5 Ventajas del protocolo de comunicación bus CAN
¿Qué es el protocolo bus CAN?
El protocolo de bus CAN (Controller Area Network) es cada vez más popular entre los ingenieros que trabajan con sistemas embebidos industriales de alto nivel. El protocolo fue desarrollado en 1986 por Robert Bosch GmbH para impulsar el desarrollo de la comunicación electrónica en la industria del automóvil.
A principios de los 80, los fabricantes de vehículos empezaron a incorporar a los coches y camiones un número cada vez mayor de dispositivos electrónicos, como la suspensión activa, el control de la transmisión y las luces, el cierre centralizado y el ABS. Para que estos dispositivos electrónicos funcionen juntos, temporicen correctamente las tareas y compartan datos, deben estar interconectados.
Con las normas de cableado existentes, los módulos electrónicos se comunicaban entre sí mediante líneas de señal analógicas directas punto a punto. Cada módulo tenía una línea directa que lo conectaba con el otro módulo necesario para comunicarse. Esta arquitectura llevaba mucho tiempo y utilizaba demasiados cables.
El protocolo CAN elimina la necesidad de un cableado excesivo al permitir que los dispositivos electrónicos se comuniquen entre sí a través de una única línea multiplexada que conecta cada nodo de la red con el cuadro de mandos principal. La arquitectura multiplexada permite que las señales se combinen y transmitan por toda la red a través de una sola línea, de modo que cada módulo electrónico del vehículo reciba los datos de los sensores y actuadores en el momento oportuno.
El protocolo CAN fue normalizado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) en 1993 y desde entonces se ha dividido en dos normas: ISO 11898-1, que describe la capa de enlace de datos del protocolo, e ISO 11898-2, que describe la capa física. Las propiedades únicas del protocolo de bus CAN han hecho que aumente su popularidad y aceptación en sectores que utilizan redes integradas, como la sanidad, la fabricación y el entretenimiento.
Las 5 ventajas del protocolo CAN
1.Bajo coste
Cuando se creó el protocolo CAN, el objetivo principal era permitir una comunicación más rápida entre los dispositivos y módulos electrónicos de los vehículos, reduciendo al mismo tiempo la cantidad de cableado (y de cobre) necesario. Esto se consigue utilizando cableado multiplexado, que permite combinar señales analógicas y digitales y transmitirlas por un medio compartido.
Para entender cómo el multiplexado reduce los costes de cableado de los vehículos, necesitamos saber un poco más sobre cómo funcionaba la arquitectura del cableado antes de que se creara el protocolo de bus CAN. Además de los dispositivos o módulos electrónicos que controlan los subsistemas del vehículo, los coches y camiones también tienen sensores y actuadores que recogen datos del funcionamiento del vehículo y los transmiten a los módulos donde se necesitan.
Un vehículo tendría sensores para recoger datos sobre su velocidad y aceleración, pero la alimentación de estos datos requeriría cables dedicados para cada receptor de datos individual: un cable para comunicarse con el sistema de airbag, otro para comunicarse con el sistema de frenado ABS, y otro para comunicarse con el sistema de control del motor, etc. Con el protocolo CAN, un solo cable conecta todos los sistemas electrónicos, actuadores y sensores del vehículo en un circuito que permite la transferencia de datos a alta velocidad entre todos los componentes.
El primer vehículo que utilizó el cableado de bus CAN fue el BMW 850 Coupé, lanzado en 1986. Al implantar la arquitectura de bus CAN, la longitud del cableado del BMW 850 se redujo en 1,25 millas, lo que a su vez redujo el peso en más de 100 libras. Basándose en el coste actual del cableado de cobre, el ahorro total de costes por los materiales ahorrados sería de casi 600 $. Además, se aumentó la velocidad de comunicación con velocidades de señal entre 125 kbit/s y 1 Mbit/s.
Los bajos costes de implementación son una de las principales razones de la adopción generalizada del protocolo de bus CAN. Menos cableado significa menos trabajo y menores costes de material para los ingenieros de sistemas embebidos.
2.Detección de fallos incorporada
Una de las principales características del protocolo de bus CAN es que admite el control centralizado de los dispositivos electrónicos conectados a la red. En la capa física del bus CAN, cada dispositivo electrónico se denomina nodo. Los nodos pueden comunicarse con otros nodos de la red, y cada nodo necesita un microcontrolador, un controlador CAN y un transmisor CAN.
