Protocolo de comunicaciones CAN Bus

Hoy te quiero platicar sobre ¿Qué es el protocolo CAN Bus? Y ¿Por qué es tan importante en la electrónica de los sistemas de nuestros autos? Además, te dejaré consideraciones importantes y muchos artículos y productos relacionados.

Al final del post, conocerás a detalle el funcionamiento de este protocolo, como es que este opera en tu auto y sobre todo la importancia que tiene. Y si crees conveniente me ayudarías mucho si lo compartes con más colegas que creas que le puede ser útil.

¿Qué es el CAN Bus?

Lo primero como siempre es dar una definición del concepto que vamos a estudiar.

CAN viene de las siglas Controller Area Network y el término Bus aunque parezca redundante hace referencia a que la topología es Bus.

El protocolo de comunicaciones CAN fue desarrollado por la firma alemana Robert Bosch GmbH ofreciendo una solución a la gestión de la gestión y operación entre varías CPUs también llamadas unidades centrales de proceso.

• Bosh se basó en una topología Bus, permitiendo la transmisión de mensajes en entornos distribuidos.

¿Qué es el Bus en el CAN?

En sistemas digitales Bus es un canal para transferir datos, ahora, si lo extrapolamos en el entorno que nos interesa o sea al automóvil, podemos decir que.

Bus es un cable que esta presente en todo nuestro automóvil, el cual esta conectando a todos los componentes eléctricos que necesitan comunicarse.

Esto tiene muchas ventajas,  ya que al ser una sola línea se reduce el numero de cables presentes en nuestro auto.

¿Por qué se usa el CAN Bus?

En el pasado los autos no contaban con el número de componentes electrónicos con los que cuentan hoy, su funcionamiento y comunicación era un poco diferente y la comunicación entre componentes se lleva a cabo de punto a punto.

Con el avance tecnológico  se fueron introduciendo e implementando componentes electrónicos en los coches y, llego el momento en que el numero de elementos eléctricos era considerable y el cableado comenzó a ser muy complejo y un verdadero problema.

Cuando el cableado se convirtió en una situación a considerar, se llego a la necesidad de desarrollar una forma que permita a los componentes comunicarse eficazmente a través de conexiones menos engorrosas.

Origen e historia del CAN Bus

Los orígenes del CAN son muy interesantes, pero por ahora haré un resumen de los puntos y fechas mas importantes por los que ha pasado este protocolo:

• La empresa Robert Bosh GmbH comienza el desarrollo del CAN en 1983.
• CAN fue lanzado oficialmente en 1986 en el congreso de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) en Detroit.
• En 1987 llegan al mercado los primeros controladores CAN desarrollados por Intel y Philips.
• Bosh en 1991 publica la versión del CAN 2.0 la cual se encuentra dividida en 2 partes, el formato estándar y el formato extendido.
• En el año 1993 se publica la ISO 11898 del bus can y a partir de este momento se convierte en un estándar de la Organización Internacional para la Normalización.
• Bosh en 2011 desarrolla la versión CAN FD (Flexible data-rate) esta nueva versión es compatible con su antecesor CAN 2.0 pero mejora la velocidad de transmisión de datos que hasta el momento era 1 Mbps.

Bien creo que con estos acontecimientos históricos es suficiente para que comprendas como ha sido la evolución del CAN y quién ha sido el creador de dicho protocolo.

¿Para que sirve el CAN Bus?

Creo que tú mismo ya podrías responder a esta pregunta con toda la información que te he dado hasta el momento, pero para que quede claro vamos a responderla juntos.

El CAN Bus sirve como protocolo de comunicación entre los componentes eléctricos y electrónicos de nuestro auto.

Este protocolo está basado en un paradigma orientado a mensajes entre un productor y un consumidor y esto lo veremos a continuación.

Características principales del CAN Bus

El CAN Bus hace uso de un paradigma bastante sencillo, se basa en un modelo productor y consumidor o bien un productor y varios consumidores, el CAN se basa en un protocolo orientado a mensajes ya que la información que viaja en el Bus se debe descomponer en mensajes a los que se les asigna un identificador y se encapsulan en diferentes tramas antes de ser transmitidos.

¿Por qué tienen un identificador? Bien, en el bus de datos se conectan varios dispositivos por lo tanto los mensajes deben tener algo que los identifique y permita a los nodos aceptar o rechazar un mensaje en particular. Aquí te dejo los puntos mas importantes del CAN:

• Existe una prioridad en la entrega de mensajes.
• Hay una garantía en los tiempos de latencia
• Cuenta con una configuración flexible
• Recepción Multicast
• Es un sistema robusto con una excelente consistencia de datos
• Sistema multimaestros
• Señalización y una excelente detección de errores
• Si una trama es corrompida y se detecta como errónea se retransmite en automático
• Desconexión automática de nodos defectuosos ya que es capaz de detectar si un error es permanente o temporal

Tipos de Bus CAN

El estándar CAN está dentro del ISO 11898 el cual define las especificaciones de las dos primeras capas, la capa física y la capa de datos, por lo tanto, podemos clasificar al CAN Bus en los siguientes dos tipos:

• CAN de alta velocidad 1 Mbits/s
• CAN de baja velocidad con tolerancia a fallos 125 kbits/s

CAN Bus de alta velocidad ISO 11898-2

Este tipo de CAN se caracteriza por usar un único bus lineal en los extremos con sendas resistivas de 120 ohms y en términos más técnicos se requiere que la impedancia característica del bus sea igual al valor de las resistencias (¿Qué son las resistencias?) en cada extremo. Ahora este tipo cuenta con dos extensiones dentro del estándar que así mismos cuentan con sus propios estándares que especifican su funcionamiento, tal y como se describe a continuación.

