TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
MÔN: HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI: ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
CỦA MẠNG CAN
(Operating Principles and Features of CAN Networks)
GVHD : PGS.TS Nguyễn Văn Khang
SVTH : Nguyễn Văn Chung MSSV: CB110612
Vũ Xuân Hiệp MSSV: CB110617
Lớp: 11BKTĐT
Hà Nội, tháng 06 năm 2012
BÁO CÁO TIỂU LUẬN
MÔN: HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
ĐỀ TÀI: ĐẶC ĐIỂM VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
CỦA MẠNG CAN
(Operating Principles and Features of CAN Networks)
GVHD : PGS.TS Nguyễn Văn Khang
SVTH : Nguyễn Văn Chung MSSV: CB110612
Vũ Xuân Hiệp MSSV: CB110617
Lớp: 11BKTĐT
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
MỤC LỤC
1.Giới thiệu về mạng CAN 2
1.1.Lịch sử phát triển của mạng CAN 2
1.2.Các ưu điểm và những hạn chế của mạng CAN 3
2.Triển khai mạng CAN 5
3.Giao thức cơ bản của mạng CAN 7
4.Một số mạng ứng dụng CAN 12

Volkswagen, BMW, Renault, và Fiat.
Đặc tính Bosch (CAN v2.0) được đệ trình như chuẩn quốc tế vào đầu những
năm 1990. Đề xuất đó được chấp thuận và ban hành thành chuẩn ISO11989 vào
cuối năm 1993 bao gồm mô tả về giao thức truy nhập mạng và kiến trúc lớp vật
lý. Năm 1995, ban hành phụ lục cho ISO11989 mô tả định dạng gói tin mở rộng
dùng trong CAN. Hiện nay đặc tính kĩ thuật của CAN vẫn đang được chỉnh sửa
và chia thành bốn phần: [ISO1, ISO2, ISO3, TTC].
Các tài liệu chuẩn thường chỉ cung cấp các đặc tính kĩ thuật của lớp truyền
thông thấp và ít mô tả về các lớp cao trong mô hình OSI. Đây là lí do ban đầu
CAN ít được dùng trong môi trường tự động hóa.
Mặc dù được thiết kế dùng ứng dụng trong ô tô, CAN cũng được dùng trong
nhiều ứng dụng khác. Ngay đầu những năm 1990, Allen-Bradley và Honeywell
-Trang 2-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
cũng hợp tác nghiên cứu dự án điều khiển dựa trên mạng CAN. Mặc dù dự án bị
tạm dừng một vài năm nhưng Allen-Bradley và Honeywell vẫn độc lập nghiên
cứu về giao thức cho các lớp cao. Kết quả là sự ra đời các giải pháp DeviceNet
của Allen-Bradley và hệ thống phân phối thông minh (Smart Distributed
System - SDS) của Honeywell. Do một vài lí do, SDS không phát triển thêm,
chỉ có sự cải tiến thành Honeywell Microswitch, trong khi DeviceNet được phổ
biến và đã có hiệp hội các nhà cung cấp DeviceNet “Open DeviceNet Vendor
Association”. DeviceNet được ứng dụng rộng rãi trong các công ty tự động tại
Mỹ và trở thành đối thủ của nhiều giải pháp khác như Profibus-DP, Interbus.
1.2. Các ưu điểm và những hạn chế của mạng CAN
1.2.1. Ưu điểm
 Mạng có giá thành thấp, kiến trúc đơn giản
Có thể triển khai mạng CAN với giá thành thấp, mạng ổn định cho phép kết
nối nhiều thiết bị với nhau. Một sự cải tiến của mạng CAN là mỗi đơn vị điều
khiển (ECUs) chỉ cần một giao diện CAN, tương tự hoặc số, tới bus hệ thống để