Aunque cada nodo puede enviar y recibir mensajes, no todos los nodos pueden comunicarse al mismo tiempo. El protocolo del bus CAN utiliza una técnica denominada arbitraje por bits sin pérdidas para resolver estas situaciones y determinar a qué nodo se le debe asignar "prioridad" para comunicar primero su mensaje.
La gestión de errores está integrada en el protocolo CAN, y cada nodo comprueba si hay errores de transmisión y gestiona su propio contador de errores. Los nodos envían un mensaje especial de bandera de error cuando se detectan errores y destruyen el tráfico de bus defectuoso para evitar que se propague por el sistema. Incluso el nodo que genera el error detecta su propio error de transmisión, incrementa su contador de errores y, finalmente, hace que el dispositivo apague el bus y deje de participar en el tráfico de la red. De este modo, los nodos CAN pueden tanto detectar errores como evitar que los dispositivos defectuosos generen tráfico de bus inutilizable.
3.Robustez
La durabilidad y la fiabilidad son importantes áreas de preocupación a la hora de seleccionar un protocolo de comunicación para desplegarlo en tus proyectos de ingeniería embebida. Si vas a desplegar tus productos en un entorno real, debes seleccionar un protocolo de comunicación que sea autosuficiente y pueda seguir funcionando durante un largo periodo de tiempo sin mantenimiento ni intervención externa.
Esta necesidad hace que las capacidades de detección de errores del protocolo sean especialmente beneficiosas, ya que permiten a los sistemas identificar y corregir errores por sí mismos sin necesidad de que intervenga un agente externo. Existen cinco mecanismos para detectar errores en el protocolo CAN:
- Control de bits
- Llenado de bits
- Comprobación de tramas
- Comprobación de acuse de recibo
- Comprobación de redundancia cíclica
Los cables de bus de alta velocidad CAN son muy resistentes al ruido eléctrico, y los controladores y transceptores CAN que se comunican con los equipos electrónicos están disponibles en rangos de temperatura industriales o ampliados.
Normalmente, un cable de bus CAN es susceptible a los modos de fallo enumerados en la norma ISO 11898, por ejemplo
- CAN_H interrumpido
- CAN_L interrumpido
- CAN_H cortocircuitado a la tensión de la batería
- CAN_L cortocircuitado a masa
- CAN_H cortocircuitado a masa
- CAN_L cortocircuitado con la tensión de la batería
- CAN_L cortocircuitado con el cable CAN_H
- CAN_H y CAN_L se interrumpieron en el mismo lugar
- Pérdida de conexión con la red de terminación
Aunque la mayoría de los transceptores CAN no sobreviven a estos tipos de fallos, algunos fabricantes de electrónica han diseñado transceptores CAN resistentes a fallos que pueden soportarlos todos, aunque como contrapartida pueden tener una velocidad máxima limitada. En conjunto, estas características amplían la idoneidad de las redes de bus CAN para aplicaciones en el mo.
El futuro del protocolo bus CAN
La tecnología de bus CAN se utiliza ampliamente en todas las industrias. Gracias a su robustez, flexibilidad y ahorro de costes asociados, las redes de bus CAN se han implantado en:
- Camiones, autobuses y otros vehículos de pasajeros
- Coches de gasolina y eléctricos
- Cámaras de cine y sistemas de iluminación
- Máquinas recreativas
- Equipos de automatización de edificios
- Automatización industrial y equipos de fabricación
- Aparatos e instrumentos médicos
El protocolo bus CAN seguirá siendo la tecnología de red preferida para conectar dispositivos electrónicos que requieran una comunicación frecuente y sencilla. Ethernet TCP / IP, una de las principales alternativas al bus CAN, todavía no puede proporcionar los mismos requisitos de bajos recursos, implementaciones de bajo coste, fiabilidad y capacidad de resolución de problemas de las redes de bus CAN. Seguiremos viendo el uso de redes CAN en dispositivos IoT, aplicaciones de automatización industrial, dispositivos médicos conectados y aplicaciones aún más sofisticadas y de alta tecnología, como satélites y naves espaciales.
eVisionSytems proporciona herramientas con la funcionalidad que necesitas para enviar transmisiones de prueba en tu red de bus CAN o realizar una supervisión no intrusiva para examinar el tráfico de la red, detectar errores y corregirlos lo antes posible. Con la interfaz Komodo CAN Solo, los ingenieros empotrados pueden transmitir datos o supervisar el bus. La interfaz Komodo CAN Duo tiene dos canales CAN que permiten a los ingenieros emular y supervisar datos de dos redes de bus CAN simultáneamente.
Solución de Análisis del Protocolo CAN
El producto está descontinuado
