Electrónica Digital y Compuertas Lógicas

La electrónica es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente.
Dentro de la electrónica se encuentran dos tipos:

-Analógica. Se trata de corrientes y tensiones que varían continuamente de valor en el transcurso del tiempo, como la corriente alterna (ca) o de valores que siempre tienen el mismo valor de tensión y de intensidad, como la corriente continua (cc).

-Digital. Se trata de valores de corrientes y tensiones eléctricas que solo pueden poseer dos estados en el transcurso del tiempo. Hay o no hay corriente o tensión pero cuando hay siempre es la misma y cuando no hay siempre es de valor 0.

Variable Binaria. Es toda variable que solo puede tomar 2 valores, dos dígitos (dígitos=digital) que corresponden a dos estados distintos. Estas variables las usamos para poner el estado en el que se encuentra un elemento de maniobra o entrada (por ejemplo un interruptor o un pulsador) y el de un receptor (por ejemplo una lámpara o un motor).

• Receptores o elementos de Salida: encendida (estado 1) o apagada (estado 0). Por ejemplo: lámparas, motores, timbres, etc.
• Elementos de entrada: accionado (estado 1) y sin accionar (estado 0). Por ejemplo: interruptor, pulsador, sensor, etc.

ÁLGEBRA BOOLEANA

Operaciones Lógicas

Son las operaciones matemáticas que se usan en el sistema binario, sistema de numeración que solo usa el 0 y el 1.

TABLA DE VERDAD

Una tabla de verdad, o tabla de valores de verdad, es una tabla que muestra el valor de verdad de una proposición compuesta, para cada combinación de verdad que se pueda asignar.

Una aplicación importante de las tablas de verdad procede del hecho de que, interpretando los valores lógicos de verdad como 1 y 0 (lógica positiva) en el sentido que

• valor "1" permite el paso de corriente eléctrica; y 
• valor "0" corta el paso de dicha corriente.

Los valores de entrada o no entrada de corriente a través de un diodo pueden producir una salida 0 ó 1 según las condiciones definidas como función.

PUERTAS LÓGICAS

Son componentes electrónicos representados por un símbolo con una o dos entradas (pueden ser de mas) y una sola salida que realizan una función (ecuación con variables binarias), y que toman unos valores de salida en función de los que tenga en los de entrada. 

Las puertas lógicas también representan un circuito eléctrico y tienen cada una su propia tabla de la verdad, en la que vienen representados todos los posibles valores de entrada que puede tener y los que les corresponden de salida según su función.

-Función Igualdad

La entrada es igual a la salida.

Como vemos la función que representa esta puerta es que el valor de la salida (motor o lámpara) es siempre igual al del estado del de entrada (pulsador o interruptor). En el esquema vemos que se cumple. El pulsador en estado 0 (sin pulsar) la lámpara está apagada, o lo que es lo mismo en estado también 0. Si ahora pulsamos el pulsador, estado 1, la lámpara se enciende y pasará también al estado 1. La tabla de la verdad nos da los estado de la salida para los posibles estados de entrada, que este caso solo son dos 0 o 1.

-Puera NOT (función negación)

La función nos dice que el estado de la salida S, es el de la entrada a pero invertida, es decir la salida es lo contrario de la entrada. si a es 0, a invertida será 1. Si a es 1 a invertida será 0. Como vemos el pulsador está en estado 0 cerrado (sin pulsar) y la lámpara en estado 0 del pulsador estará encendida, estado 1. Cuando pulsamos el pulsador (estado 1) la lámpara se apaga y estará en estado 0.

Todas las puertas lógicas que se invierten a la salida llevan en su símbolo un círculo al extremo.

-Puerta OR (función suma)

En este caso hay dos elementos de entrada (dos pulsadores). Para que la lámpara esté encendida (estado 1) debe de estar un pulsador cualquiera pulsado (estado 1) o los dos.

-Puerta AND (función multiplicación)

En este caso para que la lámpara este encendida es necesario que estén pulsador (estado 1) los dos pulsadores a la vez.

Estas son las 4 compuertas básicas con las que se podría hacer una gran cantidad de circuitos electrónicos. Pero es necesario conocer otras puertas lógicas para simplificarlos.

-Puerta NOR (función suma invertida)

La función viene representada en el propio símbolo. Además a la salida le llamamos Y, se pude llamar con cualquier letra en mayúsculas. Las entradas son A y B pero invertidas. Solo hay posibilidad de salida 1 cuando los dos pulsadores, cerrados en reposo, están sin accionar (estado 1).

