Decodificador de dados usando Protocolo CAN - Padrão SAE J1939

(1)

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO

Emanuel Nunes Baldissera

DECODIFICADOR DE DADOS USANDO PROTOCOLO

CAN

–

PADRÃO SAE J1939

Passo Fundo

2011

(2)

Emanuel Nunes Baldissera

DECODIFICADOR DE DADOS USANDO PROTOCOLO

CAN

–

PADRÃO SAE J1939

Projeto de Graduação apresentado ao curso de Projeto de Graduação apresentado ao curso de Engenharia Elétrica, com Ênfase em Eletrônica Engenharia Elétrica, com Ênfase em Eletrônica -Telecomunicações, da Faculdade de Engenharia e Telecomunicações, da Faculdade de Engenharia e Arquitetura, da Universidade de Passo Fundo, como Arquitetura, da Universidade de Passo Fundo, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista sob a orientação do prof. Dr. Eduardo Appel. Eletricista sob a orientação do prof. Dr. Eduardo Appel.

Passo Fundo

2011

(3)

Emanuel Nunes Baldissera Emanuel Nunes Baldissera

DECODIFICADOR DE DADOS USANDO PROTOCOLO CAN

DECODIFICADOR DE DADOS USANDO PROTOCOLO CAN – –PADRÃO SAE J1939PADRÃO SAE J1939

Projeto de Graduação apresentado ao curso de Projeto de Graduação apresentado ao curso de Engenharia Elétrica, com Ênfase em Eletrônica Engenharia Elétrica, com Ênfase em Eletrônica -Telecomunicações, da Faculdade de Engenharia e Telecomunicações, da Faculdade de Engenharia e Arquitetura, da Universidade de Passo Fundo, como Arquitetura, da Universidade de Passo Fundo, como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Eletricista sob a orientação do prof. Dr. Eduardo Appel. Eletricista sob a orientação do prof. Dr. Eduardo Appel.

Aprovado em ___ de ________________ de ________. Aprovado em ___ de ________________ de ________. BANCA EXAMINADORA BANCA EXAMINADORA _____________________________________ _____________________________________

Prof. Dr. Eduardo Appel. Prof. Dr. Eduardo Appel.

_____________________________________ _____________________________________

Prof. Dr. Carlos Allan Caballero Petersen Prof. Dr. Carlos Allan Caballero Petersen _____________________________________ _____________________________________

Prof. Dr. Paulo Sergio Correa Molina Prof. Dr. Paulo Sergio Correa Molina

(4)

Dedico este trabalho a quem possa encontrar nestas Dedico este trabalho a quem possa encontrar nestas páginas qualquer auxílio, esclarecimento ou direção páginas qualquer auxílio, esclarecimento ou direção rumo ao desenvolvimento de soluções baseadas no rumo ao desenvolvimento de soluções baseadas no Protocolo CAN.

(5)

Agradeço a Deus e a minha família em primeiro lugar. Agradeço a Deus e a minha família em primeiro lugar. Especialmente às figuras mais importantes de minha Especialmente às figuras mais importantes de minha vida, responsáveis por me tornarem aquilo que sou :Pai vida, responsáveis por me tornarem aquilo que sou :Pai e Mãe. Pelo suporte e companhia durante os últimos e Mãe. Pelo suporte e companhia durante os últimos anos, agradeço a minha noiva Itamara. Agradeço à Cielo anos, agradeço a minha noiva Itamara. Agradeço à Cielo Indústria Mecatrônica, em especial ao Sr. Círio Kolberg e Indústria Mecatrônica, em especial ao Sr. Círio Kolberg e ao Eng. Eletr. Emiliano Ferreira por todo o suporte e ao Eng. Eletr. Emiliano Ferreira por todo o suporte e assistência prestados no decorrer deste projeto. assistência prestados no decorrer deste projeto. Agradeço também ao prof. Dr. Eduardo Appel, pela sua Agradeço também ao prof. Dr. Eduardo Appel, pela sua orientação e confiança em mim depositada. E por fim, orientação e confiança em mim depositada. E por fim, agradeço a minha pátria pela atual política de agradeço a minha pátria pela atual política de viabilização de acesso ao Ensino Superior.

(6)

“Yes, we CAN!” “Yes, we CAN!” (Slogan

(Slogan de campanha do presidente norte-americanode campanha do presidente norte-americano

Barack Obama - 2008). Barack Obama - 2008).

(7)

RESUMO RESUMO

Os sistemas de rastreamento de veículos disponibilizados comercialmente no Brasil, Os sistemas de rastreamento de veículos disponibilizados comercialmente no Brasil, atualmente, necessitam oferecer a seus clientes um arranjo de dados que vai além de informações atualmente, necessitam oferecer a seus clientes um arranjo de dados que vai além de informações básicas como seu

básicas como seu posicionamento geográfico e posicionamento geográfico e abertura ou fechamento abertura ou fechamento de portas. de portas. Empresas comEmpresas com sistemas de gerenciamento de frota mais desenvolvidos requerem, dos fabricantes de rastreadores, sistemas de gerenciamento de frota mais desenvolvidos requerem, dos fabricantes de rastreadores, sistemas avançados que possibilitem a aquisição de uma variedade de dados cada vez maior.

sistemas avançados que possibilitem a aquisição de uma variedade de dados cada vez maior.

No cenário nacional, a grande parte dos rastreadores comercializados ainda é acompanhada No cenário nacional, a grande parte dos rastreadores comercializados ainda é acompanhada por sensores e equipamentos de medição individuais para aquisição de leituras de parâmetros como por sensores e equipamentos de medição individuais para aquisição de leituras de parâmetros como velocímetro, odômetro e giros do motor. O uso destes dispositivos traz consigo uma série de fatores velocímetro, odômetro e giros do motor. O uso destes dispositivos traz consigo uma série de fatores negativos como, por exemplo, o aumento da complexidade e tamanho do cabeamento, custos com negativos como, por exemplo, o aumento da complexidade e tamanho do cabeamento, custos com manutenção, necessidade de calibração e erros de medição, entre outros.

manutenção, necessidade de calibração e erros de medição, entre outros.

Em 2002, seis dos maiores fabricantes europeus de veículos pesados acordaram em Em 2002, seis dos maiores fabricantes europeus de veículos pesados acordaram em disponibilizar diversas informações de bordo a terceiros através da chamada Interface FMS. Esta disponibilizar diversas informações de bordo a terceiros através da chamada Interface FMS. Esta interface possibilita a leitura de uma série de dados codificados conforme especificações do Padrão interface possibilita a leitura de uma série de dados codificados conforme especificações do Padrão SAE J1939 o qual, por sua vez, roda sobre o Protocolo CAN 2.0B.

SAE J1939 o qual, por sua vez, roda sobre o Protocolo CAN 2.0B.

A fim de aproveitar a tecnologia embarcada ao veículo, este projeto trata do desenvolvimento A fim de aproveitar a tecnologia embarcada ao veículo, este projeto trata do desenvolvimento e construção de um protótipo capaz de ser conectado à Interface FMS. O dispositivo, então, efetua a e construção de um protótipo capaz de ser conectado à Interface FMS. O dispositivo, então, efetua a leitura e realiza a decodificação de até vinte parâmetros de bordo do veículo. Os parâmetros lidos são leitura e realiza a decodificação de até vinte parâmetros de bordo do veículo. Os parâmetros lidos são disponibilizados ao rastreador e este, por fim, faz a transmissão dos dados recebidos à central de disponibilizados ao rastreador e este, por fim, faz a transmissão dos dados recebidos à central de monitoramento.

monitoramento.

A solução projetada neste trabalho compreende dois dispositivos dotados de

A solução projetada neste trabalho compreende dois dispositivos dotados de hardware hardware ee software

software formando uma espécie deformando uma espécie de ““kit kit de desenvolvimento SAE J1939de desenvolvimento SAE J1939””. Um dispositivo é. Um dispositivo é

responsável por simular os sinais existentes no barramento CAN de um veículo comercial enquanto o responsável por simular os sinais existentes no barramento CAN de um veículo comercial enquanto o outro dispositivo compreende o próprio decodificador de dados, em conformidade com as outro dispositivo compreende o próprio decodificador de dados, em conformidade com as especificações da Cielo Indústria Mecatrônica Ltda.

especificações da Cielo Indústria Mecatrônica Ltda.

