abstract={This document defines the Controller Area Network (CAN) protocol, including both the standard (11-bit identifier) and extended (29-bit identifier) frame formats, as well as error handling, fault confinement, and bit timing requirements.},
keywords={CAN, Controller Area Network, serial communication, automotive, real-time control, protocol specification},
}
% datasheet (esiste questo?) per i vari datasheet: stm32f405.... , tja1050 ed eventuali altre cose su pcb
% da vedere anche per la presa deutsch
% also microcontrol j1939 protocol stack (download folder)
Negli ultimi anni, il settore delle macchine movimento terra è evoluto verso architetture elettroniche sempre più ampie.
Negli ultimi anni, il settore delle macchine movimento terra è evoluto verso architetture elettroniche sempre più complesse.
Similmente ai veicoli stradali, i moderni mezzi d'opera integrano numerose \ac{ecu} e una vasta rete di sensori e attuatori, interconnessi
tramite il protocollo \ac{can} suddivisi in uno o più bus.
L'elevata mole di dati generati ha permesso lo sviluppo di sistemi telematici, diagnostici e di fleet management per monitorare lo stato di salute
@@ -12,10 +12,10 @@ Ad esempio, il sistema \textit{KOMTRAX}\texttrademark di Komatsu consente, tra v
di efficienza del mezzo \cite{komatsu_komtrax_specification}, che pur essendo efficace per monitoraggio e controllo, è una piattaforma che non espone
i frame \ac{can} né permette l'integrazione con software di terze parti. Operano in maniera simile altri sistemi proprietari, tra i quali \textit{VisionLink}\texttrademark (Caterpillar),
\textit{JDLink}\texttrademark (John Deere), \textit{LiDAT}\texttrademark (Liebherr), \textit{SiteWatch}\texttrademark (CASE e New Holland).\\
Per le aziende con flotte multimarca, questa mancanza di accessibilità impedisce lo sviluppo di soluzioni diagnostiche unificate e l'analisi approfondita delle
condizioni specifiche del mezzo.\\
Per le aziende con flotte multimarca, questa mancanza di accessibilità limita lo sviluppo di soluzioni diagnostiche unificate e l'analisi approfondita delle
condizioni specifiche dei mezzi.\\
\\
Il presente lavoro di tesi nasce da questa esigenza operativa, in collaborazione con l'azienda edile CAT (s.n.c.). L'impresa ha espresso l'interesse a disporre di
Il presente lavoro di tesi nasce da questa esigenza operativa, in collaborazione con l'azienda edile CAT (S.a.s.). L'impresa ha espresso l'interesse a disporre di
strumenti diagnostici brand-agnostic per il monitoraggio della propria flotta di mezzi d'opera multimarca impiegati in scavi e movimento terra, in particolare
per scopi di manutenzione predittiva e monitoraggio delle condizioni del veicolo. \\
In questo contesto, ha messo a disposizione per le attività di sperimentazione un escavatore Komatsu PC210 NLC-8, consentendo l'acquisizione di dati
@@ -39,26 +39,55 @@ alcuni dei mezzi di questo marchio (specificamente un dumper HD785 ed un escavat
protocollo ibrido contenente ID a 29 bit (Extended \ac{can}) ed a 11 bit (Standard \ac{can}) \cite{diagnet-komatsu}.
\subsection{Obiettivi}
\label{sec:obiettivo}
L'obiettivo di questo elaborato è lo sviluppo di un sistema per l'acquisizione, la decodifica e l'analisi dei dati di un escavatore idraulico provenienti dal suo \ac{can} bus.
\label{sec:obiettivi}
L'obiettivo di questo elaborato è lo sviluppo di un sistema per l'acquisizione, la decodifica e l'analisi dei dati di un escavatore idraulico
provenienti dal suo \ac{can} bus.
Nello specifico, il lavoro si articola in:
\begin{itemize}
\item\textbf{Identificazione:} Individuazione della porta diagnostica contenente un nodo\ac{can};
\item\textbf{Identificazione:} Individuazione delle caratteristiche del sistema diagnostico del veicolo contenente accesso al\ac{can} bus;
\item\textbf{Acquisizione dati:} Sviluppo di un'interfaccia hardware per il logging dei messaggi \ac{can} in tempo reale;
\item\textbf{Reverse engineering:}Decodifica delle comunicazioni proprietarie Komatsu;
\item\textbf{Reverse engineering:}Lettura e decodifica delle comunicazioni proprietarie Komatsu;
\item\textbf{Analisi dati:} Traduzione dei dati decodificati in parametri fisici.