trong mạng CAN không cần có node mạng làm nhiệm vụ phân quyền truy nhập
bus, đó có thể là điểm gây lỗi cho toàn hệ thống. Với mạng CAN tất cả các nút
đều là nút chủ, rất đơn giản trong việc thông báo các sự kiện không đồng bộ ví
dụ như báo hiệu hay báo lỗi các điều kiện ngưỡng. Trong hầu hết các trường
hợp, mạng CAN có nhiều ưu điểm hơn các mạng kể trên.
Một điều hiển nhiên là các gói tin có mức ưu tiên thấp nhất sẽ bị trì hoãn nếu
có nhiều gói tin có mức ưu tiên cao hơn cùng được phát, nhưng đây cũng là vấn
đề của các kiến trúc mạng khác. Tuy nhiên, khung tin trong mạng CAN rất nhỏ
(khung chuẩn dài 135 bit) nên thời gian trì hoãn bởi một gói tin khẩn cấp
thường rất nhỏ, và ít ảnh hưởng đến thời gian đáp ứng của hệ thống, điều đó là
lí do mạng CAN được sử dụng trong nhiều ứng dụng điều khiển thời gian thực
mặc dù dải thông của nó khá thấp.
Gói tin có mức ưu tiên cao nhất sẽ được đánh số thứ tự thấp nhất (đầu tiên),
ví dụ bức điện có mức ưu tiên cao nhất sẽ được đánh số 0.
 Khả năng sửa lỗi cao
Các gói tin trong mạng đều có phần kiểm tra độ dư chu trình CRC, nhằm
phát hiện lỗi trong nội dung các khung tin. Khung tin bị lỗi sẽ bị loại bỏ tại tất
cả các nút và khung tin bị lỗi sẽ phát tín hiệu lỗi trở lại mạng. Các lỗi toàn cục
-Trang 4-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
và lỗi cục bộ được phân loại bởi khối điều khiển, nếu có quá nhiều lỗi được
phát hiện, các nút bị lỗi sẽ ngừng phát hoặc tự cách li ra khỏi mạng.
1.2.2. Những hạn chế của mạng CAN
Tuy đạt được sự đơn giản về kiến trúc, kĩ thuật phân quyền truy nhập của
mạng CAN vẫn có một số hạn chế. Với sự phân quyền cơ khí, gói tín phải có
thể truyền từ một đầu cua bus đến node xa nhất (đến đầu còn lại) và quay trở lại
node đầu trong khoảng thời gian lấy mẫu tín hiệu trên bus.
[1]
Điểm lấy mẫu thường lệch khỏi điểm giữa của mỗi bít (điểm mở rộng có thể

chương trình ứng dụng (ví dụ nằm dưới phần điều khiển của bộ điều khiển chủ),
ngay cả khi một vài dạng lọc được thực hiện bởi bộ điều khiển. Nhằm tránh tràn
bộ đệm, một số bộ đệm thu phụ được sử dụng, cho phép thu khung tin tiếp theo
trong khi khung tin trước đang được đọc bởi bộ điều khiển chủ. Một ví dụ về bộ
điều khiển BasicCAN là PCA82C200 của hãng Philips.
Với bộ điều khiển FullCAN số lượng bộ đệm bên trong có thể cấu hình
trước là đệm thu hoặc phát với các gói tin đặc thù. Hàm lọc được thực thi trực
tiếp trong bộ điều khiển CAN. Khi thu được khung tin mới, nó sẽ được lưu vào
bộ nhớ đệm tương ứng. Thông thường, gói tin mới sẽ ghi đè lên gói tin trước
đó, nhờ vậy sẽ không gây hiện tượng tràn bộ đệm. Ví dụ về kiến trúc FullCAN
có các IC điều khiển CAN của Intel như 82526, 82527.
Kiến trúc FullCAN thường không giới hạn số thiết bị tích cực cho bộ điều
khiển chủ, đó là tính năng cao cấp hơn so với kiến trúc BasicCAN. Tuy nhiên
đã có những bộ điều khiển kết hợp nguyên lí hoạt động của hai kiến trúc trên,
do dó, sự phân loại trên có thể sẽ bị thay thế.
-Trang 6-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
3. Giao thức cơ bản của mạng CAN
3.1.
Khái quát
Kiến trúc giao thức mạng CAN được cấu trúc theo cách tiếp cận lớp của mô
hình OSI. Tuy nhiên, như hầu hết các mạng hiện nay cho sử dụng ở mức cơ sở
trong các môi trường tự động kết hợp, chỉ có một vài lớp được xem xét trong
giao thức ngăn xếp của nó. Điều này làm cho việc triển khai hiệu quả hơn và ít
tốn kém. Rất ít các lớp giao thức trên thực tế hàm ý giảm trễ xử lý khi nhận và
truyền thông điệp và phần mềm giao tiếp đơn giản.
Đặc điểm kỹ thuật mạng CAN, đặc biệt chỉ bao gồm lớp vật lý và những lớp
liên kết dữ liệu, như mô tả trong hình dưới, Lớp vật lý nhằm mục đích quản lý
việc truyền tải có hiệu lực dữ liệu qua sự hỗ trợ của truyền thông,và khắc phục