Extensiones del CAN Bus de alta velocidad

Opcionalmente la Organización Internacional para la Normalización (ISO) ha definido 2 extensiones referentes a la capa física de CAN Bus de alta velocidad las cuales describo rápidamente en los siguientes puntos:

El ISO 11898-5, específica la capa física con una tasa de transmisión de hasta 1 Mbits/s para sistemas de bajo consumo de energía cuando no hay comunicaciones activas en el bus de datos.

ISO 11898-6, específica una tasa de transmisión igual a la 5, no obstante, proporciona un método selectivo de activación de nodos.

CAN de baja velocidad

Este tipo de CAN también se encuentra estandarizado dentro del ISO 11898-3 conocido como CAN de baja velocidad tolerante a fallas, y puede utilizar las siguientes topologías de bus:

• Bus lineal
• Un bus en estrella
• Múltiples buses en estrella conectados por un bus lineal

La resistencia en las terminales debe ser mayor a 100 Ohms permitiendo una velocidad de transmisión de hasta 125 kbits/s

¿Qué es la capa física en el CAN Bus?

Es un concepto que define el medio físico para comunicación y transmisión de datos entre los nodos de una red CAN.

¿Qué es la capa de enlace de datos en el CAN Bus?

La capa de enlace de datos hace referencia al método de acceso al medio y a las tramas para el envío de mensajes en el Bus.

¿Cuáles son los componentes del CAN BUS?

Ya hemos visto los puntos más importantes del protocolo CAN y sus características, ahora pasemos a revisar sus componentes y como funcionan, hablaremos de los:

• Transceptor CAN
• Elemento final del Bus de Datos
• Cables del Bus de datos
• LED CAN Bus

¿Qué es el transceptor CAN?

Este componente lo identificamos de primera instancia como un transmisor y un receptor y como todo componente de esta naturaleza su función principal es recibir y transmitir datos.

No obstante una de sus principales funciones es el de acondicionar toda la información enviada a los controladores.

El acondicionamiento del transceptor radica en situar los niveles de voltaje de la siguiente forma:

• Amplifica la señal cuando los datos se vuelcan en la línea.
• Reduce la señal cuando la recoge y la envía a los controladores.

¿Cuáles son los elementos finales del Bus de datos?

Estos tipos de elementos son resistencias eléctricas que están conectadas a los extremos de los cables H (Alto o High) y L (Bajo o Low), de ahí el nombre.

Estas resistencias tienen como finalidad adecuar el correcto funcionamiento del sistema según la variabilidad de la longitud de los cables y al número de unidades de control interconectadas, con este acoplamiento se evitan uno de los fenómenos que más molesta en los canales de comunicación llamado reflexión ya que pueden alterar los mensajes que viajan en el Bus.

Cada fabricante define las resistencia que van alojadas dentro de las unidades de control, regularmente por razones económicas y seguridad de funcionamiento.

 Cables del Bus de datos

Los cables del Bus que ya te he mencionado anteriormente, son un par de cables trenzados por los cuales fluye la información, su comunicación es bidireccional, son conocidos como:

• Señales de nivel lógico alto o CAN-High
• Y señales de nivel lógico bajo CAN-Low

LED CAN Bus

Estos tipos de LED tienen como característica que cuando se funde una bombilla del coche, el sistema nos indica esta situación a través de un testigo, no obstante, un LED por si solo consume apenas unos cuantos miliamperes de corriente eléctrica, lo que implica que el automóvil lo puede interpretar como una luz fundida, es por esta razón que nacieron los LEDs CAN Bus para evitar este fallo.

Aquí nacen dos cuestiones importantes.

• Los LED tipo CAN Bus pueden ser instalados en autos que no los traen por defecto y funcionaran correctamente.
• Por otra parte, si pones un tipo de LED que no es CAN Bus, en un auto que si lo traía por defecto, este no funcionará como debe ser.

Esto es importante y al mismo tiempo libera cualquier duda, si compras un LED CAN Bus funcionara sin problema.

¿Cómo están hechos los LED CAN Bus?

 A grandes rasgos, están conformados por:

• Una a tres resistencias eléctricas de entre 22 a 51 Ohms
• En algunos modelos se incorpora un pequeño circuito que consume el mínimo de energía para que el Check control no lo detecte como si estuviera fundida o en corto.

Aquí te dejo unos productos relacionados a LED CAN Bus que puedes comprar:

Excelente, espero haya despejado tus dudas y te haya ayudado este pequeño artículo sobre CAN, si te gusto, por favor ayúdame compartiendo en tus redes sociales, te espero en mis otros posts.