\end{itemize}
\section{Komatsu PC210 NLC-8}
\section{Contesto operativo}
Si introducono i protocolli di comunicazione utilizzati in questo elaborato di tesi.
\label{subsec:architettura}
Si effettua una breve descrizione del veicolo e dei sistemi hardware e software utilizzati per ottenere, decodificare ed interpretare i dati \ac{can}.
\subsection{Komatsu PC210 NLC-8}
\label{subsec:komatsu_pc210}
Il veicolo oggetto di studio è l'escavatore Komatsu PC210 NLC-8: si tratta di un escavatore idraulico cingolato
di media portata, appartenente alla serie "Dash 8". La designazione NLC (Narrow Long Crawler) identifica una configurazione del
sottocarro caratterizzata da una carreggiata ridotta e una maggiore lunghezza del telaio, ottimizzata per applicazioni che richiedono
un ingombro trasversale contenuto.\cite{komatsu_pc210_8_2017_brochure}
di media portata, parte della serie \textit{Dash 8} in commercio dal 2006 al 2016. La designazione NLC (\textit{Narrow Long Crawler}) identifica una
configurazione del sottocarro caratterizzata da una carreggiata ridotta e una maggiore lunghezza del telaio, ottimizzata per applicazioni che
richiedono un ingombro trasversale contenuto \cite{komatsu_pc210_8_2017_brochure}.
È equipaggiato con un motore diesel common rail a 6 cilindri in linea, sviluppato da \textit{Komatsu Cummins Engine Corporation} (KCEC), joint venture
paritetica tra \textit{Komatsu Ltd.} e \textit{Cummins Inc.}; infatti il motore \textit{SAA6D107E-1} montato sul PC210 NLC-8 è basato sulla stessa
architettura del \textit{Cummins 6D107}\cite{pc210-230-240-manual}.\\% forse invece meglio citazione su questa roba del Cummins qua
Il sistema idraulico \textit{Komatsu HydrauMind} adotta una logica a centro chiuso (CLSS) abbinata al controllo mutuo pompa-motore \cite{pc210-230-240-manual}.
Sul piano dell'elettronica, questa integra nativamente il sistema proprietario Komatsu di telematica e gestione del mezzo \textit{KOMTRAX}\texttrademark
discusso precedentemente. \\
Il sistema \ac{can} consiste in un unico bus accessibile dalla \ac{ecu} oppure da una presa di diagnostica all'interno della cabina \cite{pc210-230-240-manual}.
Lo schermo nella cabina di controllo infatti è un nodo \ac{can} e visualizza eventuali errori o informazioni utili come regime motore e temperature
direttamente in modo da essere visibili in ogni momento all'operatore. Le informazioni visibili dal sistema \textit{KOMTRAX}\texttrademark vengono anche esse
comunicate tramite \ac{can} bus.
% TODO: foto schermo cabina acceso
La serie PC210 rappresenta una delle piattaforme più diffuse nel segmento delle medie portate a livello europeo. Komatsu è stabilmente tra i primi produttori
di escavatori nel mercato \ac{emea}, ed il PC210 è indicato come uno dei modelli chiave della gamma Komatsu in questa regione.
Un numero significativo di unità \textit{Dash 8} è ancora oggi operativo in flotte di piccole e medie imprese edili e di movimento terra, grazie alla robustezza meccanica
della piattaforma, alla disponibilità di ricambi (anche di provenienza Cummins per il motore) e alla relativa semplicità di manutenzione rispetto alle generazioni
successive.
