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/