Palavras-Chave:

(8)

SUMÁRIO SUMÁRIO 1.0

1.0 INTRODUÇÃO ...INTRODUÇÃO ... 14... 14 2.0 SISTEMAS DE

2.0 SISTEMAS DE MONITORAMENTO E SEGURANÇA VEICULAR ... 15MONITORAMENTO E SEGURANÇA VEICULAR ... 15 3.0 MÓDULOS

3.0 MÓDULOS ELETRÔNICOS ...ELETRÔNICOS ... 17... 17 3.1 Comunicação en

3.1 Comunicação entre as tre as ECUs ...ECUs ... 17... 17 3.2 R

3.2 Rastreadores astreadores comerciais ...comerciais ... 17... 17 3.2

3.2 Atualização remAtualização remota ...ota ... 18... 18 4.0 REDES

4.0 REDES DE DADOS ...DE DADOS ... 19... 19 4.1 Topologias de

4.1 Topologias de Redes de Dados ...Redes de Dados ... 19... 19 4.2 Modelo OSI

4.2 Modelo OSI para Protocolos de para Protocolos de Comunicação ...Comunicação ... 20... 20 4.3 Protocolo

4.3 Protocolo de Comunicação de de Comunicação de Dados Dados ... 21... 21 4.4 Uso de

4.4 Uso de Protocolos em Protocolos em Redes Automotivas Redes Automotivas ... 22... 22 5.0 CONTROLLER AREA

5.0 CONTROLLER AREA NETWORK (CAN) ... 23NETWORK (CAN) ... 23 5.1 Conceituação

5.1 Conceituação básica ...básica ... 24... 24 5.1.1

5.1.1 Características Características Físicas Físicas ... 24... 24 5.1.2

5.1.2 Características Características lógicas lógicas ... 26... 26 5.1.2.1 For

5.1.2.1 Formato mato das mdas mensagens ensagens ... 26... 26 5.1.2.2

5.1.2.2 Arbitração ...Arbitração ... 27... 27 5.1.3 Padrões

5.1.3 Padrões Existentes ...Existentes ... 28... 28 6.0

6.0 PADRÃO SAE J1PADRÃO SAE J1939 ...939 ... 29... 29 6.1 Grupos

6.1 Grupos de Parâmde Parâmetros (PG) etros (PG) ... 29... 29 6.1 Form

6.1 Formato das ato das Mensagens ...Mensagens ... 29... 29 6.2 C

6.2 Campo ampo de de Dados Dados ... 31... 31 6.3 FMS (

6.3 FMS (Fleet Management System Fleet Management System )) Standard Standard ... ... 3232

7.0

7.0 PROJETO DO PROJETO DO DECODIFICADOR DE DDECODIFICADOR DE DADOS ADOS ... 34... 34 7.1 Especificações do

7.1 Especificações do Projeto ...Projeto ... 34... 34 7.2 Componentes de

7.2 Componentes de Hardware Hardware ... ... 3535

7.2.1 Composição

7.2.1 Composição do Nó do Nó TX TX ... 35... 35 7.2.2 Composição do

7.2.2 Composição do Nó RX ... 36Nó RX ... 36 7.2.3 Displays LCD e botões de

(9)

7.2.4 Simuladores

7.2.4 Simuladores de Acionamentos de Acionamentos e Medição e Medição da Temda Temperatura peratura ... 37... 37 7.2.5 Interface

7.2.5 Interface de Comunicação de Comunicação Serial Serial ... 37... 37 7.2.6

7.2.6 Interface Interface CAN CAN ... 37... 37 7.2.6.1 7.2.6.1 Controlador Controlador MCP 2MCP 2510 510 ... 38... 38 7.2.6.2 7.2.6.2 Controlador Controlador MCP 2MCP 2515 515 ... 38... 38 7.2.6.3 Transceptor 7.2.6.3 Transceptor MCP 2551 ...MCP 2551 ... 38... 38 7.2.6.4 Escolha

7.2.6.4 Escolha da Interfda Interface CAN ...ace CAN ... 38... 38 7.2.7

7.2.7 Microcontroladores Microcontroladores ... 39... 39 7.2.7.1 Microcontrolador

7.2.7.1 Microcontrolador AT91SAM7A3-AU...AT91SAM7A3-AU... ... 3939 7.2.7.2 M

7.2.7.2 Microcontrolador DsPic33FJ64GP804 ...icrocontrolador DsPic33FJ64GP804 ... 39... 39 7.2.7.3 Microcontrolador

7.2.7.3 Microcontrolador PIC18F2580 ... 40PIC18F2580 ... 40 7.2.7.4

7.2.7.4 Escolha do Escolha do Microcontrolador Microcontrolador ... 40... 40 7.2.8 Memória

7.2.8 Memória I²C ...I²C ... 40... 40 7.2.9 Fonte

7.2.9 Fonte de Alimentação ...de Alimentação ... 41... 41 7.2.10

7.2.10 Esquemático Esquemático de de Hardware Hardware ... 41... 41 7.2.11 DESENVOLVIMENTO

7.2.11 DESENVOLVIMENTO DO FIRMWARE ...DO FIRMWARE ... 44... 44 7.2.11.1

7.2.11.1 NÓ NÓ TX TX ... 44... 44 7.2.11.2

7.2.11.2 NÓ RX ...NÓ RX ... 47... 47 8.0

8.0 TESTES TESTES E E RESULTADOS RESULTADOS ... 50... 50 8.1 Teste de c

8.1 Teste de comunicação entre os omunicação entre os nós TX e nós TX e RX RX ... 50... 50 8.2 Teste de c

8.2 Teste de comunicação entre o omunicação entre o nó TX e nó TX e o módulo To módulo Teltonika FM4200 eltonika FM4200 ... 50... 50 8.3 Teste de c

8.3 Teste de comunicação entre o omunicação entre o nó RX e nó RX e veículos comerciais veículos comerciais ... 51... 51 CONSIDERAÇÕES ...

CONSIDERAÇÕES ... ... 5252 REFERÊNCIAS ...

REFERÊNCIAS ... ... 5353 APÊNDICE A

APÊNDICE A – –MANUAIS MANUAIS DE DE OPERAÇÃO OPERAÇÃO ... 55... 55

ANEXO A

ANEXO A – – Lista de Lista de Materiais do Materiais do Circuito Elétrico Circuito Elétrico ... 60... 60

ANEXO B

(10)

LISTA DE FIGURAS LISTA DE FIGURAS

Figura 1

Figura 1 – –Esquema genérico de Esquema genérico de um rastreador comum rastreador comercial ercial ... 18... 18

Figura 2

Figura 2 – –Comparativo entre umComparativo entre uma rede sem a rede sem CAN e uma CAN e uma rede com CAN rede com CAN ... 23... 23

Figura 3

Figura 3 – –Mensagem transmMensagem transmitida via itida via barramento CAN ...barramento CAN ... 24... 24

Figura 4

Figura 4 – –Relação entre comprimento da rede Relação entre comprimento da rede e taxa de transmissão ... e taxa de transmissão ... 2525

Figura 5

Figura 5 – –CAN - CAN - Barramento diferencial ...Barramento diferencial ... 25... 25

Figura 6

Figura 6 – –Comparativo entre os formatos Comparativo entre os formatos CAN 2.0A e CAN 2.0B ... 26CAN 2.0A e CAN 2.0B ... 26

Figura 7

Figura 7 – –Arbitração Arbitração CAN ...CAN ... 28... 28

Figura 8

Figura 8 – –Formato Formato de Mensagem de Mensagem do J1939 ...do J1939 ... 30... 30

Figura 9

Figura 9 – –Divisão entre PGN Global Divisão entre PGN Global e PGN Específico ... 31e PGN Específico ... 31

Figura 10

Figura 10 – –Contextualização do Contextualização do Projeto ...Projeto ... 34... 34

Figura 11

Figura 11 – –Diagrama doDiagrama do kit kit de de desenvolvimento desenvolvimento ... 35... 35

Figura 12

Figura 12 – –Esquema genérico deEsquema genérico dehardware hardware do do Nó Nó TX TX ... 35... 35

Figura 13

Figura 13 – –Esquema genérico deEsquema genérico dehardware hardware do Nó do Nó RX ...RX ... 36... 36

Figura 14

Figura 14 – –Circuito da Circuito da Fonte Fonte de Alimentação de Alimentação ... 41... 41

Figura 15

Figura 15 – –Esquemático deEsquemático deHardware para o Nó TX Hardware para o Nó TX ... ... 4242

Figura 16

Figura 16 – –Esquemático deEsquemático deHardware para o Nó RX Hardware para o Nó RX ... ... 4343

Figura 17

Figura 17 – –Fluxograma doFluxograma do Firmware Firmware do Nó do Nó TX (TX (Parte 1 Parte 1 de 3) de 3) ... 44... 44

Figura 18

Figura 19

Figura 20

Figura 20 – –Fluxograma doFluxograma do Firmware Firmware do Nó RX (Parte do Nó RX (Parte 1 de 3) ... 471 de 3) ... 47

Figura 21

Figura 22

Figura 23

(11)

LISTA DE TABELAS LISTA DE TABELAS Tabela 1

Tabela 1 – –Descrição das Descrição das topologias de topologias de rede rede ... 19... 19