% TODO: mettere fonti per tutto ciò
% TODO: foto motore
\vspace{5mm}
\begin{table}[htbp]
\centering
\captionsetup{skip=2pt}
\captionsetup{skip=10pt}
\caption{Specifiche tecniche secondo \citeauthor{komatsu_pc210_8_2017_brochure}}
\label{tab:specifiche_nlc8}
\footnotesize
@@ -91,16 +120,10 @@ Profondità di scavo massima & 6.620 mm \\
\multicolumn{2}{@{}l}{\textbf{\ac{can} bus}}\\
\midrule
Architettura & Singolo bus SAE J1939 con ID proprietari \\
ID bit / baudrate & 11-bit e 29-bit / 250 kbps \\
\bottomrule
\end{tabular}
\end{table}
\begin{figure}[htbp]
\centering
\begin{subfigure}{1\textwidth}
@@ -124,12 +147,41 @@ ID bit / baudrate & 11-bit e 29-bit / 250 kbps \\
\subsection{STM32F405RGT6}
\label{subsec:stm32f405rgt6}
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Introduzione alla stm32 usata
\subsection{FreeRTOS}
\label{subsec:freertos}
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Descrizione di freertos, brevemente perche l'ho scelto ma poi lo dico meglio in Cap.2
\subsection{TJA1050}
\label{subsec:tja1050}
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Descrizione TJA1050 e perche l'ho scelto (brevemente)
% fonti: datasheet per ste tre robe
%
\subsection{Protocolli di comunicazione}
\label{subsec:protocolli}
\subsubsection{CAN bus}
\label{subsubsec:canbus}
\cite{voss2008comprehensible}
\cite{css_electronics_j1939}
Il \ac{can} bus è un protocollo di comunicazione seriale che supporta in modo efficiente il controllo distribuito in tempo reale con un livello di sicurezza molto elevato.
Il suo ambito di applicazione va dalle reti ad alta velocità al cablaggio multiplex a basso costo. \\
Nell’elettronica automobilistica, le unità di controllo del motore, i sensori, i sistemi anti-slittamento, ecc. sono collegati tramite CAN con velocità di trasmissione fino a 1 Mbit/s.
Allo stesso tempo, è conveniente integrarlo nell’elettronica della carrozzeria del veicolo, ad esempio nei gruppi ottici o nei finestrini elettrici, per sostituire il cablaggio aggiuntivo altrimenti necessario. \\
\DeclareAcronym{can}{short = CAN, long = Controller Area Network}
\DeclareAcronym{canh}{short = CANH, long = CAN High}
\DeclareAcronym{canl}{short = CANL, long = CAN Low}
\DeclareAcronym{lin}{short = LIN, long = Local Interconnect Network}
\DeclareAcronym{id}{short = ID, long = Identifier}
\DeclareAcronym{ecu}{short = ECU, long = Electronic Control Unit}
\DeclareAcronym{dtc}{short = DTC, long = Diagnostic Trouble Code}
\DeclareAcronym{pgn}{short = PGN, long = Parameter Group Number}
\DeclareAcronym{sae}{short = SAE, long = Society of Automotive Engineers}
\DeclareAcronym{emea}{short = EMEA, long = Europe Middle East and Africa}
\DeclareAcronym{hv}{short = HV, long = High Voltage}
\DeclareAcronym{lv}{short = LV, long = Low Voltage}
\DeclareAcronym{obd2}{short = OBDII, long = On-board Diagnostics 2}
% Pagina e intestazioni
\usepackage{scrlayer-scrpage}
@@ -96,6 +104,7 @@
\usepackage{array}
\usepackage{placeins}
% Formattazione titoli
\usepackage{titlesec}
\titleformat{\chapter}[display]
@@ -138,6 +147,7 @@
\usepackage[bottom]{footmisc}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{calc}
\usepackage{siunitx}
% Stili per i linguaggi di programmazione
\usepackage{minted}
@@ -190,6 +200,8 @@
\vspace{3cm}
\end{center}
\vspace{2cm}
\noindent
\begin{minipage}[t]{0.47\textwidth}
\raggedright
@@ -211,6 +223,9 @@
\clearpage
\pagenumbering{roman}
% sommario
\input{chapters/00_abstract.tex}
% indice
\tableofcontents
@@ -253,10 +268,13 @@
\pagenumbering{arabic}
% Aggiungi qui i capitoli
\input{chapters/00_abstract.tex}
\input{chapters/01_introduction.tex}
\input{chapters/05_conclusions.tex}
\input{chapters/01_introduction.tex}
\input{chapters/02_identification.tex}
\input{chapters/03_acquisition.tex}
\input{chapters/04_decoding.tex}
\input{chapters/05_analysis.tex}
\input{chapters/06_conclusions.tex}
\input{chapters/99_acknowledgments.tex}
\clearpage
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