<p>This master thesis is a portion of the DySCAS project and work is performed at Enea AB. DySCAS (Dynamically Self-Configuring Automotive Systems) is a research project funded by the European</p><p>This thesis concentrates on future vehicle electronic systems. During a life cycle of the car vehicle manufacturers desire to upgrade or add new functions into the vehicle electronic systems, this is not possible with the static-runtime environment that employed into today’s car.</p><p>To tackle this difficult problem many technologies were gathered and a dynamically self-configuring automotive system was introduced by combining technologies like self-managing, service-based and middleware.</p><p>The obtained results fulfilled most of DySCAS requirements. However, the system has a few limitations and these are caused by the immature of distributed reconfigurable embedded systems in the market.</p>

Padrões internacionais baseados no protocolo de comunicação digital serial CAN - Controller Area Network - têm sido elaborados e adotados em aplicações que utilizam eletrônica embarcada em máquinas e implementos agrícolas. No Brasil, a aplicação do CAN é restrita a máquinas e implementos importados. Verifica-se também, a necessidade de fornecer subsídios e auxílio às pequenas e médias indústrias nacionais de equipamentos agrícolas, para que estas possam oferecer equipamentos compatíveis no mercado, através da implementação desses padrões em seus produtos. Este trabalho apresenta a pesquisa de circuitos integrados, transceptores, dispositivos de instrumentação mais elaborados (receptores GPS, computadores embarcáveis, computadores portáteis, rádios digitais e atuadores e sensores inteligentes) e protocolos de alto nível para o desenvolvimento de sistemas baseados no CAN. A sistematização dos resultados origina um documento referencial prático do CAN para projetos de máquinas e implementos agrícolas, e para automação de sistemas agrícolas, como estufas, sistemas de irrigação e criadouros. / International standards based on the digital data communication protocol CAN - Controller Area Network - are being developed and applied to embedded electronics in agricultural and environmental area to integrate different devices. In Brazil, the application of CAN is restricted to imported machines. Small and medium manufactures also need some support to apply this technology and offer compatible equipment to the market. This work present the searching of integrated circuits, transducers, elaborated devices (GPS receivers, embedded computers, handled computers, digital radios and intelligent sensors and actuators) and high level protocols for the development CAN based systems. The systematization of the results generate a practical reference documentation of CAN for agricultural machinery (tractor, combine and implements) designs and agricultural automation designs, such as irrigation, greenhouse and livestock systems.

This master thesis is a portion of the DySCAS project and work is performed at Enea AB. DySCAS (Dynamically Self-Configuring Automotive Systems) is a research project funded by the European This thesis concentrates on future vehicle electronic systems. During a life cycle of the car vehicle manufacturers desire to upgrade or add new functions into the vehicle electronic systems, this is not possible with the static-runtime environment that employed into today’s car. To tackle this difficult problem many technologies were gathered and a dynamically self-configuring automotive system was introduced by combining technologies like self-managing, service-based and middleware. The obtained results fulfilled most of DySCAS requirements. However, the system has a few limitations and these are caused by the immature of distributed reconfigurable embedded systems in the market.

Padrões internacionais baseados no protocolo de comunicação digital serial CAN - Controller Area Network - têm sido elaborados e adotados em aplicações que utilizam eletrônica embarcada em máquinas e implementos agrícolas. No Brasil, a aplicação do CAN é restrita a máquinas e implementos importados. Verifica-se também, a necessidade de fornecer subsídios e auxílio às pequenas e médias indústrias nacionais de equipamentos agrícolas, para que estas possam oferecer equipamentos compatíveis no mercado, através da implementação desses padrões em seus produtos. Este trabalho apresenta a pesquisa de circuitos integrados, transceptores, dispositivos de instrumentação mais elaborados (receptores GPS, computadores embarcáveis, computadores portáteis, rádios digitais e atuadores e sensores inteligentes) e protocolos de alto nível para o desenvolvimento de sistemas baseados no CAN. A sistematização dos resultados origina um documento referencial prático do CAN para projetos de máquinas e implementos agrícolas, e para automação de sistemas agrícolas, como estufas, sistemas de irrigação e criadouros. / International standards based on the digital data communication protocol CAN - Controller Area Network - are being developed and applied to embedded electronics in agricultural and environmental area to integrate different devices. In Brazil, the application of CAN is restricted to imported machines. Small and medium manufactures also need some support to apply this technology and offer compatible equipment to the market. This work present the searching of integrated circuits, transducers, elaborated devices (GPS receivers, embedded computers, handled computers, digital radios and intelligent sensors and actuators) and high level protocols for the development CAN based systems. The systematization of the results generate a practical reference documentation of CAN for agricultural machinery (tractor, combine and implements) designs and agricultural automation designs, such as irrigation, greenhouse and livestock systems.