Tabela 2

Tabela 2 – –Modelo Modelo de Referde Referência OSI ...ência OSI ... 20... 20

Tabela 3

Tabela 3 – –Alguns protocolos Alguns protocolos de comunicação Classe de comunicação Classe B B ... 22... 22

Tabela 4

(12)

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS E

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS E UNIDADESUNIDADES Abreviatura

Abreviatura Sigla ou Sigla ou Unidade

Unidade Significado Significado Literal Literal Significado Significado TraduzidoTraduzido °

°C C Graus Graus CelsiusCelsius --A

A Ampère Ampère

--ABS

ABS Anti-lock Braking System Anti-lock Braking System Sistema de frenagem anti-travanteSistema de frenagem anti-travante

ACK

ACK Acknowledgement Acknowledgement ReconhecimentoReconhecimento

AG

AG Aktiengesellschaft Aktiengesellschaft Sociedade de açõesSociedade de ações

ASCII

ASCII American Standard Code for Information American Standard Code for Information

Interchange Interchange

Código Padrão Americano para o Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informações Intercâmbio de Informações Bit

Bit Binary digit Binary digit Dígito binárioDígito binário

CA

CA Controller Application Controller Application Aplicação controladoraAplicação controladora

CAN

CAN Controller Area Network Controller Area Network Controlador de rede de áreaControlador de rede de área

CRC

CRC Cyclic redundancy check Cyclic redundancy check Verificação Cíclica de RedundânciaVerificação Cíclica de Redundância

DAF

DAF Van Doorne’s Automobiel Van Doorne’s Automobiel Fabriek Fabriek

--DIN

DIN Deutsche Institut für Normung Deutsche Institut für Normung Instituto Alemão para NormatizaçãoInstituto Alemão para Normatização

DLC

DLC Data Length Code Data Length Code Código de Comprimento de DadoCódigo de Comprimento de Dado

ECM

ECM Engine Control Module Engine Control Module Módulo de Controle do MotorMódulo de Controle do Motor

ECU

ECU Electronic Control Unit Electronic Control Unit Unidade de Controle EletrônicoUnidade de Controle Eletrônico

EIA

EIA Electronic Industries Alliance Electronic Industries Alliance Aliança das Indústrias EletrônicasAliança das Indústrias Eletrônicas

EOF

EOF End of Frame End of Frame Fim de QuadroFim de Quadro

FMS

FMS Fleet Management System Fleet Management System Sistema de Gerenciamento de FrotaSistema de Gerenciamento de Frota

GE

GE Group Extension Group Extension Extensão de GrupoExtensão de Grupo

GM

GM General Motors General Motors

--GmbH

GmbH Gesellschaft mit beschränkter Haftung Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sociedade de Responsabilidade LimitadaSociedade de Responsabilidade Limitada

H

H Hora Hora

--I/O

I/O Input/Output Input/Output Entrada/SaídaEntrada/Saída I²C

I²C Inter Integrated Circuits Inter Integrated Circuits Circuitos interintegradosCircuitos interintegrados

ID

ID Identificator Identificator IdentificadorIdentificador

IDE

IDE Identifier Extension Identifier Extension Identificador de ExtensãoIdentificador de Extensão

IFS

IFS Inter-Frame Space Inter-Frame Space Espaço entre quadrosEspaço entre quadros

ISSO

ISSO International Standards Organization International Standards Organization Organização Internacional de PadrõesOrganização Internacional de Padrões

IVECO

IVECO Industrial Vehicles Corporation Industrial Vehicles Corporation Corporação de Veículos IndustriaisCorporação de Veículos Industriais

Kbps

Kbps Kilobits per second Kilobits per second Kilobits por SegundoKilobits por Segundo

Km

Km Quilômetro Quilômetro

--L

(13)

--LCD

LCD Liquid Crystal Display Liquid Crystal Display Tela de Cristal LíquidoTela de Cristal Líquido

LFE

LFE Liquid Fuel Economy Liquid Fuel Economy Economia Líquida de CombustívelEconomia Líquida de Combustível

M

M Metro Metro

--MAN

MAN Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg

--Mbps

Mbps Megabits per second Megabits per second Megabits por SegundoMegabits por Segundo

MT

MT Multitimer Multitimer Múltiplos TemporizadoresMúltiplos Temporizadores

NMEA

NMEA National Marine Electronics Association National Marine Electronics Association Associação Nacional de Eletrônica daAssociação Nacional de Eletrônica da_Marinha_Marinha

NRZ

NRZ Non-Return to Zero Non-Return to Zero Não retorna a zeroNão retorna a zero

OSI

OSI Open Systems Interconnection Open Systems Interconnection Interconexão de Sistemas AbertosInterconexão de Sistemas Abertos

PDU

PDU Protocol Data Unit Protocol Data Unit Unidade de Protocolo de DadoUnidade de Protocolo de Dado

PG

PG Parameter Group Parameter Group Parâmetro de GrupoParâmetro de Grupo

PGN

PGN Parameter Group Number Parameter Group Number Número de Parâmetro de GrupoNúmero de Parâmetro de Grupo

PWM

PWM Pulse-Width Modulation Pulse-Width Modulation Modulação por Largura de PulsoModulação por Largura de Pulso

RPM

RPM Rotations per Minute Rotations per Minute Rotações por MinutoRotações por Minuto

RTR

RTR Remote Transmission Request Remote Transmission Request Requisição de Transmissão RemotaRequisição de Transmissão Remota

SAE

SAE Society of Automotive Engineers Society of Automotive Engineers Sociedade de Engenheiros AutomotivosSociedade de Engenheiros Automotivos

SPI

SPI Serial Peripherical Interface Serial Peripherical Interface Interface Periférica SerialInterface Periférica Serial

SPN

SPN Suspect Parameter Number Suspect Parameter Number Número de Parâmetro SuspeitoNúmero de Parâmetro Suspeito

SRR

SRR Substitute Remote Request Substitute Remote Request Substituto de Requisição RemotaSubstituto de Requisição Remota

TTL

TTL Transistor-Transistor Logic Transistor-Transistor Logic Lógica Transistor-TransistorLógica Transistor-Transistor

V

V Volt Volt

--VPW

(14)

1.0 INTRODUÇÃO

Um sistema de rastreamento e monitoramento veicular básico, usualmente, é constituído Um sistema de rastreamento e monitoramento veicular básico, usualmente, é constituído por um dispositivo que periodicamente envia a posição geográfica e alguns eventos, como abertura e por um dispositivo que periodicamente envia a posição geográfica e alguns eventos, como abertura e fechamento de portas a uma central de monitoramento. Geralmente estes sistemas também incluem fechamento de portas a uma central de monitoramento. Geralmente estes sistemas também incluem a opção de bloqueio do veículo sob determinadas condições. Todavia empresas com sistemas de a opção de bloqueio do veículo sob determinadas condições. Todavia empresas com sistemas de gerenciamento de frotas desenvolvidos requerem, dos fabricantes de rastreadores, dispositivos gerenciamento de frotas desenvolvidos requerem, dos fabricantes de rastreadores, dispositivos avançados que possibilitem a aquisição de uma gama de dados cada vez mais ampla em um avançados que possibilitem a aquisição de uma gama de dados cada vez mais ampla em um intervalo de tempo cada vez menor.

intervalo de tempo cada vez menor.

Embora praticamente todos os ônibus e caminhões fabricados na atualidade, já possuam Embora praticamente todos os ônibus e caminhões fabricados na atualidade, já possuam quase todos os parâmetros de rodagem adquiridos de forma eletrônica ocorre que a grande parte dos quase todos os parâmetros de rodagem adquiridos de forma eletrônica ocorre que a grande parte dos rastreadores comercializados no país ainda é acompanhada por sensores e equipamentos de rastreadores comercializados no país ainda é acompanhada por sensores e equipamentos de medição individuais para aquisição de leituras de parâmetros como velocímetro, odômetro, e giros do medição individuais para aquisição de leituras de parâmetros como velocímetro, odômetro, e giros do motor. O uso destes equipamentos traz consigo uma série de fatores negativos como, por exemplo, o motor. O uso destes equipamentos traz consigo uma série de fatores negativos como, por exemplo, o aumento da complexidade e tamanho do cabeamento, custos com manutenção, necessidade de aumento da complexidade e tamanho do cabeamento, custos com manutenção, necessidade de calibração e erros de medição,

calibração e erros de medição, entre outros. entre outros. Tomando por exemplo o caso do Tomando por exemplo o caso do odômetro, tem-se queodômetro, tem-se que atualmente, se um caminhoneiro fizer uma viagem de Passo Fundo, no Rio Grande do Sul a atualmente, se um caminhoneiro fizer uma viagem de Passo Fundo, no Rio Grande do Sul a Fortaleza, no Ceará, ao longo dos 3.890 km que separam estas duas cidades um sistema individual Fortaleza, no Ceará, ao longo dos 3.890 km que separam estas duas cidades um sistema individual de medição pode apresentar uma diferença média de até 4% com relação à leitura do odômetro de medição pode apresentar uma diferença média de até 4% com relação à leitura do odômetro informada pelo caminhão.

informada pelo caminhão.

