CAN BUS.

CAN BUS.

CAN, la red de área del controlador, es un sistema de comunicación distribuido organizado jerárquicamente para la transferencia de datos en serie en aplicaciones en tiempo real. El protocolo de transferencia de datos del sistema se basa estrictamente en un modelo simplificado OSI (interconexión de sistemas abiertos) de ISO (IEEE, 1983), que contiene principalmente la capa física y la capa de enlace de datos del modelo. Además, dependiendo del campo de aplicación, el estándar CAN también incorpora varios protocolos de aplicación.

Las características principales del sistema CAN son la alta confiabilidad, disponibilidad y robustez que se requieren en los sistemas de comunicación seguros en tiempo real que operan en entornos extremadamente hostiles. Además, la excelente detección de errores y las capacidades de confinamiento del sistema aumentan su confiabilidad en entornos críticos de ruido. Finalmente, la velocidad de transferencia de datos alcanzable de 1 Mbps hace que el sistema CAN sea cómodo para aplicaciones en control en tiempo real de velocidad relativamente alta.

En los nodos del bus CAN, las estaciones de nodo están situadas para comunicarse a través del bus utilizando el principio de arbitraje de múltiples maestros. Teóricamente, una sola red CAN es capaz de interconectar hasta 2032 dispositivos a través de un solo par de cables trenzados. Sin embargo, debido a la limitación práctica del hardware (transceptores), prácticamente puede vincular muchos menos dispositivos, por ejemplo, con el chip Philips 85C250 hasta 110 dispositivos.

Las tramas de mensaje de CAN generalmente contienen un campo de datos de 0–8 bytes de longitud y un identificador de 11 o 29 bits que determina la prioridad de transmisión del bus y el nodo de destino del mensaje.

Las aplicaciones típicas para CAN son vehículos de motor, vehículos utilitarios y automatización industrial.

Otras aplicaciones para CAN son trenes, equipos médicos, automatización de edificios, electrodomésticos y automatización de oficinas. Debido a la producción de alto volumen en los mercados automotriz e industrial, se encuentran disponibles dispositivos de protocolo de bajo costo.

Desde el principio, el sistema de autobuses CAN se ha aplicado en vehículos avanzados como el S-class de Mercedes, al que seguirán BMW, Porsche y Jaguar.

Esto prometió un buen futuro que llegó pronto con su aceptación por parte de Volkswagen, Fiat, Renault, etc., así como por varias industrias manufactureras que decidieron utilizar el sistema de bus CAN para interconectar controladores programables, sensores y actuadores inteligentes, y otros elementos de instrumentación en control automático de autómatas y robots de manejo de materiales. La aplicación automotriz del bus CAN se ha ampliado favorablemente a camiones y autobuses, vehículos agrícolas y forestales, trenes de pasajeros y de carga, etc.

El medio de transmisión, la ruta física entre transmisores y receptores del sistema de comunicación, transporta datos entre los nodos de datos. Los medios utilizados principalmente dentro del bus CAN son los cables coaxiales con, de acuerdo con ISO 11898-2, la impedancia nominal de 120Ω, la resistencia relacionada con la longitud de 70 Ωm/m y un retardo de línea específico de 5 ns/m nominales para implementar la velocidad de transmisión de 1Mbit/s.

El cable debe terminarse con una resistencia de 120Ω.

Una vez implementado en el sistema de bus CAN, presentan las siguientes ventajas funcionales en aplicaciones en tiempo real:

- Transferencia de datos a alta velocidad de 1 Mbps a una longitud de bus de hasta 40m.

- Tiempo de latencia máximo predecible de los mensajes: un mensaje desencadenante con el campo de datos vacío y la prioridad más alta tiene un tiempo de latencia máximo de 54 μs a una velocidad de transferencia de 1 Mbps.

- Robustez extremadamente alta

- Técnica confiable y potente de detección y manejo de errores: la probabilidad de error residual total de 8.5X10 ^-14 para un mensaje dañado en 1000 transmisiones.

- Retransmisión automática de datos defectuosos.

- Detección de colisiones no destructiva mediante arbitraje bit a bit.

- Soporte de mensajes remotos.

- Capacidad de transmisión inmediata de los últimos datos disponibles por unidades funcionales a petición de cualquier otra unidad.

- Desconexión automática de nodos sospechosos de ser físicamente defectuosos.

- Direccionamiento funcional de unidades de nodo mediante "difusión" y prueba de aceptabilidad de todas las unidades activas en el bus.

- Asignación de prioridad firme a todos los mensajes en el autobús.

- Posibilidad de transmisión alternativa de mensajes en modo punto a punto o por difusión o multidifusión.

- Disponibilidad comercial de controladores CAN de bajo costo y los IC de controladores de Intel, Motorola, Philips, Siemens, NEC, etc., como 82032 (CAN estándar) o 536.870.912 (CAN extendido).

ISO 11519: CAN de baja velocidad

El estándar ISO para CAN de baja velocidad (ISO, 1994) define el voltaje nominal para:

- Estado dominante: 4.0V para CAN H y 1.0V para CAN L.

- Estado "recesivo": 1.75V para CAN H y 3.25V para CAN L.

ISO 11519 no prescribe las resistencias de terminación porque la velocidad de transferencia máxima de 125 kbps no sufre bajo fuertes reflejos de onda. Además, solo se permiten 20 nodos por configuración de bus.

ISO 11898: CAN de alta velocidad

ISO 11898 define (ISO, 1993) los niveles de señal nominal de CAN de alta velocidad para:

- Estado "dominante": 3.5V para CAN H y 1.5V para estado CAN L.

- Estado "recesivo": 2.5 V para CAN H y 2.5 V para estado CAN L.

Para el estado "recesivo", el nivel de señal alto y bajo es el mismo para disminuir la potencia consumida al terminar las cargas. Además, para dispositivos de bus compatibles con ISO 11898, la longitud máxima del bus está limitada a 40 m para una velocidad de transferencia de 1 Mbps.

Para velocidades de transferencia más bajas, la longitud total del bus se puede prolongar a 100 m (para 500 kbps), 200 m (para 250 kbps), 500m (para 125 kbps), etc. Se pueden implementar hasta 30 nodos a lo largo del bus que deben terminarse en ambos extremos con la impedancia 125Ω.

Los transceptores CAN compatibles con ISO-11898 simplifican considerablemente la implementación del bus CAN, particularmente en aplicaciones automotrices donde proporcionan características adicionales como sobrecarga térmica y protección contra atajos, ahorro de energía en modo de espera, inmunidad contra las perturbaciones del bus, etc.

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