Mạng CAN được dựa trên một cấu trúc chia sẻ bus. Các bus này phải được
nối bởi một điện trở đầu cuối giá trị tham khảo 120 OHM để chặn lại tín hiệu
phản hồi. Với cùng lý do trong một số tài liệu chuẩn về cầu hình liên kết mạng
CAN càng gần càng tốt như một dòng kín trên một dây đơn. Các gốc kết nối với
bus chiều dài càng ngắn càng tốt ví dụ với tốc độ truyền 1Mb/s thì khoảng cách
nên nhỏ hơn 30 cm.
Một số loại phương tiện truyền thông được sử dụng như:
- Bus hai dây, nó cho phép truyền hai tín hiệu khác biệt và đảm bảo truyền
thông tin cậy. Trong trường hợp này một cặp soắn đôi được sử dụng tăng cường
chống nhiễu điện từ trường.
- Bus một dây là giải pháp đơn giản giá rẻ, khả năng chống nhiễu thấp,
thường ứng dụng trong ôtô.
- Truyền dẫn quang đảm bảo khả năng hoàn chống nhiễu điện từ và dùng
trong những môi trường phức tạp. Sợi quang được kết nối khác biệt các mạng
con CAN được khai triển bao phủ trong các nhà máy với một vùng rộng khắp.
Tốc độ bít với mạng thường từ 50Kb/s đến 1Mb/s.
Chiều dài tối đa của bus CAN phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ bít. Với
500Kb/s thì chiều dài cho phép khoảng 100m và có thể tăng lên tới 500m với
tốc độ bít 125kb/s.
-Trang 8-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
Mã hóa bit và đồng bộ:
Trong mạng CAN giao diện về mạch điện của nút tới bus dựa trên sơ đồ
open-collector. Mức trên bus CAN mang hai giá trị bù, được ký hiệu là mức cao
và thấp, tương ứng với các giá trị lô gic 1 và 0.
CAN dựa trên mã hóa bít(NRZ), có tính hiệu năng cao trong đồng bộ thông
tin không được mã hóa một cách riêng biệt từ dữ liệu. Bit đồng bộ trong mỗi nút
được thực hiện bằng vòng lặp khóa pha số (DPLL), nó trích từ thông tin định
thời trực tiếp từ dòng bít nhận được trên bus. Đặc biệt các sườn của tín hiệu

cơ bản dựa trên định dạng này.
Khung dữ liệu:
Khung dữ liệu được sử dụng để gửi thông tin qua mạng. Mỗi một khung dữ
liệu CAN được bắt đầu với bít SOF(bắt đầu khung) ở mức thấp được thể hiện
trong hình dưới:
Định dạng khung dữ liệu
SOF còn dùng để đồng bộ những nút nhận. Ngay sau SOF là Arbitstration
field bao gồm ký hiệu nhận dạng và yêu cầu truyền nhận từ xa bít RTR, tiếp đến
là bít IDE phân biệt giữa khung chuẩn và chuận mở rộng. DLC mã hóa chiều
dài bít dữ liệu, sau đó là trường dữ liệu, CRC và ACK và kết thúc là trường kết
thúc khung EOF.
Kỹ thuật truy cập
Cơ chế điều khiển truy cập trung gian trên CAN dựa trên cơ bản của truy
cập đa hướng, khi không có khung nào được trao đổi mạng ở trạng thái nhàn rỗi
mức trên mạng là mức cao. Trước khi truyền một khung nút phải quan sát trạng
thái của mạng, nếu mạng ở trạng thái nhàn rỗi khung bắt đầu truyền nhận ngay
lập tức, nếu không khung phải chờ cho khung truyền hiện thời đang thực hiện
kết thúc. Mỗi một khung truyền bắt đầu bằng bít SOF ở mức thấp, nó thông báo
cho các nút khác biết là mạng đang ở trạng thái bận.
-Trang 10-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
Các dịch vụ truyền thông
Theo ISO đặc điểm của ISO1 , LLC và lớp con của CAN chỉ cung cấp hai
dịch vụ truyền thông: L_DATA nó được sử dụng để truyền quảng bá giá trị cụ
thể của một đối tượng trên mạng và L_REMOTE nó được sử dụng để hỏi giá trị
của một đối tượng cụ thể là truyền quảng bá bởi một nguồn từ xa có liên quan.
Mô hình trao đổi thông tin:
Trao đổi thông tin trong mạng CAN được diễn ra theo ba giai đoạn như hình
mô tả sau:

bị khác.
[1]
4.1.
CANopen
CANopen ban đầu được thiết kế dựa vào chức năng truyền thông thực hiện
bởi lớp ứng dụng CAN (CAN Application layer – CAL). Tuy nhiên, đến giờ
đặc tính kĩ thuật của CAN đã không còn tham chiếu đến CAL. Thay vào đó,
dịch vụ truyền thông được tích hợp trực tiếp vào tài liệu của CANopen.
Trong CANopen, thông tin được trao đổi bằng các đối tượng truyền thông
(COBs). Một số COBs có các chức năng sau:
• Process Data Objects (PDOs), dùng trao đổi các gói tin với thời gian
thực, ví dụ thông tin điều khiển hệ thống vật lí.
• Service Data Objects (SDOs), dùng trao đổi thông tin không cần đến thời
gian thực, ví dụ truyền các tham số.
• Emergency Objects (EMCY), được dùng bởi thiết bị để báo hiệu cho ứng
dụng điều khiển biết có một vài lỗi được phát hiện.
• Synchronization Object (SYNC), dùng động bộ và thực hiện các thao tác
tọa độ trong hệ thống,
Như đã biết phương pháp truy nhập của CAN là tất cả các node đều là node
chủ, tuy nhiên hệ thống CANopen thường thực hiện theo phương pháp master-
slave (chủ-tớ) nhằm đơn giản hóa cấu hình mạng và phương thức kiểm soát
mạng. Trong hầu hết các trường hợp, mạng CANopen chỉ có một master đáp
ứng lại các lệnh điều khiển của hệ thống, và trên 127 thiết bị slaves gồm cảm
biến và/hoặc cơ cấu chấp hành. Mỗi thiết bị có một mã nhận dạng gồm 7 bit địa
chỉ, gọi là mã nhận dạng của node trong dải từ 1 tới 127. Mã nhận dạng 0
thường dùng cho truyền thông quảng bá.
-Trang 12-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
Một số khái niệm trong hệ thống CANopen:

Có hai phương pháp điều khiển trong mạng là: điều khiển node và điều
khiển lỗi. Phương pháp điều khiển node thường dùng điều khiển hoạt động của
node đơn hoặc của toàn bộ mạng. Ví dụ khởi động/dừng node, đặt lại trạng thái,
hoặc đưa node về chế độ cấu hình.
Có hai phương pháp giám sát lỗi trong mạng là node guarding và heartbeat.
Cả hai phương pháp, gói tin có mức ưu tiên thấp được truyển định kì bởi các
-Trang 13-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
node khác nhau. Khi một thiết bị gửi liên tục các gói tin, lớp giám sát mạng sẽ
phát hiện ra lỗi.
 Các mô tả về thiết bị
Nhằm tạo thuận tiện trong các hoạt động nội của mạng, một số mô tả về thiết
bị đã được chuẩn hóa trong CANopen. Trong đó mô tả về các đặc tính chung và
các lớp đặc thù của thiết bị, thường được chia thành nhiều tài liệu như sau:
• Thiết bị vào/ra: bao gồm các mô tả về các thiết bị vào/ra cả tương tự và số.
• Trình điều khiển và các thiết bị điều khiển chuyển động như động cơ bước,
động cơ servo.
• Giao diện người-máy dùng hiển thị kết quả và giao diện điều khiển.
• Thiết bị đo và điều khiển vòng đóng dùng đo lường và dếm các đối tượng
vật lí.
• Thiết bị lập trình IEC 61131-3 dùng mô tả các đặc tính của PLC và các
thiết bị thông minh.
• Bộ mã hóa dùng định nghĩa các bộ mã hóa chuyển động quay gồm cả vị trí
và vận tốc, mã hóa tuyến tính,…
4.2.
DeviceNet
DeviceNet là giao thức rất linh hoạt dùng ở mức trường trong môi trường tự
động hóa. Một điều đáng chú ý là việc thiết kế hệ thống dùng DeviceNet thường
phức tạp hơn. Tuy nhiên, DeciveNet có thêm nhiều tính năng phụ thêm so với

• Nhóm gói tin 4: có tác dụng cơ bản dùng quản lí mạng.
Về cơ bản, có hai loại thông tin là: các gói tin dữ liệu và gói tin I/O. Gói tin
dữ liệu dùng trao đổi thông tin giữa các thiết bị ví dụ dữ liệu cấu hình, quản lí
hoặc chuẩn đoán lỗi. Loại gói tin này có mức ưu tiên thấp trong mạng. Gói tin
I/O có mức ưu tiên cao dùng trao đổi các gói tin đáp ứng yêu cầu thời gian thực
của nhà sản xuất hoặc người dùng.
Do hệ thống truyền thông lớp dưới dựa trên mạng CAN, mỗi khung tin gồm
nhiều nhất là 8 byte. Nếu dữ liệu cần trao đổi vượt qua giới hạn trên, nó sẽ được
phân chia thành các gói tin hơn truyền trên mạng DeviceNet và được ghép nối
lại tại phía thu.
-Trang 15-
Hệ thống thông tin công nghiệp - Mạng
CAN
5.
Tài liệu tham khảo
[1]. Richard Zurawski, ISA Corporation, South San Francisco, “Industrial
Information Technology Handbook” CA, T58.5.I513 2004
[2]. http://www.ni.com/white-paper/2732/en
[3]. http://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus
[4]. http://www.can-cia.org/
-Trang 16-