Em 2002, seis dos maiores fabricantes europeus de veículos pesados acordaram em Em 2002, seis dos maiores fabricantes europeus de veículos pesados acordaram em disponibilizar diversas informações de bordo a terceiros através da chamada Interface FMS. Esta disponibilizar diversas informações de bordo a terceiros através da chamada Interface FMS. Esta interface possibilita a leitura de uma série de dados codificados conforme especificações do Padrão interface possibilita a leitura de uma série de dados codificados conforme especificações do Padrão SAE J1939 o qual, por sua vez, roda sobre o Protocolo CAN 2.0B. Visando minimizar a quantidade de SAE J1939 o qual, por sua vez, roda sobre o Protocolo CAN 2.0B. Visando minimizar a quantidade de sensores e instrumentos individuais bem como aproveitar melhor a tecnologia embarcada sensores e instrumentos individuais bem como aproveitar melhor a tecnologia embarcada disponibilizada pelo fabricante, este projeto descreve o desenvolvimento e implementação de um disponibilizada pelo fabricante, este projeto descreve o desenvolvimento e implementação de um protótipo composto de

protótipo composto de hardware hardware ee software software capaz de interpretar os dados presentes no barramentocapaz de interpretar os dados presentes no barramento

CAN de veículos pesados (ônibus e caminhões), decodificá-los e transmitir suas leituras diretamente CAN de veículos pesados (ônibus e caminhões), decodificá-los e transmitir suas leituras diretamente ao dispositivo responsável pelo rastreamento através de comunicação serial.

ao dispositivo responsável pelo rastreamento através de comunicação serial.

Em linhas gerais, constitui-se como objetivo deste projeto a redução de custos na construção Em linhas gerais, constitui-se como objetivo deste projeto a redução de custos na construção e manutenção de um aparelho rastreador, através da redução da necessidade de utilização de e manutenção de um aparelho rastreador, através da redução da necessidade de utilização de dispositivos à parte para leitura de parâmetros. De igual modo o projeto visa proporcionar total dispositivos à parte para leitura de parâmetros. De igual modo o projeto visa proporcionar total correspondência entre os dados recebidos pela central de monitoramento com o que é mostrado no correspondência entre os dados recebidos pela central de monitoramento com o que é mostrado no painel do veículo, uma vez que ambas as informações possuirão a mesma origem: os recursos painel do veículo, uma vez que ambas as informações possuirão a mesma origem: os recursos embarcados no veículo.

embarcados no veículo.

Em seus primeiros capítulos, este trabalho apresentará conceitos teóricos básicos sobre Em seus primeiros capítulos, este trabalho apresentará conceitos teóricos básicos sobre dispositivos de rastreamento e monitoramento, eletrônica automotiva, redes de dados e os Protocolos dispositivos de rastreamento e monitoramento, eletrônica automotiva, redes de dados e os Protocolos CAN e SAE J1939, necessários ao correto entendimento do projeto. Posteriormente serão CAN e SAE J1939, necessários ao correto entendimento do projeto. Posteriormente serão apresentados os critérios de projeto, bem como seu desenvolvimento e testes realizados. Finalmente apresentados os critérios de projeto, bem como seu desenvolvimento e testes realizados. Finalmente serão apresentados os resultados definitivos e considerações.

(15)

2.0 SISTEMAS DE

2.0 SISTEMAS DE MONITORAMENTO E SEGURANÇA VEICULAR

MONITORAMENTO E SEGURANÇA VEICULAR

Um sistema sofisticado de gerenciamento de frotas veiculares é um sistema que possibilita a Um sistema sofisticado de gerenciamento de frotas veiculares é um sistema que possibilita a coleta de uma vasta gama de dados de um veículo, como por exemplo, sua localização geográfica coleta de uma vasta gama de dados de um veículo, como por exemplo, sua localização geográfica exata, assim como o acionamento de travas e dispositivos de segurança [11]. No Brasil, os sistemas exata, assim como o acionamento de travas e dispositivos de segurança [11]. No Brasil, os sistemas de monitoramento de frotas começaram a ser implantados na década de 90 e, na ocasião, estes de monitoramento de frotas começaram a ser implantados na década de 90 e, na ocasião, estes sistemas possuíam um custo consideravelmente elevado visto que todas as transmissões eram feitas sistemas possuíam um custo consideravelmente elevado visto que todas as transmissões eram feitas exclusivamente por satélite [12].

exclusivamente por satélite [12].

A partir de 2003, quando o celular e a internet banda larga se tornaram mais acessíveis A partir de 2003, quando o celular e a internet banda larga se tornaram mais acessíveis verificou-se uma crescente demanda neste nicho de mercado. Para se ter uma idéia do crescimento, verificou-se uma crescente demanda neste nicho de mercado. Para se ter uma idéia do crescimento, hoje conta-se com cerca de 20% da frota nacional monitorada, enquanto em 1998 esse número era hoje conta-se com cerca de 20% da frota nacional monitorada, enquanto em 1998 esse número era de apenas 1,2% [12].

de apenas 1,2% [12].

Em um veículo, na prática, o sistema de rastreamento é constituído por um módulo eletrônico, Em um veículo, na prática, o sistema de rastreamento é constituído por um módulo eletrônico, o qual coleta dados através de sensores e os transmite para a central de monitoramento [11]. É o qual coleta dados através de sensores e os transmite para a central de monitoramento [11]. É importante salientar que a maioria dos rastreadores disponibilizados comercialmente no Brasil vale-se importante salientar que a maioria dos rastreadores disponibilizados comercialmente no Brasil vale-se de sensores próprios para efetuar medições.

de sensores próprios para efetuar medições.

A utilização de sensores próprios é, sem dúvida, um problema. Estes demandam um tempo A utilização de sensores próprios é, sem dúvida, um problema. Estes demandam um tempo considerável para a instalação e calibração, exigem diversos tipos de conexões para alimentação e considerável para a instalação e calibração, exigem diversos tipos de conexões para alimentação e comunicação, consomem mais energia e são passíveis de divergências com relação às leituras do comunicação, consomem mais energia e são passíveis de divergências com relação às leituras do painel do veículo além dos custos relacionados à manutenção.

painel do veículo além dos custos relacionados à manutenção. Usualmente um Sistema de Rastreamento comercial provê: Usualmente um Sistema de Rastreamento comercial provê:



 Atualização da posição geográfica do veículo em curtos intervalos de tempo;Atualização da posição geográfica do veículo em curtos intervalos de tempo; 

 Estado da ignição do veículo (ligada ou desligada);Estado da ignição do veículo (ligada ou desligada); 

 Indicação da abertura de portas e do baú;Indicação da abertura de portas e do baú; 

 Alarme de botão de pânico acionado pelo motorista em caso de assalto;Alarme de botão de pânico acionado pelo motorista em caso de assalto; 

 Possibilidade de envio e recepção de mensagens de texto para o motorista;Possibilidade de envio e recepção de mensagens de texto para o motorista; 

 Bloqueio de combustível e travamento das portas feito remotamente pela central;Bloqueio de combustível e travamento das portas feito remotamente pela central;

(KOURI, 2007,

(KOURI, 2007, Definição de Requisistos para um Sistema de Definição de Requisistos para um Sistema de Monitoramento do Veículos no Transporte Rodoviário de Cargas

Monitoramento do Veículos no Transporte Rodoviário de Cargas , p. 32)., p. 32).

Sistemas mais avançados são capazes de prover à central uma gama de dados ainda maior, Sistemas mais avançados são capazes de prover à central uma gama de dados ainda maior, as quais podem incluir:

as quais podem incluir:



 Controle de velocidade programável;Controle de velocidade programável; 

 Horímetro;Horímetro; 

 Nível de combustível;Nível de combustível; 

 Número de vezes em que o motorista tentou ultrapassar os limites pré-estabelecidos;Número de vezes em que o motorista tentou ultrapassar os limites pré-estabelecidos; 

 Odômetro;Odômetro; 

 Sensor de chuva;Sensor de chuva; 

(16)



 Sensor de marcha;Sensor de marcha; 

 Situação do veículo (em movimento ou parado);Situação do veículo (em movimento ou parado); 

 Temperatura do motor;Temperatura do motor; 

 Giros do motor;Giros do motor;

(CIELO INDÚSTRIA MECATRÔNICA, 2011) (CIELO INDÚSTRIA MECATRÔNICA, 2011)

A implementação de um sistema de gerenciamento de frotas é de relevante importância à A implementação de um sistema de gerenciamento de frotas é de relevante importância à medida que este provê não apenas recursos de segurança, como o bloqueio do veículo agregado à medida que este provê não apenas recursos de segurança, como o bloqueio do veículo agregado à possibilidade de localização em caso de roubo, mas também uma série de informações acerca do possibilidade de localização em caso de roubo, mas também uma série de informações acerca do trajeto do veículo e daquele que o conduz.

trajeto do veículo e daquele que o conduz.