Orientador: Nobuo Oki / Resumo: A utilização de redes de comunicação sem fio deixou de ser uma ferramenta opcional para tornar-se uma necessidade no monitoramento de residências, automóveis, controles de processos automatizados e comunicação entre as pessoas. Tratando-se de redes de transdutores cabeadas, as redes CAN (Controller Area Network) são utilizadas em automóveis modernos, instrumentação médica, em veículos táticos, na automação de processos, no transporte metropolitano e em sistemas de controle de fábricas. A maioria das estruturas críticas de sistemas de controle fazem uso do CAN em algum ponto na rede, para conectar sensores que se encontram distantes e controlar atuadores de um sistema, ou para conectar vários controladores que utilizam uma interface em comum. O padrão sem fio, IEEE 802.15.4, comercialmente conhecido como “ZigBee”, foi projetado para operar em baixas taxas de dados, com segurança e facilidade de configurações de rede. Esta tese tem como objetivo desenvolver um sistema heterogêneo utilizando microcontroladores ATMEGA em que, o modelo do protocolo CAN e o padrão IEEE 802.15.4 estejam acoplados. Este módulo será capaz de gerenciar e monitorar sensores e atuadores utilizando CAN e, através do padrão sem fio 802.15.4, comunicar-se com os outros módulos da rede. O interfaceamento entre os pacotes da rede de controle de área (CAN) com a rede ZigBee é realizado através da implementação de tabelas de dispersão (Hash Tables) para o gerenciamento e otimização da memória utilizada. As anál... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by MARCOS ANTONIO ESTREMOTE null (estremot@gmail.com) on 2017-11-03T20:18:22Z No. of bitstreams: 1 Tese Estremote.pdf: 11274082 bytes, checksum: d68bb503cd676b58bcfab15d1c39ba5c (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-11-13T17:35:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 estremote_ma_dr_ilha.pdf: 11274082 bytes, checksum: d68bb503cd676b58bcfab15d1c39ba5c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-13T17:35:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 estremote_ma_dr_ilha.pdf: 11274082 bytes, checksum: d68bb503cd676b58bcfab15d1c39ba5c (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A utilização de redes de comunicação sem fio deixou de ser uma ferramenta opcional para tornar-se uma necessidade no monitoramento de residências, automóveis, controles de processos automatizados e comunicação entre as pessoas. Tratando-se de redes de transdutores cabeadas, as redes CAN (Controller Area Network) são utilizadas em automóveis modernos, instrumentação médica, em veículos táticos, na automação de processos, no transporte metropolitano e em sistemas de controle de fábricas. A maioria das estruturas críticas de sistemas de controle fazem uso do CAN em algum ponto na rede, para conectar sensores que se encontram distantes e controlar atuadores de um sistema, ou para conectar vários controladores que utilizam uma interface em comum. O padrão sem fio, IEEE 802.15.4, comercialmente conhecido como “ZigBee”, foi projetado para operar em baixas taxas de dados, com segurança e facilidade de configurações de rede. Esta tese tem como objetivo desenvolver um sistema heterogêneo utilizando microcontroladores ATMEGA em que, o modelo do protocolo CAN e o padrão IEEE 802.15.4 estejam acoplados. Este módulo será capaz de gerenciar e monitorar sensores e atuadores utilizando CAN e, através do padrão sem fio 802.15.4, comunicar-se com os outros módulos da rede. O interfaceamento entre os pacotes da rede de controle de área (CAN) com a rede ZigBee é realizado através da implementação de tabelas de dispersão (Hash Tables) para o gerenciamento e otimização da memória utilizada. As análises realizadas de tempo de inserção, remoção e comunicação de dados, com o auxílio da técnica computacional de tabelas de dispersão para o armazenamento das informações, mostram que este procedimento favorece a comunicação entre os protocolos de redes industriais com os protocolos de redes sem fios. A economia de memória do microcontrolador com a utilização das tabelas de dispersão proposta nesta tese chegou a ser em média 750% superior do que as que não se utilizam das tabelas de dispersão. / The use of wireless communication networks is not an optional tool and become a requirement in automated systems, such as monitoring home, automobiles, automated process control and communication between people. In another aspect, wired networks, such as CAN networks, are used in modern automobiles, medical instrumentation, tactical vehicles, process automation, metropolitan transport and manufactory control systems. Many critical structures in control system use CAN network at some point, to connect sensors that are far away and to control system actuators, or to connect several controllers that use a common interface. The wireless IEEE standard 