-Puerta NAND (función producto invertido)

Como están en paralelo los dos pulsadores sin accionar (estado 0) la lámpara estará encendida (estado 1) y aunque se pulse y se abra un pulsador la lámpara seguirá encendida. Solo en el caso de que se pulsen los dos pulsadores (los dos abiertos) y estén en estado 1 la lámpara se apagará (estado 0).

CIRCUITOS INTEGRADOS DIGITALES

Los circuitos integrados son la base fundamental del desarrollo de la electrónica en la actualidad, debido a la tendencia a facilitar y economizar las tareas del hombre. Los circuitos cuyos componentes realizan operaciones análogas a las que indican los operadores lógicos se llaman "Circuitos Lógicos" o "circuitos digitales". Los Circuitos Lógicos están compuestos por elementos digitales como la compuerta AND (Y), compuerta OR (O), compuerta NOT (NO) y otras combinaciones muy complejas de los circuitos antes mencionados.

Tipos de Elementos Digitales

Estas combinaciones (ya mencionadas) dan lugar a otros tipos de elementos digitales. Aquí hay un listado de estos. · Compuerta NAND (No Y) · Compuerta NOR (No O) · Compuerta OR exclusiva (O exclusiva) · Mutiplexores o multiplexadores · Demultiplexores o demultiplexadores · Decodificadores · Codificadores · Memorias · flip-flops · Micro Procesadores · Micro Controladores

Referencias

-http://www.areatecnologia.com/electronica/electronica-digital.html
-https://es.wikipedia.org/wiki/Tabla_de_verdad
-https://ericmat.wordpress.com/2010/06/17/proposiciones-conjunciones-disyunciones-implicaciones/
http://www.ecured.cu/Circuitos_integrados_digitales
http://www.ecured.cu/Archivo:Circuitosintegradosdigitales.jpg
http://www.ladelec.com/imagenes/aplic_mux.gif
https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica

Dibujo de Informe de Noviembre

Dibujo de Informe del mes de Noviembre (Click aquí)

Flex Ray

Índice de Temas
-Introducción
- Generalidades
- Características destacables
- Arquitectura
-Topologías
-Topologías básicas
  * Linear passive bus
  * Topologías con Active Stars
  * Topologías híbridas
- Funcionamiento
  * Reloj
  * Bits en el bus
  * Muestreo de bits
  * Estructura
  * Sincronización del reloj
- Referencias

Introducción
Un protocolo de comunicaciones es un sistema de reglas que permiten que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen entre ellas para transmitir información por medio de cualquier tipo de variación de una magnitud física.

FlexRay es un nuevo protocolo de comunicaciones para buses de datos en el automóvil desarrollado por el consorcio FlexRay entre 2000 y 2009 que acelera la transmisión de datos entre los componentes del vehículo. Se considera más avanzado que el CAN y el MOST en lo relativo al precio y a las prestaciones. Permite a diferentes sistemas ser segura y precisamente enlazados permitiendo un manejo más confortable.

Generalidades

La complejidad de los sistemas de asistencia al conductor está creciendo continuamente. Los nuevos sistemas de control de chasis y transmisión demandan velocidades de transferencia de datos extremadamente altas para funcionar efectivamente.

Para satisfacer esta creciente demanda, el consorcio FlexRay (conformado actualmente por Volkswagen, BMW, Daimler AG, General Motors, Robert Bosch GmbH, NXP Semiconductors y Freescale) desarrolló un nuevo sistema de bus que provee la seguridad, velocidad y calidad robusta demandada en aplicaciones automotrices.
Una ventaja clave de FlexRay es su alto rango de transferencia de datos de hasta 10 MBit por segundo, lo que es veinte veces más rápido que el sistema convencional de CAN Bus. Un segundo canal de comunicación de FlexRay actúa como respaldo, proporcionando redundancia para asegurar una excelente seguridad en todo momento. Si un canal falla en su correcto funcionamiento, el segundo permanece disponible. Para sistemas que no son críticos para la seguridad, un rango rápido de transferencia de datos puede lograrse por medio del uso de un solo canal.
Estas ventajas significan un mayor confort y mayor seguridad, permitiendo a los sistemas abordo comunicarse más rápida y seguramente.