Verifica-se que as empresas que adotam um sistema de rastreamento podem visualizar Verifica-se que as empresas que adotam um sistema de rastreamento podem visualizar quase que em tempo real o que acontece com cada um de seus veículos, de forma a aumentar a quase que em tempo real o que acontece com cada um de seus veículos, de forma a aumentar a segurança de seu patrimônio e a vigilância incidente sobre o mesmo. Este conjunto de informações segurança de seu patrimônio e a vigilância incidente sobre o mesmo. Este conjunto de informações pode ter um papel decisivo permitindo tomadas de decisões com antecedência. Estratégias logísticas pode ter um papel decisivo permitindo tomadas de decisões com antecedência. Estratégias logísticas podem ser mais bem elaboradas, com a clareza das rotas a serem traçadas, problemas de operação podem ser mais bem elaboradas, com a clareza das rotas a serem traçadas, problemas de operação podem ser detectados com antecedência e inclusive a qualidade de seus recursos humanos poderá podem ser detectados com antecedência e inclusive a qualidade de seus recursos humanos poderá ter um perfil traçado alicerçado sobre dados reais.

(17)

3.0 MÓDULOS ELETRÔNICOS

De acordo com Guimarães (2007), os módulos eletrônicos nada mais são do que dispositivos De acordo com Guimarães (2007), os módulos eletrônicos nada mais são do que dispositivos responsáveis pela leitura das entradas, acionamento de saídas e gerenciamento dos protocolos de responsáveis pela leitura das entradas, acionamento de saídas e gerenciamento dos protocolos de comunicação utilizados nos veículos. Estes são como um computador, dotados de uma estrutura de comunicação utilizados nos veículos. Estes são como um computador, dotados de uma estrutura de

hardware

hardware com um microprocessador ou microcontrolador e têm como tarefa a decisão de comocom um microprocessador ou microcontrolador e têm como tarefa a decisão de como

utilizar suas saídas em função do que está sendo lido nas entradas. utilizar suas saídas em função do que está sendo lido nas entradas.

Módulos eletrônicos podem ter inúmeras aplicações, indo desde um controle MT (

Módulos eletrônicos podem ter inúmeras aplicações, indo desde um controle MT (Multitimer)Multitimer)

responsável pelo controle de temporizações, como setas, limpador de pára-brisas, etc., até um responsável pelo controle de temporizações, como setas, limpador de pára-brisas, etc., até um controle do tipo ECM (

controle do tipo ECM (Engine Control Module Engine Control Module ) responsável pelo controle do próprio motor. Todos os) responsável pelo controle do próprio motor. Todos os

tipos de módulos eletrônicos podem ser denominados ECU (

tipos de módulos eletrônicos podem ser denominados ECU (Electronic Control Unit Electronic Control Unit ) Unidade de) Unidade de

Controle Eletrônico [8]. Controle Eletrônico [8].

3.1 Comunicação entre as ECUs 3.1 Comunicação entre as ECUs

À medida que os veículos foram evoluindo, incorporaram novas tecnologias e o número de À medida que os veículos foram evoluindo, incorporaram novas tecnologias e o número de dispositivos de bordo que passaram a ser controlados de forma eletrônica multiplicou-se dispositivos de bordo que passaram a ser controlados de forma eletrônica multiplicou-se consideravelmente. Na atualidade, um carro de passageiros mediano, pode sair de fábrica contendo consideravelmente. Na atualidade, um carro de passageiros mediano, pode sair de fábrica contendo cerca de trinta ECUs. Já um veículo

cerca de trinta ECUs. Já um veículo top top de linha pode ultrapassar a marca de duzentas ECUsde linha pode ultrapassar a marca de duzentas ECUs

implementadas [26]. implementadas [26].

Em diversas ocasiões, uma ECU necessita comunicar-se com outra ECU. Um exemplo disso Em diversas ocasiões, uma ECU necessita comunicar-se com outra ECU. Um exemplo disso é o painel, que constantemente necessita saber o estado dos mais variados periféricos do veículo é o painel, que constantemente necessita saber o estado dos mais variados periféricos do veículo para informar ao condutor. Esta comunicação notoriamente mesmo em veículos mais antigos tem se para informar ao condutor. Esta comunicação notoriamente mesmo em veículos mais antigos tem se dado predominantemente de forma serial.

dado predominantemente de forma serial.

3.2 Rastreadores comerciais 3.2 Rastreadores comerciais

A grande parte dos rastreadores comerciais, disponíveis no mercado, geralmente A grande parte dos rastreadores comerciais, disponíveis no mercado, geralmente caracteriza-se por possuir um módulo GPS, que periodicamente envia posições ao microcontrolador. Este, por se por possuir um módulo GPS, que periodicamente envia posições ao microcontrolador. Este, por sua vez processa as informações recebidas e interage com a central de monitoramento através de sua vez processa as informações recebidas e interage com a central de monitoramento através de um módulo GSM ou GPRS, estando apto tanto a receber quanto enviar informações.

um módulo GSM ou GPRS, estando apto tanto a receber quanto enviar informações.

Contudo, equipamentos mais modernos vêm oferecendo opções de expansão e interação Contudo, equipamentos mais modernos vêm oferecendo opções de expansão e interação com o usuário, como a presença de entradas e saídas digitais e analógicas de uso geral, assim como com o usuário, como a presença de entradas e saídas digitais e analógicas de uso geral, assim como um conjunto de entradas e saídas específicas para acessórios com funções mais elaboradas. Alguns um conjunto de entradas e saídas específicas para acessórios com funções mais elaboradas. Alguns são capazes de efetuar o bloqueio do veículo em determinadas ocasiões, disparar alarmes, limitar são capazes de efetuar o bloqueio do veículo em determinadas ocasiões, disparar alarmes, limitar velocidade e, como é o caso deste projeto, desempenhar funções de telemetria informando à central velocidade e, como é o caso deste projeto, desempenhar funções de telemetria informando à central de monitoramento a leitura de diversos parâmetros de rodagem do veículo.

(18)

A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos bastante simplificado que ilustra, de uma forma A Figura 1 apresenta um diagrama de blocos bastante simplificado que ilustra, de uma forma genérica, como estão organizados a maioria dos rastreadores comerciais disponíveis no mercado. genérica, como estão organizados a maioria dos rastreadores comerciais disponíveis no mercado.

Figura 1

Figura 1 – –Esquema genérico de um rastreador comercialEsquema genérico de um rastreador comercial

3.2 Atualização remota 3.2 Atualização remota

Um assunto que merece ser brevemente abordado é a questão da atualização remota. Esta Um assunto que merece ser brevemente abordado é a questão da atualização remota. Esta atualização nada mais é do que a capacidade do microcontrolador receber uma nova versão do atualização nada mais é do que a capacidade do microcontrolador receber uma nova versão do

firmware

firmware sem que seja necessária a intervenção direta nosem que seja necessária a intervenção direta no hardware hardware do dispositivo através de umado dispositivo através de uma

rotina chamada

rotina chamada bootloader bootloader . . OO bootloader bootloader fica alocado em uma parte específica da memória defica alocado em uma parte específica da memória de

programção e normalmente é gravado uma única vez. Seu funcionamento restringe-se a verificar em programção e normalmente é gravado uma única vez. Seu funcionamento restringe-se a verificar em uma dada condição se existe uma nova versão do

uma dada condição se existe uma nova versão do firmware firmware disponível, caso positivo a nova versão édisponível, caso positivo a nova versão é

gravada na memória de programa, caso negativo a rotina principal é inicializada [29]. gravada na memória de programa, caso negativo a rotina principal é inicializada [29].

MICROCONTROLADOR MICROCONTROLADOR MÓDULO GPS MÓDULO GPS ACESSÓRIOS ACESSÓRIOS MÓDULO GSM/GPRS MÓDULO GSM/GPRS E ENNTTRRAADDAAS S SSAAÍÍDDAASS RASTREADOR RASTREADOR

(19)

4.0 REDES DE DADOS

Adaptando o conceito de redes de computadores do autor Sousa (1999), pode-se definir uma Adaptando o conceito de redes de computadores do autor Sousa (1999), pode-se definir uma rede de dados automotiva como um conjunto de ECUs interligadas de maneira a trocarem rede de dados automotiva como um conjunto de ECUs interligadas de maneira a trocarem informações e compartilharem recursos entre si. Em suma, uma rede é composta por uma parte física informações e compartilharem recursos entre si. Em suma, uma rede é composta por uma parte física e uma parte lógica, podendo variar em sua arquitetura, isto é, os caminhos físicos através dos quais e uma parte lógica, podendo variar em sua arquitetura, isto é, os caminhos físicos através dos quais equipamentos interligam-se e interagem entre si.

equipamentos interligam-se e interagem entre si.

