Can bus

CAN BUS
¿Qué es el Can-Bus?
Can-Bus es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por Bosch para el
intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil.
Can significa Controller Area Network (Red de área de control) y Bus, en informática,
se entiende como un elemento que permite transportar una gran cantidad de
información.
Este sistema permite compartir una gran cantidad de información entre las unidades de
control abonadas al sistema, lo que provoca una reducción importante tanto del
número de sensores utilizados como de la cantidad de cables que componen la
instalación eléctrica.
De esta forma aumentan considerablemente las funciones presentes en los sistemas
del automóvil donde se emplea el Can-Bus sin aumentar los costes, además de que
estas funciones pueden estar repartidas entre dichas unidades de control.
¿Cuáles son las principales características del protocolo CAN?
· La información que circula entre las unidades de mando a través de los dos cables
(bus) son paquetes de 0 y 1 (bit) con una longitud limitada y con una estructura
definida de campos que conforman el mensaje.
· Uno de esos campos actúa de identificador del tipo de dato que se transporta, de la
unidad de mando que lo trasmite y de la prioridad para trasmitirlo respecto a otros. El
mensaje no va direccionado a ninguna unidad de mando en concreto, cada una de
ellas reconocerá mediante este identificador si el mensaje le interesa o no.
· Todas las unidades de mando pueden ser trasmisoras y receptoras, y la cantidad de
las mismas abonadas al sistema puede ser variable (dentro de unos límites).
· Si la situación lo exige, una unidad de mando puede solicitar a otra una determinada
información mediante uno de los campos del mensaje (trama remota o RDR).
· Cualquier unidad de mando introduce un mensaje en el bus con la condición de que
esté libre, si otra lo intenta al mismo tiempo el conflicto se resuelve por la prioridad del
mensaje indicado por el identificador del mismo.
· El sistema está dotado de una serie de mecanismos que aseguran que el mensaje es
trasmitido y recibido correctamente. Cuando un mensaje presenta un error, es anulado
y vuelto a trasmitir de forma correcta, de la misma forma una unidad de mando con
problemas avisa a las demás mediante el propio mensaje, si la situación es
irreversible, dicha unidad de mando queda fuera de servicio pero el sistema sigue
funcionando.

¿Qué elementos componen el sistema Can-Bus?
Cables
La información circula por dos cables trenzados que unen todas las unidades de
control que forman el sistema. Esta información se trasmite por diferencia de tensión
entre los dos cables, de forma que un valor alto de tensión representa un 1 y un valor
bajo de tensión representa un 0. La combinación adecuada de unos y ceros conforman
el mensaje a trasmitir.
En un cable los valores de tensión oscilan entre 0V y 2.25V, por lo que se denomina
cable L (Low) y en el otro, el cable H (High) lo hacen entre 2.75V. y 5V. En caso de
que se interrumpa la línea H o que se derive a masa, el sistema trabajará con la señal
de Low con respecto a masa, en el caso de que se interrumpa la línea L, ocurrirá lo
contrario. Esta situación permite que el sistema siga trabajando con uno de los cables
cortados o comunicados a masa, incluso con ambos comunicados también sería
posible el funcionamiento, quedando fuera de servicio solamente cuando ambos
cables se cortan.
Es importante tener en cuenta que el trenzado entre ambas líneas sirve para anular los
campos magnéticos, por lo que no se debe modificar en ningún caso ni el paso ni la
longitud de dichos cables.
Elemento de cierre o terminador
Son resistencias conectadas a los extremos de los cables H y L. Sus valores se
obtienen de forma empírica y permiten adecuar el funcionamiento del sistema a
diferentes longitudes de cables y número de unidades de control abonadas, ya que
impiden fenómenos de reflexión que pueden perturbar el mensaje.
Estas resistencias están alojadas en el interior de algunas de las unidades de control
del sistema por cuestiones de economía y seguridad de funcionamiento
Controlador
Es el elemento encargado de la comunicación entre el microprocesador de la unidad
de control y el trasmisor-receptor. Trabaja acondicionando la información que entra y
sale entre ambos componentes.

El controlador está situado en la unidad de control, por lo que existen tantos como
unidades estén conectados al sistema. Este elemento trabaja con niveles de tensión
muy bajos y es el que determina la velocidad de trasmisión de los mensajes, que será
más o menos elevada según el compromiso del sistema. Así, en la línea de Can-Bus
del motor-frenos-cambio automático es de 500 K baudios, y en los sistema de confort
de 62.5 K baudios. Este elemento también interviene en la necesaria sincronización
entre las diferentes unidades de mando para la correcta emisión y recepción de los
mensajes.
Transmisor / Receptor
El trasmisor-receptor es el elemento que tiene la misión de recibir y de trasmitir los
datos, además de acondicionar y preparar la información para que pueda ser utilizada
por los controladores. Esta preparación consiste en situar los niveles de tensión de
forma adecuada, amplificando la señal cuando la información se vuelca en la línea y
reduciéndola cuando es recogida de la misma y suministrada al controlador.
El trasmisor-receptor es básicamente un circuito integrado que está situado en cada
una de las unidades de control abonadas al sistema, trabaja con intensidades
próximas a 0.5 A y en ningún caso interviene modificando el contenido del mensaje.
Funcionalmente está situado entre los cables que forman la línea Can-Bus y el
controlador.
¿Cómo funciona el sistema Can-Bus?
Las unidades de mando que se conectan al sistema Can-Bus son las que necesitan
compartir información, pertenezcan o no a un mismo sistema. En automoción
generalmente están conectadas a una línea las unidades de control del motor, del ABS
y del cambio automático, y a otra línea (de menor velocidad) las unidades de control
relacionadas con el sistema de confort.