802.15.4, commercially known as “ZigBee”, is designed to operate at low data transfer rates, with security and facility of network configurations. This thesis aims to develop a heterogeneous system using ATMEGA microcontrollers in which the CAN protocol model and the IEEE standard 802.15.4 are coupled. This module is capable of managing and monitoring sensors and actuators using CAN and, through the IEEE standard 802.15.4, communicating with the other modules in network. The interface between the CAN network packets with the ZigBee network is performed through the implementation of Hash Tables to manage and optimize the memory used. The analysis of time of insertion, delete and data communication, with the aid of the computational technique of hash tables for the storage of information, show that this procedure favors the communication between the protocols of industrial networks with protocols of wireless networks . The memory economy of the microcontroller with the the hash tables proposed in this thesis was on average 750% higher than those without the hash tables.

Sistema de controle via rede (NCS) é um sistema de controle distribuído onde os sensores, atuadores e controladores estão alocados fisicamente em locais separados e são conectados através de uma rede de comunicação industrial. O NCS representa a evolução das arquiteturas de controle em rede, fornecendo maior modularidade e descentralização do controle, facilidade de diagnóstico e manutenção e menor custo. O desafio no desenvolvimento de um NCS é contornar os efeitos degenerativos causados por fatores que afetam o seu desempenho e estabilidade. Entre estes fatores estão o período de amostragem dos sinais, a perda de informações transmitidas na rede e os atrasos de comunicação. Buscando superar este desafio, este trabalho apresenta o desenvolvimento de NCS para aplicações em redes CAN baseado no uso da simulação e na proposta de uma estratégia de controle. A utilização de ferramentas de simulação de NCS, selecionadas através de um estudo comparativo e qualitativo, permitiu analisar o impacto de fatores degenerativos no desempenho de controle e estabilidade de NCS. Essa análise por simulação permitiu evidenciar o período de amostragem como o fator de maior influência para o projeto de NCS em redes CAN. Para superar o problema do período de amostragem, uma estratégia de controle adaptativo foi proposta. Essa estratégia usa informações de saída do NCS para automaticamente adaptar o período de amostragem das mensagens, garantindo desempenho de controle e diminuindo significativamente a ocupação da rede CAN. Experimentos realizados em uma plataforma de pesquisa sobre NCS demonstraram a confiabilidade e robustez do uso da estratégia de controle adaptativo, mesmo em condições extremas de operação da rede CAN. Os experimentos também permitiram comprovar a eficácia de uma técnica de identificação de NCS desenvolvida, que apresenta a vantagem de utilizar informações disponíveis na rede para obtenção de um modelo do NCS com precisão aceitável. / Networked control system (NCS) is a distributed control system where the sensors, actuators and controllers are physically separated and connected through an industrial communication network. The NCS represents the evolution of networked control architectures providing greater modularity and control decentralization, maintenance and diagnosis ease and lower cost of implementation. The challenge in the development of NCS is to overcome the degenerative effects of factors which affect its performance and stability. Among these factors are the sampling time, the loss of information on the network and the network delays. Aiming to overcome this challenge, this work presents the development of NCS for applications in CAN-Based networks based on the simulation use and in a control strategy proposal. The use NCS simulation tools, selected by a comparative and qualitative study, allowed to analyze the impact of degrading factors in the NCS control performance and stability. This analysis using simulation highlighted the message sampling time as factor with the biggest influence for the design of CAN-based NCS. To overcome the sampling time problem, an adaptive control strategy was proposed. This strategy uses the NCS output to automatically adapt the message sampling time, ensuring NCS control performance and stability and providing significant reduction of the CAN network load. Experiments carried out on a NCS Research Platform demonstrated the reliability and robustness of the adaptive control methodology application, even under worst case conditions of operation of the CAN-based network. Experiments have also proved the effectiveness of a model identification technique developed for NCS, which presents the advantage of using information available on the network to obtain the NCS model with acceptable accuracy.