4.1 Topologias de Redes de Dados 4.1 Topologias de Redes de Dados

De acordo com Lopes (2007,

De acordo com Lopes (2007, apud apud TITTEL, 2003, p. 14) em uma rede de computadores, osTITTEL, 2003, p. 14) em uma rede de computadores, os

dados precisam trafegar por

dados precisam trafegar por um caminho físico que um caminho físico que interliga os dispositivos interliga os dispositivos da rede. da rede. Os diferentesOs diferentes tipos de caminhos são chamados de topologias. A Tabela 1, de uma forma resumida, elenca e tipos de caminhos são chamados de topologias. A Tabela 1, de uma forma resumida, elenca e descreve as diferentes topologias sobre as quais uma rede pode ser montada.

descreve as diferentes topologias sobre as quais uma rede pode ser montada.

Tabela 1

Tabela 1 – –Descrição das topologias de redeDescrição das topologias de rede

Topologias de Rede Topologias de Rede Topologia Descrição

Topologia Descrição Barramento

Barramento Similar Similar a a arquitetura arquitetura de de barramento barramento que que conecta conecta a a memória memória principal principal à à CPU.CPU. Consiste num caminho simples de dados que conecta a ele mesmo todos os Consiste num caminho simples de dados que conecta a ele mesmo todos os dispositivos da rede, de modo que somente um dispositivo por vez pode usar o dispositivos da rede, de modo que somente um dispositivo por vez pode usar o barramento.

barramento. Anel

Anel É É uma uma rede rede onde onde cada cada dispositivo dispositivo da da rede rede transmite transmite somente somente para para seu seu vizinhovizinho posterior e recebe dados somente de seu vizinho anterior. Caso um dispositivo posterior e recebe dados somente de seu vizinho anterior. Caso um dispositivo queira receber dados do seu vizinho posterior mais próximo, estes dados terão que queira receber dados do seu vizinho posterior mais próximo, estes dados terão que trafegar todo o anel, passando por todos os outros dispositivos até recebê-los. trafegar todo o anel, passando por todos os outros dispositivos até recebê-los. Ponto-a-Ponto

Ponto-a-Ponto A A rede ponto-a-ponto rede ponto-a-ponto é o é o tipo mais tipo mais simples, para simples, para poucos dispositivos. poucos dispositivos. Esta Esta rede érede é formada por um único enlace entre dois dispositivos. Quando muitos dispositivos formada por um único enlace entre dois dispositivos. Quando muitos dispositivos precisam se conectar com vários outros dispositivos, várias redes ponto-a-ponto precisam se conectar com vários outros dispositivos, várias redes ponto-a-ponto são combinadas, configurando uma estrela ou malha.

são combinadas, configurando uma estrela ou malha. Estrela

Estrela Nesta Nesta configuração, configuração, um um dispositivo dispositivo central central é é conectado conectado a a todos todos os os outrosoutros dispositivos da rede para realizar a comunicação entre eles.

dispositivos da rede para realizar a comunicação entre eles. Malha

Malha _{Para conectar todos os dispositivos entre si, é necessário}_{Para conectar todos os dispositivos entre si, é necessário} ((––1)/21)/2 conexõesconexões

(onde

(onde n n é o número de dispositivos da rede). Esta rede, apesar de complexa e deé o número de dispositivos da rede). Esta rede, apesar de complexa e de

custo elevado, tem a vantagem de ser muito rápida, pois um dispositivo na rede custo elevado, tem a vantagem de ser muito rápida, pois um dispositivo na rede tem conexão ponto-a-ponto com qualquer outro dispositivo, transmitindo os dados tem conexão ponto-a-ponto com qualquer outro dispositivo, transmitindo os dados diretamente. Existem redes chamadas de malha parciais, que eliminam os enlaces diretamente. Existem redes chamadas de malha parciais, que eliminam os enlaces raramente usados.

(20)

Híbrida

Híbrida É É a a combinação combinação de de uma uma ou ou mais mais topologias, topologias, tentando tentando tirar tirar o o melhor melhor proveito proveito dede cada uma delas.

cada uma delas.

Fonte: (Lopes, 2007,

Fonte: (Lopes, 2007, apud apud TITTEL, 2003, p. 15).TITTEL, 2003, p. 15).

4.2 Modelo OSI para Protocolos de Comunicação 4.2 Modelo OSI para Protocolos de Comunicação

O modelo OSI (

O modelo OSI (Open Systems Interconnection Open Systems Interconnection ) é baseado em uma proposta desenvolvida) é baseado em uma proposta desenvolvida

pela ISO (

pela ISO (International Standards Organization International Standards Organization ) como um primeiro passo em direção à padronização) como um primeiro passo em direção à padronização

internacional dos protocolos usados nas várias camadas (Tanenbaum 2011

internacional dos protocolos usados nas várias camadas (Tanenbaum 2011 apud apud DayDay et et

Zimmermann, 1983, p. 25). Embora os protocolos associados a este modelo raramente sejam usados Zimmermann, 1983, p. 25). Embora os protocolos associados a este modelo raramente sejam usados nos dias de hoje, o modelo em si é de fato bastante geral e ainda válido [24]. Este modelo é nos dias de hoje, o modelo em si é de fato bastante geral e ainda válido [24]. Este modelo é composto por sete camadas, as quais se encontram elencadas e descritas na Tabela 2.

composto por sete camadas, as quais se encontram elencadas e descritas na Tabela 2.

Tabela 2

Tabela 2 – –Modelo de Referência OSIModelo de Referência OSI

Camadas do Modelo de Referência OSI Camadas do Modelo de Referência OSI

Camada Descrição

7 - Aplicação 7 - Aplicação

Esta camada contém uma série de protocolos comumente necessários aos Esta camada contém uma série de protocolos comumente necessários aos usuários. Ela é responsável por fornecer uma interface aos softwares de usuários. Ela é responsável por fornecer uma interface aos softwares de computador, permitindo que estes sejam escritos apenas uma vez e utilizados computador, permitindo que estes sejam escritos apenas uma vez e utilizados em diferentes tipos de redes.

em diferentes tipos de redes. 6 - Apresentação

6 - Apresentação

Esta camada é a responsável pela tradução dos dados para um formato padrão. Esta camada é a responsável pela tradução dos dados para um formato padrão. ASCII, JPEG e MP3 são alguns exemplos. Ela também é responsável pela ASCII, JPEG e MP3 são alguns exemplos. Ela também é responsável pela compressão, criptografia e decifração dos dados com objetivos de segurança. compressão, criptografia e decifração dos dados com objetivos de segurança.

5 - Sessão 5 - Sessão

Esta é a camada responsável por estabelecer, manter e encerrar sessões na Esta é a camada responsável por estabelecer, manter e encerrar sessões na rede. É ela quem administra o reconhecimento de nomes e algumas rede. É ela quem administra o reconhecimento de nomes e algumas características de acesso, como quando e por quanto tempo um dispositivo características de acesso, como quando e por quanto tempo um dispositivo pode transmitir.

pode transmitir. 4 - Transporte

4 - Transporte

Esta camada é responsável pela preparação dos dados a serem transferidos. É Esta camada é responsável pela preparação dos dados a serem transferidos. É ela quem gerencia o controle de fluxo, a correção de erros e divide os dados ela quem gerencia o controle de fluxo, a correção de erros e divide os dados trafegados em blocos de tamanhos adequados para a rede.

trafegados em blocos de tamanhos adequados para a rede.

33 – –RedeRede

A camada de rede é responsável por atribuir um endereço único e global para A camada de rede é responsável por atribuir um endereço único e global para os dispositivos conectados nesta e prover direções de qualquer ponto a os dispositivos conectados nesta e prover direções de qualquer ponto a qualquer outro ponto da rede. De modo geral, a qualidade do serviço fornecido qualquer outro ponto da rede. De modo geral, a qualidade do serviço fornecido (retardo, tempo em transito, instabilidade etc.) também é uma questão da (retardo, tempo em transito, instabilidade etc.) também é uma questão da camada de rede.

camada de rede.

