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Microcontrolador electrónico

Hoy vengo a hablaros del protocolo de comunicaciones CAN bus. ¿Qué por qué? Pues porque CAN bus es la columna que vertebra toda la electrónica de nuestros coches. Seguro que los más aficionados al mundillo del motor ya os habéis topado con estas siglas otras veces. Ahora vamos a explicar someramente en qué consiste.

Todo empezó hace ya unos cuantos años cuando la electrónica comenzó a hacerse un hueco en nuestros automóviles. Al principio los dispositivos electrónicos que montaba un vehículo se podían contar con los dedos de una mano y si necesitaban comunicarse unos con otros se hacía mediante cables directos (punto a punto).

Si embargo a medida que iba avanzando la tecnología, esto fue cambiando. Cada vez había más artefactos eléctricos en el coche y el cableado de los vehículos comenzó a hacerse muy complejo. Fue entonces cuando se decidió que había que definir un protocolo de comunicaciones para la automoción. Así es como nace el CAN bus en 1982.

esquema de un bus CAN Esquema simplificado de un bus CAN

¿En qué consiste?

CAN es el acrónimo de Controller Area Network y lo de bus es porque tenemos una topología en forma de bus (valga la redundancia). Para los profanos en el mundo de la electrónica esto quiere decir que hay un solo cable que recorre el vehículo al que se van conectando los diferentes aparatos electrónicos que necesiten comunicarse. De esta forma reducimos la cantidad de cables que se necesitan en el coche.

¿Y qué aparatos son los que necesitan comunicarse en un automóvil moderno? Pues un montón. Pensemos en los elevalunas eléctricos, el climatizador, el cierre centralizado, el techo solar, los asientos eléctricos, la centralita de la inyección y todos sus sensores, el cuadro de instrumentos, los mandos en el volante, los sistemas multimedia…

De hecho, tal es la cantidad de dispositivos que en la actualidad, para garantizar la rapidez y robustez de las comunicaciones, no suele haber un solo bus CAN si no que hay varios sub-buses en el vehículo. Un bus para la gestión electrónica del motor, otro para climatización y entretenimiento, otro para temas de seguridad (alarmas, cierre centralizado, ABS) etc…

Cualquier dispositivo electrónico conectado al bus puede mandar mensajes y el resto le escuchan. Cada tipo de mensaje lleva un identificador. Los oyentes deciden qué mensajes les interesan y cuales no. Para que la cosa funcione, los dispositivos eléctricos se van turnando para “hablar” de uno en uno.

forma de una trama CAN forma de onda de una trama CAN en el osciloscopio

Otro uso de este protocolo es para los servicios de diagnosis y la toma de datos del vehículo. Los coches tienen un conector especial llamado OBD que suele encontrarse debajo del volante. Este conector nos permite acceder a los buses CAN del automóvil. Con un adaptador podemos conectar un ordenador, smartphone o similar y así nos enteraremos de todo lo que se cuece en el interior de nuestro coche.

El protocolo CAN fue una idea de Bosch en 1982 y el primer modelo de producción en montarlo fue el Mercedes-Benz Clase E de 1992. El CAN bus se ha convertido en un estándar de facto y en la actualidad se emplea en la inmensa mayoría de automóviles que se fabrican y también comienza a introducirse en el sector de las motocicletas.

Aun así, con más de 30 años de vida, ya empiezan a salirle nuevos y más modernos competidores que podrían cambiar la forma de hacer las cosas en un futuro como el moderno FlexRay. Incluso están empezando a desarrollarse protocolos de comunicaciones para el automóvil con interfaces ópticas (fibra) para poder conectar los modernos sistemas de entretenimiento que traerán los vehículos en los próximos años.

Conector OBD bajo el salpicadero de un Toyota Prius Conector OBD (blanco) bajo el salpicadero de un Toyota Prius

Algunas consideraciones técnicas

Los automóviles, son entornos muy agresivos: calor, frío, vibraciones, condiciones cambiantes, pero sobre todo, con mucho ruido electromagnético (interferencias). Es por ello que una de las máximas de diseño de este sistema es la robustez y fiabilidad ya que se va a encargar de tareas muy importantes.

El cable que se emplea es un par trenzado por el cual se transmiten señales diferenciales para minimizar los efectos del ruido. Además todos los datos se verifican por todos los oyentes del bus. Si alguno detecta que hay errores en la transmisión se “chiva” al resto y se descarta el mensaje enviado.

La velocidad del CAN bus va desde 40 Kbps en distancias de un kilómetro hasta un “mega” (1024 Kbps) siempre que el cable no mida más de 40 metros. En la práctica en automoción se emplean velocidades entre 125 Kbps hasta 500 Kbps ya que cuanto más despacio hagas las cosas menos probabilidad hay de “meter la pata”.

Imagen | Wikimedia (II)

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