BMW X5, primer vehículo comercial con tecnología FlexRay

Características destacables

• Alta transmisión de datos (10 Mbits por segundo)
• Comportamiento estimulado por factores temporales
• Redundancia, seguridad y tolerancia de errores

Arquitectura
Un nodo Flexray está formado esencialmente por un microcontrolador, un periférico llamado Communication Controller, 2 transceivers y una fuente de alimentación. El microcontrolador es el propio de la ECU, el cual seguramente realiza otras funciones externas propias de la ECU y que cada cierto tiempo envía y recibe una trama de información al bus Flexray. Para ello se comunica con el Communication Controller (CC), que no es más que un periférico hardware que gestiona en todo momento el protocolo. Es decir, el microcontrolador no se encarga de la pila del protocolo, si no que lo gestiona todo el CC. Así pues, el CC se comunica a su vez con los transceivers que se encargan de transformar los datos lógicos a niveles eléctricos de Bus. Flexray dispone de 2 canales de comunicación, lo que requiere un transceiver para cada canal. Entre los diferentes bloques mencionados existen líneas optativas de señalización para determinadas situaciones.

Topologías
FlexRay permite un amplio abanico de topologías de red. El hecho de tener 2 canales independientes aporta además otro grado de libertad, pudiendo hacer para cada canal una configuración de nodos diferente.

Interconexión básica en FlexRay

En el caso que conectemos más nodos podemos hacerlo de manera pasiva o de manera activa. Otro elemento de red importante en FlexRay es el Active Star.

Interconexión básica usando Active Stars

Como se puede observar, es posible asociar el concepto de Active Star (AS) al de un hub repetidor de bus.
Así pues combinando estos elementos entre sí y para cada canal obtenemos una flexibilidad substancial de crear diferentes topologías de red, ya sean básicas o híbridas. Para cada una de ellas existen algunas limitaciones que hay que cumplir para el correcto funcionamiento del bus tales como longitud máxima del bus, número máximo de stubs, número máximo de Active Stars, etc. Estos parámetros son típicos de todos los buses y tienen como causa principal los retardos que se producen en el bus.

Topologías básicas
-Linear passive bus
Es la topología más básica y una de las más usadas. Se puede apreciar como es posible que un nodo se conecte a los dos canales (por ejemplo en el caso que este nodo representara una función crítica del sistema) mientras que otros nodos se conectan a uno de los dos canales.
Sus limitaciones son:

• Longitud de bus de 24m
• Número máximo de nodos conectados al bus mediante stubs: 22
• Mínima distancia entre stubs: 15cm

Topología Linear passive bus

Cabe recalcar que existe una variante del Passive Bus que es la Passive Star la cual tiene las mismas limitaciones que el anterior. Eso sí se limita el uso de la Passive Star a un máximo de 1 ‘splice’ (empalme). La idea de la Passive Star es que todos los nodos se unen en un solo punto.

Topología Passive Star

-Topologías con Active Stars
Estas topologías hacen uso del elemento repetidor Active Star. Este elemento de bus es capaz de desacoplar eléctricamente las diferentes ramas a las cual está conectado, además de regenerar la señal aunque por otro lado introduce retardos. Se les puede dotar de cierta inteligencia consiguiendo un ruteado del mensaje, todo y que esto acumularía aún más retardo. También pueden desconectar una rama de la red si detectan un mal funcionamiento. Las limitaciones en este caso son:

• Distancia máxima de un nodo al Active Star de 24m
• Longitud máxima entre dos AS de 24m
• Número máximo de AS en cascada: 2

Topología clásica con Active Stars

Topología custom con Active Stars

-Topologías híbridas
Es posible crear una red a base de la unión de topologías básicas, todo y que no es muy recomendable ya que son topologías no estándar y poco probadas. En estos casos, las limitaciones son una mezcla de las topologías básicas que entrañe. La gran ventaja de estas topologías es su versatilidad.

Topología híbrida

Funcionamiento

Reloj

Como se mencionó anteriormente, el sistema FlexRay consiste de un bus y procesadores, que son los "cerebros" de las centralitas electrónicas. Cada centralita tiene un reloj independiente. La desviación del reloj no puede ser más de 0,15% del reloj de referencia, de forma que la diferencia de tics entre el reloj más lento y el más rápido no puede ser más de 0,3%. En otras palabras, 300 ciclos de una centralita emisora pueden ser 299 ó 301 de una centralita receptora. Los relojes se reajustan frecuentemente (cada 300 ciclos) para evitar problemas de desfase. Sus unidades de tiempo son:

• Microtick: Unidad de tiempo básica dependiente el oscilador local de cada nodo. 
• Macrotick: Unidad de tiempo básica de la red. Todos los nodos tienen el mismo valor de Macrotick. Así pues si dos nodos tienen un oscilador local diferente tendrán diferente número de microticks por macrotick, pero al final el valor de macrotick será el mismo para todos.
• Cycle (ciclo): Es una unidad de tiempo propia de la red y es el tiempo del ciclo de comunicación medido en macroticks.