22 – –EnlaceEnlace

A principal tarefa da camada de enlace é transformar um canal de transmissão A principal tarefa da camada de enlace é transformar um canal de transmissão bruto numa linha que pareça livre de erros para a camada de rede. Ela faz com bruto numa linha que pareça livre de erros para a camada de rede. Ela faz com que o transmissor divida os dados em quadros de dados (em geral, algumas que o transmissor divida os dados em quadros de dados (em geral, algumas centenas ou milhares de bytes) e os transmita seqüencialmente. Também é a centenas ou milhares de bytes) e os transmita seqüencialmente. Também é a

(21)

camada de enlace que realiza os controles de erro e fluxo, além da atribuição camada de enlace que realiza os controles de erro e fluxo, além da atribuição de endereços físicos a cada um dos dispositivos de enlace. Para estes fins a de endereços físicos a cada um dos dispositivos de enlace. Para estes fins a camada de enlace é subdividida em duas outras camadas: LLC (Controle camada de enlace é subdividida em duas outras camadas: LLC (Controle Lógico de enlace) e MAC (Controle de acesso ao meio).

Lógico de enlace) e MAC (Controle de acesso ao meio).

11 – –FísicaFísica

Esta é a camada mais baixa, responsável pela definição e reconhecimento de Esta é a camada mais baixa, responsável pela definição e reconhecimento de um bit (dígito binário 0 ou 1), o projeto de rede deve garantir que quando um um bit (dígito binário 0 ou 1), o projeto de rede deve garantir que quando um lado enviar um bit 1, ele seja recebido pelo outro lado como um bit 1, não como lado enviar um bit 1, ele seja recebido pelo outro lado como um bit 1, não como um bit 0. Esta também é a camada onde estão definidos os meios de um bit 0. Esta também é a camada onde estão definidos os meios de transmissão, inclusive o tamanho dos cabos, interfaces de conexões transmissão, inclusive o tamanho dos cabos, interfaces de conexões (terminações de cabos) e tensão.

(terminações de cabos) e tensão.

Fonte: Tanenbaum (2003) p. 37 Fonte: Tanenbaum (2003) p. 37

Esta divisão, em camadas, tem por objetivo tornar as funções tão discretas e independentes Esta divisão, em camadas, tem por objetivo tornar as funções tão discretas e independentes quanto possível, de forma que qualquer alteração realizada em uma única camada não implique na quanto possível, de forma que qualquer alteração realizada em uma única camada não implique na necessidade de adaptação de qualquer outra. No modelo OSI cada camada utiliza os serviços das necessidade de adaptação de qualquer outra. No modelo OSI cada camada utiliza os serviços das camadas inferiores, assim como disponibiliza dados e serviços às camadas superiores a sua posição camadas inferiores, assim como disponibiliza dados e serviços às camadas superiores a sua posição [13].

[13].

É importante salientar que uma tecnologia que adote o modelo OSI, não necessariamente É importante salientar que uma tecnologia que adote o modelo OSI, não necessariamente deverá utilizar todas as suas camadas. Existem tecnologias que as utilizam de forma parcial como o deverá utilizar todas as suas camadas. Existem tecnologias que as utilizam de forma parcial como o Protocolo CAN, o qual possui definido por suas especificações apenas a camada física e a camada Protocolo CAN, o qual possui definido por suas especificações apenas a camada física e a camada de enlace [13].

de enlace [13].

4.3 Protocolo de Comunicação de Dados 4.3 Protocolo de Comunicação de Dados

Os protocolos de comunicação de dados exercem uma função vital na troca de dados entre Os protocolos de comunicação de dados exercem uma função vital na troca de dados entre dispositivos eletrônicos. De uma forma simples, podem ser definidos como um conjunto de regras que dispositivos eletrônicos. De uma forma simples, podem ser definidos como um conjunto de regras que controla e sincroniza a comunicação visando que esta seja eficiente e sem erros e assegurando que controla e sincroniza a comunicação visando que esta seja eficiente e sem erros e assegurando que a mensagem transmitida chegue ao destino da mesma forma que foi transmitida de maneira a a mensagem transmitida chegue ao destino da mesma forma que foi transmitida de maneira a preservar a integridade dos dados [22].

preservar a integridade dos dados [22].

Sua composição é feita, basicamente, de um

Sua composição é feita, basicamente, de um software software agregado às duas interfaces deagregado às duas interfaces de

comunicação. A garantia de integridade dos dados deve ser mantida não dependendo do meio pelo comunicação. A garantia de integridade dos dados deve ser mantida não dependendo do meio pelo qual são transmitidos, uma vez que o controle é feito nas pontas do meio de transmissão. Este qual são transmitidos, uma vez que o controle é feito nas pontas do meio de transmissão. Este

software

software insere caracteres de controle no início e no final de cada bloco a ser transmitido. Nainsere caracteres de controle no início e no final de cada bloco a ser transmitido. Na

chegada do bloco no receptor, estes caracteres são checados e caso algum erro seja detectado, o chegada do bloco no receptor, estes caracteres são checados e caso algum erro seja detectado, o protocolo deverá enviar o mesmo bloco novamente até que este chegue corretamente [22].

(22)

4.4 Uso de Protocolos em Redes Automotivas 4.4 Uso de Protocolos em Redes Automotivas

Quando se fala em comunicação entre as diversas ECUs presentes em um veículo, diversos Quando se fala em comunicação entre as diversas ECUs presentes em um veículo, diversos são os protocolos utilizados na atualidade. Estes variam de acordo com Associações de Montadoras, são os protocolos utilizados na atualidade. Estes variam de acordo com Associações de Montadoras, montadoras e às vezes até mesmo conforme o modelo do veículo. Também pode ocorrer que em um montadoras e às vezes até mesmo conforme o modelo do veículo. Também pode ocorrer que em um mesmo veículo sejam encontrados protocolos diferentes de acordo com a aplicação.

mesmo veículo sejam encontrados protocolos diferentes de acordo com a aplicação.

Em redes automotivas os protocolos dividem-se em grupos seguindo os critérios da

Em redes automotivas os protocolos dividem-se em grupos seguindo os critérios da Society of Society of Automotive Engineers

Automotive Engineers (SAE). Protocolos de Classe A, possuem uma taxa de transmissão de até 10(SAE). Protocolos de Classe A, possuem uma taxa de transmissão de até 10

kbps e são geralmente relacionados às funções de conforto de um veículo. Os protocolos Classe C kbps e são geralmente relacionados às funções de conforto de um veículo. Os protocolos Classe C possuem uma taxa de transmissão compreendida entre 125 kbps a 1 Mbps e são relacionados aos possuem uma taxa de transmissão compreendida entre 125 kbps a 1 Mbps e são relacionados aos sistemas de segurança [8].

sistemas de segurança [8].

Os Protocolos Classe B, objeto de interesse deste projeto, são protocolos com taxa de Os Protocolos Classe B, objeto de interesse deste projeto, são protocolos com taxa de transmissão compreendida entre 10 kbps a 125 kbps, a exceção dos protocolos ISO11898, transmissão compreendida entre 10 kbps a 125 kbps, a exceção dos protocolos ISO11898, ISO1159-2 (os quais podem assumir velocidades superiores) e do SAE J1939, o qual possui velocidade fixada 2 (os quais podem assumir velocidades superiores) e do SAE J1939, o qual possui velocidade fixada em 250 kbps.

em 250 kbps.

Tabela 3

Tabela 3 – –Alguns protocolos de comunicação Classe BAlguns protocolos de comunicação Classe B

CAN 2.0 CAN 2.0 ISO 11898 & ISO 11898 & ISO 11519-2 ISO 11519-2 CAN 2.0 CAN 2.0 SAE J1939

SAE J1939 Class 2Class 2J1859J1859 J1850J1850SCPSCP J1850J1850PCIPCI Instituição diretamente

Instituição diretamente relacionada

relacionada SAE SAE & & ISO ISO SAE SAE GM GM Ford Ford ChryslerChrysler Aplicação principal

Aplicação principal _diagnóstico_diagnósticoControle eControle e _diagnóstico_diagnósticoControle eControle e _diagnóstico_diagnósticoControle eControle e _diagnóstico_diagnósticoControle eControle e _diagnóstico_diagnósticoControle eControle e Tipo

Tipo de de barramento barramento Par Par trançado trançado Par Par trançado trançado Fio Fio únicoúnico _trançado_trançadoParPar Fio únicoFio único Codificação

Codificação dos dos sinais sinais NRZ NRZ NRZ NRZ VPW VPW PWM PWM VPWVPW Detecção

Detecção de de erros erros CRC CRC CRC CRC CRC CRC CRC CRC CRCCRC Taxa de transmissão

