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Olga Weis
Última actualización Dec 12, 2022
El acrónimo CAN significa Controller Area Network. Los CAN se utilizan para establecer comunicación entre microcontroladores en una red o bus. Las CAN son comparables a Ethernet o LAN, que proporcionan un método estándar para la comunicación de computadora a computadora.
Un CAN ofrece un método simplificado para proporcionar controles electrónicos sobre los sistemas que se habían utilizado anteriormente. La implementación de un bus CAN permite a los fabricantes de automóviles reducir sustancialmente la cantidad de cableado en cada automóvil.
La línea principal llamada "columna vertebral" forma la base de un sistema de bus CAN. La columna vertebral conecta todos los microcontroladores en un vehículo y proporciona información a un controlador principal centralizado responsable de monitorear todos los sistemas electrónicos. Esta configuración simplifica la identificación de fallas potenciales y investigar y resolver un error sin consultar varios subsistemas ubicados en un automóvil.
Un sistema de bus CAN minimiza los posibles puntos de falla y consolida la comunicación mediante el envío de datos a través de una sola línea. Elimina cualquier preocupación sobre múltiples fallas de conexión que causan problemas que son difíciles de identificar. La redundancia mejorada de un bus CAN mejora la confiabilidad al permitir que el sistema principal permanezca operativo incluso si fallan los subsistemas. Esta redundancia era imposible de implementar con controladores discretos.
Una línea de bus CAN se construye con un par de cables trenzados que tienen una resistencia de terminación de 120 ohmios en cada extremo. Un cable se designa como CAN High y el otro se denomina CAN low. Todos los dispositivos conectados al bus se conocen como unidades de control electrónico (ECU) o nodos.
Las ECU pueden desempeñar una variedad de funciones en un sistema de bus CAN automotriz. Los nodos pueden servir como unidades de control para el motor, los faros, el aire acondicionado, las bolsas de aire y otros sistemas necesarios para el funcionamiento del vehículo. Los automóviles modernos pueden tener hasta 70 ECU que necesitan transmitir y compartir datos con otros nodos.
Cada nodo consta como mínimo de un controlador CAN y un microcontrolador integrado. El controlador CAN convierte los datos digitales en mensajes en el bus. El controlador CAN acepta información, la traduce y la envía a otro controlador CAN.
El microcontrolador incorporado procesa datos y realiza tareas como encender una luz dentro del automóvil o bajar una ventana. Los microcontroladores pueden controlar el flujo de información al tablero en respuesta a un mensaje generado por el controlador CAN.
Estos dos diagramas ilustran cómo los nodos se comunican entre sí e intercambian datos con y sin el protocolo CAN y el sistema de bus CAN.
Al usar el bus CAN, una sola ECU puede transmitir datos a todas las demás ECU conectadas al sistema. Esas ECU pueden revisar la información y optar por recibirla o ignorarla.
Un bus CAN permite la comunicación mediante dos cables: CAN bajo (CAN L) y CAN alto (CAN H). La capa de enlace de datos del bus CAN está descrita por ISO 11898-1 con la capa física descrita por ISO 11898-2.
La capa física de un bus CAN se compone de cables, impedancia de cable, niveles de señal eléctrica, requisitos de nodo y otros elementos necesarios para el funcionamiento de la red.
ISO 11898-2 describe las especificaciones para los elementos de la capa física, como la longitud del cable, la terminación del cable y la velocidad en baudios. Los siguientes son algunos ejemplos de estas especificaciones.
🔹 Cada extremo del bus CAN debe terminar con una resistencia de bus CAN de 120 ohmios
🔹 Los nodos CAN requieren conexiones a dos hilos con velocidades de transmisión de hasta 1 Mbit/s (CAN) o 5 Mbit/s (CAN FD)
🔹 La longitud del cable para un bus CAN puede ser de 40 metros a 1 Mbit/s o de 500 metros a 125 Kbit/s
Se pueden implementar varios tipos diferentes de redes con un bus CAN.
🔹 El bus CAN de baja velocidad también se denomina CAN tolerante a fallas.
🔹 Cada nodo tiene una terminación CAN
🔹 El bus CAN de baja velocidad admite velocidades de transmisión de entre 40 y 125 Kbit/s
🔹 La comunicación puede continuar incluso si hay una falla en uno de los cables
🔹 La llamada simple es una característica de un bus CAN de alta velocidad
🔹 Este tipo de red es la más utilizada por los fabricantes de automóviles actuales
🔹 Se admiten velocidades de transmisión de entre 40 Kbit/s y 1 Mbit/s
🔹 El bus CAN de alta velocidad forma la base de protocolos de capa superior como CANopen, j1939 y OBD2
🔹 Un autobús LIN es una alternativa económica que emplea menos arneses
🔹 Se utilizan nodos menos costosos en un bus LIN
🔹 La red proporciona funcionalidad para cerraduras de puertas y aire acondicionado
🔹 La configuración de la red suele estar compuesta por un maestro de bus LIN que actúa como puerta de enlace para hasta 16 nodos esclavos
🔹 Los CAN FD se implementan en vehículos de alto rendimiento
🔹 El protocolo CAN FD es una extensión del protocolo CAN original y fue lanzado por Bosch en 2012 para abordar la necesidad de mayores velocidades de transferencia de datos
🔹 Automotive Ethernet admite tasas de transferencia de datos más altas que un bus CAN
🔹 Esta red no tiene las características de seguridad de CAN y CAN FD
🔹 La industria automotriz está adoptando esta red y se implementará en automóviles y camiones modernos.
🔹 La red automotriz admite el mayor ancho de banda necesario para implementar sistemas como cámaras integradas, sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS), un sistema de gestión de flotas y otras características que requieren una transferencia de datos de alta velocidad
La implementación de la tecnología de bus CAN permite a los fabricantes de automóviles implementar protocolos de diagnóstico a bordo. Estos protocolos ofrecen códigos de problemas estandarizados que los mecánicos pueden interpretar fácilmente para resolver problemas. Los puertos de datos en el bus CAN se utilizan para introducir actualizaciones de software en los sistemas y ordenadores integrados.
Algunos protocolos populares que se utilizan para proporcionar funciones automotrices avanzadas incluyen:
🔹 OBD-II On-board diagnostics (OBD, ISO 15765) proporciona a los mecánicos funciones de diagnóstico e informes para ahorrar tiempo al identificar problemas del vehículo
🔹 J1939 es la red estándar para vehículos pesados como camiones y autobuses
🔹 CAN FD amplía la capa de enlace de datos CAN original y permite una mayor carga útil de 8 a 64 bytes. También puede proporcionar tasas de bits más altas en función del transceptor CAN empleado
🔹 CANopen se implementa en aplicaciones que cuentan con controles integrados, como instalaciones de automatización industrial
El protocolo de bus CAN seguirá siendo importante en los próximos años. Sin embargo, las siguientes tendencias principales influirán directamente en él:
🔹 El creciente uso de vehículos autónomos/coches autónomos
🔹 Creciente necesidad de funcionalidades de vehículos más avanzadas
🔹 Desarrollar tecnologías en la nube más avanzadas, como sistemas de gestión de flotas basados en la nube
🔹 Creciente integración de Internet de las cosas (IoT) y vehículos conectados
También vale la pena señalar que la mejora de la tecnología de vehículo a red (V2N) y se predice que la computación en la nube hará que la telemática crezca rápidamente. Este crecimiento también incluye dispositivos IoT como grabadores CAN IoT.