Bits en el Bus

En cada momento solo una centralita emite en el bus. Cada bit se mantiene en el bus durante 8 ciclos de reloj. Cada receptor contiene un búfer de los 5 últimos ciclos. Errores de transmisión en un único ciclo pueden afectar los resultados de los bits fronterizos, pero no en el centro de un ciclo de 8 bits.

Muestreo de bits
El valor del bit se muestrea en el centro de una región de 8 bits. Los errores se desplazan a los ciclos extremos, y el reloj se sincroniza frecuentemente para evitar desfases.

0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0

Desviación de 2 ciclos en situaciones libres de errores.

0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	0	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0

Los errores en las cercanías del centro en un ciclo de 8 se cancelan.

0	0	0	1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0

Los errores junto a los bordes de un ciclo de 8 pueden afectar al bit fronterizo.

Estructura
Toda la comunicación se envía en estructuras soporte (o frames). Un mensaje consiste en bytes empaquetados de la siguiente forma:

• Señal de inicio de transmisión (Transmission Start Signal, TSS) - bit 0 
• Señal de inicio de la estructura (Frame Start Signal, FSS) - bit 1 
• "m" veces: 
• Señal de inicio de byte 0 (BSS0) - bit 1 
• Señal de inicio de byte 1 (BSS1) - bit 0 
• 0-ésimo bit del i- byte 
• 1. bit del i-ésimo byte 
• 2. bit del i-ésimo byte 
• ... 
• 7. bit del i-ésimo byte 
• Señal de fin de la estructura (FES) - bit 0 
• Señal de fin de la transmisión (TES) - bit 1 

Si no hay ningún mensaje en el bus, el valor es igual a 1 (voltaje alto), de forma que cada receptor sabe que la comunicación comienza cuando el voltaje cambia a 0. El receptor sabe si el mensaje es completo comprobando que o BSS0 (1) o FES (0) han sido recibidos. Hay que destacar que un ciclo de 8 por bit no tiene nada que ver con bytes. Se necesitan 80 ciclos para transmitir un solo byte, 16 para BSS0 y BSS1 así como 64 para sus bits. Igualmente, BSS0 siempre tiene el valor 0 y BSS1 el valor 1.

Sincronización del reloj
Los relojes se vuelven a sincronizar cuando la señal votada cambia de 1 a 0, si el receptor estaba en el estado de espera o aguardando BSS1. De esta forma el reloj se sincroniza cuando la transmisión comienza y entre un BSS0 y un BSS1. Como la sincronización se hace con la señal deseada, puede que pequeños errores de transmisión que afecten a los bits fronterizos distorsionen la sincronización, pero no más de un ciclo. Ya que hay, como mucho, 88 ciclos entre sincronizaciones (BSS1, 8 bits del último byte, FES y TES - 11 bits de 8 ciclos cada uno), y el desfase del reloj no es más de 1 en 300 ciclos, el desfase puede distorsionar el reloj como mucho un ciclo. Pequeños errores de transmisión durante la recepción solo pueden afectar a los bits fronterizos. De forma que, en el peor de los casos, los dos bits centrales son correctos y con ello el valor muestreado es correcto. Aquí se muestra un ejemplo de un caso especialmente desfavorable - un error durante sincronización, un ciclo perdido debido a un desfase y un error de transmisión. Errores que se producen en el ejemplo:

• Debido a un error de un solo bit durante la sincronización, la sincronización se demoró un ciclo. 
• El reloj receptor fue más lento que el reloj emisor, de forma que el receptor no recibió un ciclo (marcado como X). Esto no pasará de nuevo hasta la próxima sincronización gracias a los límites máximos permitidos para la demora de un reloj. 
• Debido a un error de un solo bit durante la transmisión, un bit se votó mal junto al resultado. 

Aun así, a pesar de todos estos errores, la comunicación se recibió correctamente. Las células verdes son puntos de muestreo. Todos, a excepción del primero, son sincronizados por el borde 1->0 mostrada en el fragmento de transmisión.

Señal a enviar	1								0								1								0								1
Señal enviada	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
En el bus	1	1	1	1	1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1
Recibido	1	1	1	1	1	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	X	1	0	0	0	0	0	0	1	0	1	1
votados			1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1	1	1	1	X	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1

Referencias

-https://es.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_comunicaciones

-https://es.wikipedia.org/wiki/FlexRay

-http://www.bmw.com/com/en/insights/technology/technology_guide/articles/flex_ray.html
-http://www.tomshardware.com/news/flexray-2007-bmw-x5,3263.html
http://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/6115/2.%20El%20protocolo%20Flexray.pdf?sequence=4&isAllowed=y
-https://www.youtube.com/watch?v=IRl3vzLyGP8

Dibujo de Informe de Octubre

Dibujo de Informe del mes de Octubre (Click aquí)

CAN Bus

Objetivo: Conocer el motivo de la existencia de CAN Bus, qué es, de qué está compuesto y cómo funciona. Para comprender su utilidad e importancia dentro de los sistemas de un automóvil.

