sangue destinati alla cultura devono essere tenuti in ambienti sterili e controllati ed a tale scopo lo strumento attraverso una rete CAN si occu- pa del mantenimento delle condizioni ottimali per la proliferazione di queste culture batteriche. Questo strumento ma in generale qualunque altro deve essere in grado di comunicare i risultati delle proprie analisi agli operatori attraverso interfacce di comunicazione di vario genere e quindi deve essere in grado di interagire con altri sistemi ed altri strumenti. La possibilit`a di disporre attraverso il CAN di un sistema distribuito in cui ogni singolo nodo pu`o lavorare in modo autonomo dagli altri ed allo stesso tempo colloquiare con gli altri dispositivi a reso il CAN la scelta vincente nella realizzazione di questo e di molti altri strumenti come ad esempio il sistema a raggi X di figura 1.17 sviluppato da Siemens e che usa CANopen come protocollo di alto livello per l’interconnessione dei dispositivi di cui `e composto.
Figura 1.17: Schematizzazione din una rete CAN impiegata per la realizzazione di un sistema X-Ray angio-biplane.
Capitolo 1. Protocolli di comunicazione industriali 32
1.4.3
Applicazioni industriali
Il confronto tra i requisiti di un bus da impiegare in un motoveicolo e quelli di un bus da utilizzare in applicazioni industriali denota somiglianze sor- prendenti: basso costo, alte prestazioni in real-time, impiego in ambienti elettricamente rumorosi. Come ormai pi`u volte detto l’impiego di reti intel- ligenti `e scelta obbligata quando vi sia l’esigenza di connettere dispositivi di I/O come sensori ed attuatori all’interno di un macchinario o in un impianto. Il primo impiego in campo industriale del CAN risale agli anni 90 quando venne impiegato in macchinari tessili; i primi telai equipaggiati con sistemi di controllo modulari comunicanti in tempo reale via CAN risalgono a quegli anni, oggi esiste addirittura una associazione chiamata CAN Textile Users
Group membro del CiA che sostiene lo sviluppo del CAN in questo campo
applicativo.
L’espansione del CAN in settori con caratteristiche simili come gli im- pianti per la lavorazione della carta e del legno `e stata molto rapida. Altro grosso settore di impiego `e rappresentato dall’automazione industriale mentre in campo edilizio CAN st`a trovando diffusione nella realizzazione dei sotto- sistemi che si occupano del controllo dell’illuminazione e delle finestre, della distribuzione dell’aria condizionata e del riscaldamento, della gestione degli accessi fino ed ai sistemi di controllo degli ascensori.
Il CAN `e oggi impiegato anche in applicazioni speciali come in certi telesco- pi, simulatori di volo ed in particolari esperimenti scientifici. Oltre a questi settori di frontiera altri campi in cui qualche applicazione inizia a nascere sono alcuni elettrodomestici di uso professionale, in controlli per pompe di carburante e in alcune grosse macchine fotocopiatrici.
[1] Andrew S. Tanenbaum. Computer Networks. Prentice Hall, third edition, 1986.
[2] Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. (IEEE). www.ieee.org.
[3] International Standard for Organization (ISO). www.iso.ch. [4] CAN in Automation Users Group (CiA). www.can-cia.org.
[5] Fieldbus Specialists. Fieldbus Specific Technical Information.
www.fieldbus.com.au/techinfo.htm.
[6] The MTL Instruments Group plc. www.mtl-inst.com.
[7] OSEK/VDX Operating System, 2.0 edition, 1997.
[8] CiA. CAN Application Layer for Industrial Applications, 1.1 edition, 1994. CiA DS 201-207.
[9] H. Boterenbrood. CANopen high-level protocol for CAN-bus, 2000.
version 3.0.
[10] Brent Lavin. How CAN Network fit medical devices.
Capitolo 2
Gli analizzatori di traffico
L’ampia diffusione del protocollo CAN e dei relativi HPLs language `e in parte dovuta alla disponibilit`a sul mercato di diversi strumenti di sviluppo, configu- razione e test della rete. Questi strumenti a cui ci riferiremo con il termine di “analizzatori di traffico” o CAN Analyser sono l’oggetto di questo capitolo; nella prima parte viene fornita una loro generica descrizione per poi nella seconda ca- ratterizzare alcuni degli analizzatori disponibili in commercio e che rappresentano lo stato attuale dell’arte in questo settore.