Taxa de transmissão 10 kbps10 kbps – – 1 Mbps

1 Mbps 250 250 kbps kbps 10,4 10,4 kbps kbps 41,6 41,6 kbps kbps 10,4 10,4 kbpskbps Quantidade

Quantidade de de dados dados 00 – –8 8 Bytes Bytes 8 8 BytesBytes 00 – –88

Bytes Bytes 00 – –88 Bytes Bytes 00 – –1010 Bytes Bytes Comprimento máximo Comprimento máximo do barramento do barramento 40 metros 40 metros (p/ 1 Mbps) (p/ 1 Mbps) 40 metros 40 metros (p/ 1 Mbps)

(p/ 1 Mbps) 35 metros 35 metros 35 35 metros metros 35 35 metrosmetros Quantidade máxima Quantidade máxima de nós na rede de nós na rede 32 32 32 32 32 32 32 32 3232 Fonte: Guimarães, 2007, p. 212 Fonte: Guimarães, 2007, p. 212

É interessante lembrar que além destas classes mencionadas, ainda existem classes de É interessante lembrar que além destas classes mencionadas, ainda existem classes de protocolos de: diagnóstico embarcado, protocolos do tipo

protocolos de: diagnóstico embarcado, protocolos do tipo Mobile Media Mobile Media – – utilizados na implementaçãoutilizados na implementação do conceito “computador sobre rodas”,

do conceito “computador sobre rodas”,Safety Bus Safety Bus – – utilizados em sistemas deutilizados em sistemas de airbag airbag e aindae ainda Drive- Drive- by-wire

by-wire – – aplicados a sistemas eletromecânicos que substituíram os sistemas puramente mecânicos,aplicados a sistemas eletromecânicos que substituíram os sistemas puramente mecânicos,

tais como freio, direção, aceleração, etc. [8]. tais como freio, direção, aceleração, etc. [8].

(23)

5.0 CONTROLLER AREA NETWORK (CAN)

À medida que os veículos foram se modernizando e incorporando novas tecnologias, À medida que os veículos foram se modernizando e incorporando novas tecnologias, observou-se uma demanda cada vez maior por um sistema de comunicação prático e confiável, que observou-se uma demanda cada vez maior por um sistema de comunicação prático e confiável, que interligasse o crescente número de ECUs instaladas a bordo [13]. O desenvolvimento do Protocolo interligasse o crescente número de ECUs instaladas a bordo [13]. O desenvolvimento do Protocolo CAN possibilitou uma enorme redução na complexidade do cabeamento e, adicionalmente, tornou CAN possibilitou uma enorme redução na complexidade do cabeamento e, adicionalmente, tornou possível conectar diversos dispositivos usando um único par de fios, permitindo uma troca simultânea possível conectar diversos dispositivos usando um único par de fios, permitindo uma troca simultânea de dados entre os nós da rede (Lopes,

de dados entre os nós da rede (Lopes,apud apud Farsi et al, 2007, p. 20).Farsi et al, 2007, p. 20).

O Protocolo CAN é um protocolo de comunicação serial síncrona voltado, sobretudo, às O Protocolo CAN é um protocolo de comunicação serial síncrona voltado, sobretudo, às aplicações automotivas. Seu desenvolvimento deu-se pela empresa automotiva alemã Robert Bosch aplicações automotivas. Seu desenvolvimento deu-se pela empresa automotiva alemã Robert Bosch GmbH e sua apresentação oficial ocorreu em um congresso da Sociedade de Engenheiros GmbH e sua apresentação oficial ocorreu em um congresso da Sociedade de Engenheiros Automotivos (SAE) realizado em Detroit no ano de 1986 [30]. Sua aplicação inicial envolvia ônibus e Automotivos (SAE) realizado em Detroit no ano de 1986 [30]. Sua aplicação inicial envolvia ônibus e caminhões. Atualmente é utilizado na indústria, em veículos automotivos, navios tratores e aviões, caminhões. Atualmente é utilizado na indústria, em veículos automotivos, navios tratores e aviões, entre outros [8].

entre outros [8].

Anteriormente ao surgimento do CAN a maioria das conexões automotivas era do tipo híbrida, Anteriormente ao surgimento do CAN a maioria das conexões automotivas era do tipo híbrida, em uma combinação de topologias Ponto-a-Ponto e Malha [4]. Uma rede com CAN provê uma rede em uma combinação de topologias Ponto-a-Ponto e Malha [4]. Uma rede com CAN provê uma rede de custo não muito elevado onde as ECUs podem ter uma interface simples ao invés de diversas de custo não muito elevado onde as ECUs podem ter uma interface simples ao invés de diversas entradas analógicas e digitais em cada dispositivo, o que diminui, sobretudo, custos com cabeamento entradas analógicas e digitais em cada dispositivo, o que diminui, sobretudo, custos com cabeamento e peso nos automóveis [14]. A

e peso nos automóveis [14]. A Figura 2Figura 2 esboça um comparativo entre uma rede sem CAN e uma redeesboça um comparativo entre uma rede sem CAN e uma rede com CAN.

com CAN.

Figura 2

Figura 2_–_– Comparativo entre uma rede sem CAN e uma rede com CANComparativo entre uma rede sem CAN e uma rede com CAN Fonte: (NATIONAL INSTRUMENTS, 2011)

(24)

5.1 Conceituação básica 5.1 Conceituação básica

O Protocolo CAN implementa as duas camadas mais inferiores do modelo de referência OSI: O Protocolo CAN implementa as duas camadas mais inferiores do modelo de referência OSI: física e de enlace. A parte referente ao meio de comunicação, em si, foi deixada de fora da física e de enlace. A parte referente ao meio de comunicação, em si, foi deixada de fora da especificação CAN da Bosch, propositalmente, com a finalidade de flexibilizar aos projetistas a especificação CAN da Bosch, propositalmente, com a finalidade de flexibilizar aos projetistas a possibilidade de adaptação e otimização do protocolo de comunicação de diversas maneiras. possibilidade de adaptação e otimização do protocolo de comunicação de diversas maneiras. Contudo, com esta flexibilização vem a possibilidade do surgimento de problemas com questões Contudo, com esta flexibilização vem a possibilidade do surgimento de problemas com questões relacionadas à interoperabilidade [15].

relacionadas à interoperabilidade [15].

Visando amenizar possíveis problemas com interoperabilidade a ISO e a SAE definiram Visando amenizar possíveis problemas com interoperabilidade a ISO e a SAE definiram protocolos que incluíam interfaces dependentes de um meio de transmissão de forma que as duas protocolos que incluíam interfaces dependentes de um meio de transmissão de forma que as duas camadas mais inferiores passaram a ser definidas em sua totalidade. Como exemplos, podem-se camadas mais inferiores passaram a ser definidas em sua totalidade. Como exemplos, podem-se citar os protocolos ISO11898, ISO11519 e SAE J1939. Estes três protocolos especificam um citar os protocolos ISO11898, ISO11519 e SAE J1939. Estes três protocolos especificam um barramento

barramento diferencial diferencial de de 5 5 volts volts como como interface interface física. física. As As camadas camadas restantes restantes do do modelo modelo OSI, OSI, sãosão deixadas em aberto para serem implementadas pelos desenvolvedores de

deixadas em aberto para serem implementadas pelos desenvolvedores desoftware software [15].[15].

Uma rede utilizando o Protocolo CAN trabalha no conceito multimestre, onde qualquer Uma rede utilizando o Protocolo CAN trabalha no conceito multimestre, onde qualquer módulo pode tornar-se mestre em um dado momento e escravo no outro. Suas mensagens são módulo pode tornar-se mestre em um dado momento e escravo no outro. Suas mensagens são enviadas em regime

enviadas em regime multicast,multicast, o que significa que qualquer mensagem enviada ao barramento éo que significa que qualquer mensagem enviada ao barramento é

transmitida a todos os módulos existentes na rede [8], cabendo aos receptores a filtragem de transmitida a todos os módulos existentes na rede [8], cabendo aos receptores a filtragem de mensagens indesejadas ou desejadas, conforme ilustra a

mensagens indesejadas ou desejadas, conforme ilustra a Figura 3Figura 3 [3].[3].

Figura 3

Figura 3_–_– Mensagem transmitida via barramento CANMensagem transmitida via barramento CAN Fonte: CAN in Automation, 2011

Fonte: CAN in Automation, 2011

5.1.1 Características Físicas 5.1.1 Características Físicas

O Protocolo CAN, define sua codificação de bit como sendo do tipo

O Protocolo CAN, define sua codificação de bit como sendo do tipo Non-Return to Zero Non-Return to Zero

(NRZ)

(NRZ),, onde o nível de sinal pode permanecer constante durante todo o tempo de bit. Desta forma,onde o nível de sinal pode permanecer constante durante todo o tempo de bit. Desta forma,

medições devem ser feitas para assegurar o tempo máximo permitido entre duas bordas de sinal, o medições devem ser feitas para assegurar o tempo máximo permitido entre duas bordas de sinal, o que vem a ser importante para propósitos de sincronismo [3].