ÍNDICE
-Origen
-Diferencias con la transmisión de datos convencional
-Transmisión de datos en serie (CAN Bus)
     *Acoplamiento de unidades de control
     *Electrónica de carrocería y de confort
     *Comunicación móvil
-Acoplamiento de unidades de control
-Direccionamiento
-Prioridad de transmisión

-Formato de mensaje

-Anomalías y diagnóstico integrado

-Toma de datos del vehículo

-Resumen

-Mapa mental

-Referencias

Protocolo de comunicaciones CAN Bus

Origen

Conforme la industria automotriz se desarrollaba, la electrónica fue aumentando dentro de los vehículos para mejorar su rendimiento o confort. Al principio dichos componentes electrónicos podían contarse con los dedos de la mano y si necesitaban comunicarse unos con otros se hacía mediante cables directos (punto a punto).

Sin embargo, a medida que iba avanzando la tecnología, esto fue cambiando. Cada vez había más artefactos eléctricos en el auto y el cableado de los vehículos comenzó a hacerse muy complejo. Fue en ese momento que se decidió que había que definir un protocolo de comunicaciones para la automoción. De este modo nace el CAN Bus en el año 1982, desarrollado por la firma alemana Robert Bosch GmbH. Sus siglas en inglés hacen referencia a Controller Area Network y Bus es la topología que emplea para la comunicación.

Diferencias con la transmisión de datos convencional

Se caracteriza por el hecho de que a cada señal le está asignada una conducción individual. Las señales binarias solamente pueden transmitirse mediante dos estados "0" o "1" (código binario). Por ejemplo, para el compresor de aire acondicionado, los estados serían "conectado" o "desconectado". 

Mediante relaciones de impulsos pueden transmitirse magnitudes variables continuamente como pudiera ser el estado del sensor del pedal del acelerador. 

El incremento del intercambio de datos entre los componentes electrónicos en el vehículo ya no podía ser realizado adecuadamente con interfaces convencionales.

Transmisión de datos en serie (CAN Bus)

Los problemas en el intercambio de datos a través de interfaces convencionales pueden resolverse mediante las aplicación de sistemas de bus (vías colectoras de datos), como CAN. Bajo la condición de que las unidades de control electrónicas tengan una interfaz en serie CAN.

Existen tres campos de aplicación esenciales para el sistema CAN en el vehículo motorizado:

• Acoplamiento de unidades de control
• Electrónica de la carrocería y de confort
• Comunicación móvil

Acoplamiento de unidades de control: También llamado a las aplicaciones que funcionan en tiempo real como son las unidades de control del motor, el control del cambio y la regulación de la dinámica de marcha (ESP), sirven para la regulación del movimiento del vehículo. 

Velocidad: Se caracterizan por unas velocidades de transmisión situadas entre 125 kBit/s y 1MBit/s (High-Speed-CAN).

Electrónica de carrocería y de confort: También llamado a las aplicaciones múltiples que se emplea para el control y la regulación de componentes en el sector de la electrónica de carrocería y confort. Por ejemplo, la regulación del aire de acondicionado, el cierre centralizado y el ajuste del asiento. 

Velocidad: Las velocidades de transmisión se sitúan entre 10 KBit/s y 125 KBit/s (Low-speed-CAN).

Comunicación móvil: Las aplicaciones de comunicación móvil comunican componentes tales como el sistema de navegación GPS, el teléfono, o los equipos de audio con unidades centrales de indicación y mando. El objetivo consiste en unificar, en lo posible, las secuencias de operación, agrupar informaciones de estado y conseguir que la distracción del conductor sea mínima. 

Velocidad: Las velocidades de transmisión de los datos se sitúan hasta los 125 kBit/s; no obstante, sin ser posible la transmisión directa de datos de audio o vídeo.

Acoplamiento de unidades de control

Las unidades de control están unidas como estaciones con igualdad de derechos, mediante una estructura de bus lineal. Esta estructura presenta la ventaja de que en caso de fallar una estación, el sistema bus continua estando plenamente a disposición de las demás estaciones. En comparación con otras disposiciones lógicas se reduce así esencialmente la probabilidad de un fallo total. En el caso de estructuras anulares o en estrella, el fallo de una estación o de la unidad central, conduce a un fallo total. Las velocidades de transmisión típicas están entre aproximadamente 125 kBit/s y 1Mbit/s. Las velocidades de transmisión deben ser tan altas para poder garantizar el comportamiento de tiempo real requerido.