Sistema de controle via rede (NCS) é um sistema de controle distribuído onde os sensores, atuadores e controladores estão alocados fisicamente em locais separados e são conectados através de uma rede de comunicação industrial. O NCS representa a evolução das arquiteturas de controle em rede, fornecendo maior modularidade e descentralização do controle, facilidade de diagnóstico e manutenção e menor custo. O desafio no desenvolvimento de um NCS é contornar os efeitos degenerativos causados por fatores que afetam o seu desempenho e estabilidade. Entre estes fatores estão o período de amostragem dos sinais, a perda de informações transmitidas na rede e os atrasos de comunicação. Buscando superar este desafio, este trabalho apresenta o desenvolvimento de NCS para aplicações em redes CAN baseado no uso da simulação e na proposta de uma estratégia de controle. A utilização de ferramentas de simulação de NCS, selecionadas através de um estudo comparativo e qualitativo, permitiu analisar o impacto de fatores degenerativos no desempenho de controle e estabilidade de NCS. Essa análise por simulação permitiu evidenciar o período de amostragem como o fator de maior influência para o projeto de NCS em redes CAN. Para superar o problema do período de amostragem, uma estratégia de controle adaptativo foi proposta. Essa estratégia usa informações de saída do NCS para automaticamente adaptar o período de amostragem das mensagens, garantindo desempenho de controle e diminuindo significativamente a ocupação da rede CAN. Experimentos realizados em uma plataforma de pesquisa sobre NCS demonstraram a confiabilidade e robustez do uso da estratégia de controle adaptativo, mesmo em condições extremas de operação da rede CAN. Os experimentos também permitiram comprovar a eficácia de uma técnica de identificação de NCS desenvolvida, que apresenta a vantagem de utilizar informações disponíveis na rede para obtenção de um modelo do NCS com precisão aceitável. / Networked control system (NCS) is a distributed control system where the sensors, actuators and controllers are physically separated and connected through an industrial communication network. The NCS represents the evolution of networked control architectures providing greater modularity and control decentralization, maintenance and diagnosis ease and lower cost of implementation. The challenge in the development of NCS is to overcome the degenerative effects of factors which affect its performance and stability. Among these factors are the sampling time, the loss of information on the network and the network delays. Aiming to overcome this challenge, this work presents the development of NCS for applications in CAN-Based networks based on the simulation use and in a control strategy proposal. The use NCS simulation tools, selected by a comparative and qualitative study, allowed to analyze the impact of degrading factors in the NCS control performance and stability. This analysis using simulation highlighted the message sampling time as factor with the biggest influence for the design of CAN-based NCS. To overcome the sampling time problem, an adaptive control strategy was proposed. This strategy uses the NCS output to automatically adapt the message sampling time, ensuring NCS control performance and stability and providing significant reduction of the CAN network load. Experiments carried out on a NCS Research Platform demonstrated the reliability and robustness of the adaptive control methodology application, even under worst case conditions of operation of the CAN-based network. Experiments have also proved the effectiveness of a model identification technique developed for NCS, which presents the advantage of using information available on the network to obtain the NCS model with acceptable accuracy.