El sistema Can-Bus está orientado hacía el mensaje y no al destinatario. La
información en la línea es trasmitida en forma de mensajes estructurados en la que
una parte del mismo es un identificador que indica la clase de dato que contiene.
Todas las unidades de control reciben el mensaje, lo filtran y solo lo emplean las que
necesitan dicho dato. Naturalmente, la totalidad de unidades de control abonadas al
sistema son capaces tanto de introducir como de recoger mensajes de la línea.
Cuando el bus está libre cualquier unidad conectada puede empezar a trasmitir un
nuevo mensaje.
En el caso de que una o varias unidades pretendan introducir un mensaje al mismo
tiempo, lo hará la que tenga una mayor prioridad. Esta prioridad viene indicada por el
identificador.
El proceso de trasmisión de datos se desarrolla siguiendo un ciclo de varias fases:
Suministro de datos: Una unidad de mando recibe información de los sensores que
tiene asociados (r.p.m. del motor, velocidad, temperatura del motor, puerta abierta,
etc.)
Su microprocesador pasa la información al controlador donde es gestionada y
acondicionada para a su vez ser pasada al trasmisor-receptor donde se transforma en
señales eléctricas.
Trasmisión de datos: El controlador de dicha unidad transfiere los datos y su
identificador junto con la petición de inicio de trasmisión, asumiendo la responsabilidad
de que el mensaje sea correctamente trasmitido a todas las unidades de mando
asociadas. Para trasmitir el mensaje ha tenido que encontrar el bus libre, y en caso de
colisión con otra unidad de mando intentando trasmitir simultáneamente, tener una
prioridad mayor. A partir del momento en que esto ocurre, el resto de unidades de
mando se convierten en receptoras.
Recepción del mensaje: Cuando la totalidad de las unidades de mando reciben el
mensaje, verifican el identificador para determinar si el mensaje va a ser utilizado por
ellas. Las unidades de mando que necesiten los datos del mensaje lo procesan, si no
lo necesitan, el mensaje es ignorado.
El sistema Can-Bus dispone de mecanismos para detectar errores en la trasmisión de
mensajes, de forma que todos los receptores realizan un chequeo del mensaje
analizando una parte del mismo, llamado campo CRC. Otros mecanismos de control
se aplican en las unidades emisoras que monitorizan el nivel del bus, la presencia de
campos de formato fijo en el mensaje (verificación de la trama), análisis estadísticos
por parte de las unidades de mando de sus propios fallos etc.
Estas medidas hacen que las probabilidades de error en la emisión y recepción de
mensajes sean muy bajas, por lo que es un sistema extraordinariamente seguro.
El planteamiento del Can-Bus, como puede deducirse, permite disminuir notablemente
el cableado en el automóvil, puesto que si una unidad de mando dispone de una
información, como por ejemplo, la temperatura del motor, esta puede ser utilizada por
el resto de unidades de mando sin que sea necesario que cada una de ellas reciba la
información de dicho sensor.
Otra ventaja obvia es que las funciones pueden ser repartidas entre distintas unidades
de mando, y que incrementar las funciones de las mismas no presupone un coste
adicional excesivo.

¿Cómo es el mensaje?
El mensaje es una sucesión de “0” y “1”, que como se explicaba al principio, están
representados por diferentes niveles de tensión en los cables del Can-Bus y que se
denominan “bit”.
El mensaje tiene una serie de campos de diferente tamaño (número de bits) que
permiten llevar a cabo el proceso de comunicación entre las unidades de mando según
el protocolo definido por Bosch para el Can-Bus, que facilitan desde identificar a la
unidad de mando, como indicar el principio y el final del mensaje, mostrar los datos,
permitir distintos controles etc.
Los mensajes son introducidos en la línea con una cadencia que oscila entre los 7 y
los 20 milisegundos dependiendo de la velocidad del área y de la unidad de mando
que los introduce.
Ejemplo de cómo se escribe un mensaje:
Estructura del mensaje estándar:

Campo de inicio del mensaje: El mensaje se inicia con un bit dominante, cuyo flanco
descendente es utilizado por las unidades de mando para sincronizarse entre sí.
Campo de arbitrio: Los 11 bit de este campo se emplean como identificador que
permite reconocer a las unidades de mando la prioridad del mensaje. Cuanto más bajo
sea el valor del identificador más alta es la prioridad, y por lo tanto determina el orden
en que van a ser introducidos los mensajes en la línea.
El bit RTR indica si el mensaje contiene datos (RTR=0) o si se trata de una trama
remota sin datos (RTR=1). Una trama de datos siempre tiene una prioridad más alta
que una trama remota.
La trama remota se emplea para solicitar datos a otras unidades de mando o bien
porque se necesitan o para realizar un chequeo.
Campo de control: Este campo informa sobre las características del campo de datos.
El bit IDE indica cuando es un “0” que se trata de una trama estándar y cuando es un
“1” que es una trama extendida. Los cuatro bit que componen el campo DLC indican el
número de bytes contenido en el campo de datos.
La diferencia entre una trama estándar y una trama extendida es que la primera tiene
11 bits y la segunda 29 bits. Ambas tramas pueden coexistir eventualmente, y la razón
de su presencia es la existencia de dos versiones de CAN.
Campo de datos: En este campo aparece la información del mensaje con los datos
que la unidad de mando correspondiente introduce en la línea Can-Bus. Puede
contener entre 0 y 8 bytes (de 0 a 64 bit).
Campo de aseguramiento (CRC): Este campo tiene una longitud de 16 bit y es
utilizado para la detección de errores por los 15 primeros, mientras el último siempre
es un bit recesivo (1) que delimita el campo CRC.
Campo de confirmación (ACK): El campo ACK está compuesto por dos bit que son
siempre trasmitidos como recesivos (1). Todas las unidades de mando que reciben el
mismo CRC modifican el primer bit del campo ACK por uno dominante (0), de forma
que la unidad de mando que está todavía trasmitiendo reconoce que al menos alguna
unidad de mando ha recibido un mensaje escrito correctamente. De no ser así, la
unidad de mando trasmisora interpreta que su mensaje presenta un error.
Campo de final de mensaje (EOF): Este campo indica el final del mensaje con una
cadena de 7 bits recesivos.

Puede ocurrir que en determinados mensajes se produzcan largas cadenas de ceros o
unos, y que esto provoque una pérdida de sincronización entre unidades de mando. El
protocolo CAN resuelve esta situación insertando un bit de diferente polaridad cada
cinco bits iguales: cada cinco “0” se inserta un “1” y viceversa. La unidad de mando
que utiliza el mensaje, descarta un bit posterior a cinco bits iguales. Estos bits reciben
el nombre de bit stuffing.
Ejemplo de un mensaje real:
S
O
F
IDEN
TIFIC
ADO
R
R
T
R
D
E
D
L
C
D
A
T
O
b
yt
e
1
D
A
T
O
b
yt
e
2
C
R
C
A
C
K
F
N
0 11000
10000
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
¿Cómo se diagnóstica el Can-Bus?
Los sistemas de seguridad que incorpora el Can-Bus permiten que las probabilidades
de fallo en el proceso de comunicación sean muy bajas, pero sigue siendo posible que
cables, contactos y las propias unidades de mando presenten alguna disfunción.
Para el análisis de una avería, se debe tener presente que una unidad de mando
averiada abonada al Can-Bus en ningún caso impide que el sistema trabaje con
normalidad. Lógicamente no será posible llevar a cabo las funciones que implican el
uso de información que proporciona la unidad averiada, pero sí todas las demás.
Por ejemplo, si quedase fuera de servicio la unidad de mando de una puerta, no
funcionaría el cierre eléctrico ni se podrían accionar el del resto de las puertas.
En el supuesto que la avería se presentara en los cables del bus, sería posible
accionar eléctricamente la cerradura de dicha puerta, pero no las demás. Recuérdese
que esto solo ocurriría si los dos cables se cortan o se cortocircuitan a masa.
También es posible localizar fallos en el Can-Bus consultando el sistema de auto
diagnosis del vehículo, donde se podrá averiguar desde el estado de funcionamiento
del sistema hasta las unidades de mando asociadas al mismo, pero necesariamente se
ha de disponer del equipo de chequeo apropiado.
Otra alternativa es emplear el programa informático CANAlyzer (Vector Informatik
GmbH) con el ordenador con la conexión adecuada. Este programa permite visualizar
el tráfico de datos en el Can-Bus, indica el contenido de los mensajes y realiza la
estadística de mensajes, rendimiento y fallos.
Probablemente, la herramienta más adecuada y asequible sea el osciloscopio digital
con dos canales, memoria y un ancho de banda de 20 MHz. (FLUKE, MIAC etc.) con el
que se pueden visualizar perfectamente los mensajes utilizando una base de tiempos
de 100 microsegundos y una base de tensión de 5V. En este caso, se debe tener en

cuenta que los bits stuff (el que se añade después de cinco bits iguales) deben ser
eliminados.

Can bus

Más contenido relacionado

La actualidad más candente (20)

Similar a Can bus (20)

Can bus