Direccionamiento

El sistema bus CAN no asigna direcciones a las diversas estaciones, sino que asigna a cada "mensaje" un "identificador" fijo de 11 o 29 bits. Este identificador representa el contenido del mensaje (ejemplo: numero de revoluciones del motor). Una estación emplea únicamente aquellos datos cuyo identificador correspondiente esta almacenado en la lista de mensajes a recibir. Todos los demás datos se ignoran simplemente. El direccionamiento referido al contenido hace posible enviar una señal a varias estaciones, mandando a un sensor su señal, directamente o a través de una unidad de control, a la red bus que la distribuye entonces correspondientemente. Ademas es posible así realizar muchas variantes de equipamiento, porque pueden añadirse por ejemplo: estaciones adicionales a un sistema bus CAN ya existente.

Prioridad de transmisión

El identificador determina junto al contenido de datos simultáneamente la prioridad del mensaje al realizar la emisión. Una señal que varia rápidamente, como por ejemplo, el numero de revoluciones del motor, debe transmitirse también con gran rapidez, y recibe por lo tanto una prioridad mayor que una señal que varia relativamente lenta (ejemplo: temperatura del motor).

Cuando esta libre el bus puede comenzar cualquier estación a transmitir su mensaje. Si comienzan a emitir varias estaciones simultáneamente, se impone el mensaje de mayor prioridad, sin que se produzca una perdida de tiempo o de bit. Los emisores con mensajes de menor prioridad se convierten automáticamente en receptores y repiten su intento de emisión, en cuanto esta libre otra vez el bus.

Formato de mensaje

Para la transmisión en el bus se crea un marco de datos (Data Frame), cuya longitud abarca como máximo 130 bit (formato estándar) o 150 bit (formato ampliado). De esta forma queda asegurado que el tiempo de espera hasta la siguiente transmisión, posiblemente muy urgente, se mantenga siempre corto. El "Data Frame" consta de siete campos sucesivos:

Donde:

"Start of Frame" marca de comienzo de un mensaje y sincroniza todas las estaciones. "Arbitration Field" consta del identificador del mensaje y un bit de control adicional. Durante la transmisión de este campo, el emisor comprueba en cada bit si todavía esta autorizado para emitir o si esta emitiendo otra estación de mayor prioridad. El bit de control decide si el mensaje se trata de un "Data Frame" o de un "Remote Frame". "Control Field" contiene el código sobre la cantidad de bytes de datos en el "Data Field". 

"Data Field" dispone de un contenido de información entre 0 y 8 bytes. Un mensaje de longitud 0 puede emplearse para la sincronización de procesos distribuidos. 

"CRC Field" contiene una palabra de protección de marco para el reconocimiento de posibles anomalías de transmisión producidas. 

"Ack Field" contiene una señal de confirmación de todos los receptores que han recibido el mensaje sin fallos. 

"End of Frame" marca el final del mensaje.

Anomalías y diagnóstico integrado

El sistema bus CAN dispone de una serie de mecanismos de control para el reconocimiento de anomalías. Pertenece aquí, por ejemplo, la señal de seguridad en el "Data Frame" y el "Monitoring", en la que cada emisor recibe otra vez su propio mensaje, pudiendo reconocer entonces posibles divergencias. Si una estación registra una anomalía, emite entonces un "flag de error", que detiene la transmisión en curso. De esta forma se impide que otras estaciones reciban el mensaje erróneo. En caso de una estación defectuosa podría ocurrir sin embargo que todos los mensajes, es decir, también los mensajes sin errores, sean interrumpidos con un flag de error. Para evitar esto, el sistema bus CAN esta equipado con un mecanismo que puede distinguir entre anomalías ocasionales y anomalías permanentes y pueden localizar fallos de estación. Esto se produce mediante una evaluación estadística de las situaciones de error.

Toma de datos del vehículo

Los automóviles tienen un conector especial llamado OBD que suele encontrarse debajo del volante. Este conector permite acceder a los buses CAN del automóvil. Con un adaptador se puede conectar un ordenador, smartphone o similar y así conocer información del interior del vehículo.

Resumen

CAN Bus fue creado en 1982 por la firma alemana Robert Bosch GmbH para reducir el cableado y mejorar la transferencia de datos de dispositivos electrónicos en un automóvil. Los tres campos de aplicación esenciales son:

• Acoplamiento de unidades de control: para aplicaciones en tiempo real.  Su velocidad está entre 125 kBit/s y 1MBit/s (High-Speed-CAN)
• Electrónica de la carrocería y de confort: que se emplea para el control y la regulación de componentes en el sector de la electrónica de carrocería y confort. Su velocidad se sitúa entre 10 KBit/s y 125 KBit/s (Low-speed-CAN).
• Comunicación móvil: comunican componentes tales como el sistema de navegación GPS, el teléfono, o los equipos de audio con unidades centrales de indicación y mando. Su velocidad se sitúa hasta los 125 kBit/s.

En comparación con otras disposiciones lógicas, se reduce esencialmente la probabilidad de un fallo total debido a que las unidades de control están unidas como estaciones con igualdad de derechos, mediante una estructura de bus lineal.

El sistema CAN Bus no asigna direcciones a las diversas estaciones, sino que asigna a cada "mensaje" un "identificador" fijo de 11 o 29 bits que representa el contenido del mensaje. Cada estación emplea únicamente aquellos datos cuyo identificador correspondiente esta almacenado en la lista de mensajes a recibir. Todos los demás datos se ignoran.

El identificador determina junto al contenido de datos simultáneamente la prioridad del mensaje al realizar la emisión. De acuerdo a la prioridad se envían los datos uno a la vez cuando está libre el bus.

Para la transmisión en el bus se crea un marco de datos (Data Frame), cuya longitud abarca como máximo 130 bit (formato estándar) o 150 bit (formato ampliado) que consta de siete campos sucesivos: Start of Frame, Arbitration Field, Control Field, Data Field, CRC Field, Ack Field y End of Frame.

Para reconocer anomalías, cada emisor recibe su propio mensaje. Si se presenta alguna se emite un "flag de error", que detiene la transmisión en curso. CAN Bus puede distinguir entre anomalías ocasionales y anomalías permanentes y puede localizar fallos de estación.

Mapa Mental

Referencias

-http://www.motorpasionfuturo.com/industria/can-bus-como-gestionar-toda-la-electronica-del-automovil

-http://www.aficionadosalamecanica.net/canbus.htm

-http://www.aa1car.com/library/can_systems.htm

-http://www.ocio.net/motor/que-es-el-esp/

-http://www.diariomotor.com/tecmovia/2013/04/20/que-consume-mas-aire-acondicionado-o-ventanillas-bajadas/

-http://revista.sansanos.cl/2011/08/usm-implementa-sistema-de-conectividad-wifi-en-vehiculos-institucionales/

Dibujo del mes de Septiembre

Dibujo del mes de Septiembre (click aquí)

INTERBUS

Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales. Sustituye las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso con un costo bajo. Cada uno de estos elementos ejecuta funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.

Ventajas

• ·        Ahorro en instalación
•          Ahorro en mantenimiento
•          Flexibilidad en el diseño
•          Instalación fácil de ampliar
•          De sus tres capas (física, enlace y aplicación) el usuario sólo se debe preocupar de la capa física y de usuario.

Topología

INTERBUS es un sistema de anillo, es decir, todos los dispositivos están activamente integrados en un circuito de transmisión cerrado. Cada dispositivo amplifica la señal de entrada y la envía, permitiendo un rango de transmisión elevado en grandes distancias. A diferencia de otros sistemas de anillo, las líneas de ida y vuelta de datos en el sistema de INTERBUS son dirigidas a todos los dispositivos a través de un solo cable. Esto significa que el aspecto general físico del sistema es una estructura de árbol “abierto”. Una línea principal sale del bus master y puede ser usada para formar subredes sin rupturas de hasta 16 niveles de profundidad. Esto quiere decir que el sistema de bus puede ser rápidamente adaptado para aplicaciones cambiantes.

Flexibilidad

El sistema de INTERBUS maestro/esclavo permite la conexión de hasta 512 dispositivos, a través de 16 niveles de red. El anillo es automáticamente cerrado por el último dispositivo.

Medios físicos

En muchos casos, los datos de un sistema INTERBUS son transmitidos a través de un cable de cobre usando una transmisión de señal diferencial (RS-485). Esto significa que un par de cables torcidos por separado son requeridos para la línea de ida y la de vuelta. Un quinto cable provee compensación de potencial entre los módulos, debido a que los segmentos deben ser aislados eléctricamente en INTERBUS.

Con un rango de transmisión de 500 kbps, el método de transmisión punto a punto RS-485 cubre una distancia de 400 m. entre dos dispositivos. Debido al repetidor integrado en cada dispositivo, la expansión total del sistema puede alcanzar 13 km. Cuando se usa fibra óptica, la estructura de INTERBUS es la misma que para cobre porque la información es transmitida de nuevo por dos fibras. Solo debe convertirse a luz y viceversa, por lo tanto ambos cables pueden combinarse entre dispositivos individuales en un mismo sistema.

Protocolo de comunicación

Ya sea bus de campo o Ethernet TCP/IP, el medio de transmisión más adecuado depende de los requerimientos de una aplicación. Los nuevos estándares han sido definidos e implementados en muchos sectores. Por ejemplo sistemas de PC’s, sistemas de seguridad, distribución y componentes de fibra óptica y sistemas de control web. En el futuro, muchas de estas funciones serán consideradas durante la planeación de sistema y escenarios de configuración. Esto significa que estas funciones deben ser integradas en sistemas de bus de campo por adelantado.

Software de administración CMD (configuración, monitoreo y diagnóstico)

La introducción del software permite a una herramienta integrada ser usada con todos los sistemas de control.

Las características importantes de este tipo de software son:

•         Independencia del sistema de control
•         Flexibilidad con respecto a extensiones de programa
•         Programas de agregado

CMD es una herramienta que es usada para los ciclos completos de un sistema, desde la planeación, configuración y arranque a través de monitoreo a la evaluación de datos de diagnóstico durante el servicio.

Acceso al medio

INTERBUS es el único sistema de bus trabajando de acuerdo al método de marco de suma que usa solo un protocolo para mensajes de todos los dispositivos. En este método de acceso maestro/esclavo, el bus maestro actúa como la unión al control de mayor nivel o el sistema de bus.

El método provee un alto nivel de eficiencia durante la transmisión de datos y permite que los datos sean enviados y recibidos simultáneamente. Con este método de transmisión de datos, INTERBUS asegura intervalos constantes y predecibles para puntos de ajuste y valores de control en tiempo real. En estructuras de suma, las cuales consisten de encabezado, palabra de loop de retorno e información de guardado y fin de datos, los datos de todos los dispositivos conectados a entradas y salidas son agrupados en un bloque. La información adicional que es requerida es transmitida sólo una vez por ciclo. En la práctica, este método puede ser descrito como un registro, el cual está conformado por los dispositivos que están conectados en un sistema de anillo. En INTERBUS esto consiste de un número de celdas de memoria binario, el cual empuja información digital de celda a celda a pulsos de reloj. Cada dispositivo tiene un cierto número de buffers asignados a un número preestablecido de celdas para diferentes tareas, por ejemplo: entrada de datos y salidas para el proceso. Los registros adicionales monitorean la transmisión de datos para errores. Un dispositivo de INTERBUS contiene tres registros que están conectados en paralelo. Los datos de entrada y salida son transferidos usando el registro de datos. El tipo de dispositivo es definido en el registro de identificación. Esto permite al bus maestro identificar los dispositivos y la topología de bus, al igual que llevar a cabo el direccionamiento. Los datos son guardados usando el registro CRC16 (verificación de redundancia cíclica) donde la transmisión correcta de datos es verificada.

Manejo de redundancia

Cada red puede perder marcos debido a la imperfección del entorno en el que opera. Por ejemplo la emisión electromagnética puede causar pequeños saltos en los enlaces de comunicación, haciendo la secuencia de un cuadro Ethernet, es decir, su verificación de redundancia cíclica (CRC), inválida. Una red de oficina típica maneja pérdidas de marcos como esta mediante la implementación de protocolos de retransmisión de la capa más alta, por ejemplo, mediante el uso de TCP/IP. Sin embargo, en redes a tiempo real, la penalización temporal de retransmisiones es frecuentemente inaceptable y enfoques alternativos son requeridos.

En redes de seguridad, es común instalar caminos de comunicación redundantes en los cuales copias redundantes de los marcos son transmitidos en paralelo. Por lo tanto, esta forma paralela de redundancia incrementa la confiabilidad de la transmisión de marcos en una red ya que es más probable que al menos una de las copias alcance su destino, o en puentes selectos en la red, las copias de un marco necesiten ser eliminadas de tal manera que la información transportada en las copias redundantes de un marco sea usada sólo una vez.

Referencias:

-https://books.google.com.mx/books?id=RZ1BBAAAQBAJ&pg=SA15-PA5&lpg=SA15-PA5&dq=interbus+redundancy&source=bl&ots=_sRrewz6eg&sig=4_JKOXqJWzzjiJ6mh_Ani-yOENU&hl=es-419&sa=X&ved=0CCMQ6AEwAWoVChMIz-jMi5rRxwIVzAWSCh1fuAdJ#v=onepage&q=redundancy&f=false

-http://es.slideshare.net/jorgeroden/interbus

-Interbus Basics