Multiplexado en el automovil,
CAN bus y LIN bus

 
jaicar.com

Los circuitos eléctricos tradicionales en el automóvil permiten que por cada cable solo circule una información en las distintas formas de variación eléctricas (tensión, intensidad, potencia, resistencia, etc ). La evolución en seguridad, ecología y confort de los vehículos hace evolucion del cableado en automovilnecesarias cada vez más informaciones con lo cual la cantidad, complejidad y coste de cableados eléctricos haría unas instalaciones imposibles.
En los gráficos se puede ver la evolución de los cableados en un coche de gama media.
En los años 90 Bosch desarrolló el protocolo de comunicaciones CAN (Control Area Network) que hace que a través de dos cables que interconectan todas las centrales electrónicas del automóvil circulen multitud de informaciones que pueden ser utilizadas por todos los elementos electrónicos.
Es el más utilizado por las marcas de automóviles pero hay otros (VAN usado por PSA, J1850 por Ford, GM y Chrysler, BEAM por Toyota, etc) aunque se basan el los mismos principios de funcionamiento.
Aunque sus ventajas se vén más claramente en los modelos con equipamiento alto, su uso está generalizado en todos los modelos en la década del 2000 incluso los más sencillos.
Aquí hay varios vídeos en ingles: tipos redes, introducción a CAN,

La información que circula por el bus es digital. El protocolo de datos consta de varios bits enlazados.
Cada bit puede adoptar cada vez un solo estado o bien los valores “0“ ó “1“. El valor "1" corresponde a 5 Voltios y el "0" a masa
La información se emite y recibe en una etapa específica de cada unidad electrónica.
El bus de datos trabaja a una velocidad de transmisión entre 62,5 Kbit/s (62.500 bits por segundo) y Mbit/s, en un mismo coche puede haber varias redes con distintas velocidades (ej, tracción, confort, multimedia, puertas, etc) que realizan el enlace a través de pasarelas o interfaces que pueden estar integrados en algún elemento (ej, cuadro instrumentos, radio, etc). Cada red puede tener diferente protocolo, CAN, LIN, VAN, MOST, etc.
En la red hay 2 resistencias de terminación integradas en 2 unidades que evitan rebotes de señal

La transmisión de datos a través del CAN-Bus funciona de un modo parecido al de una conferencia telefónica.
Un abonado (unidad de control) “modula“ sus datos, introduciéndolos en la red, mientras que los demás “coescuchan“ estos datos.
Para ciertos abonados resultan interesantes estos datos, en virtud de lo cual los utilizan.
A otros abonados pueden no interesarles esos datos específicos.
Por ejemplo la unidad de gestión de motor envía informaciones sobre régimen de revoluciones, par motor, temperaturas, etc que son utilizadas por algunas unidades como por ejemplo transmision automática para realizar los cambios, cuadro de mandos para mostrar informaciones, climatización para gestionar el compresor, etc.
El calculador de ABS envía entre otras información de la velocidad que es usada por todas las demás unidades y recibe otras informaciones que utiliza para el control de estabilidad, tracción etc.
El airbag entre otras informaciones puede emitir información sobre el activado para parar el motor evitando fugas de combustible y desbloquear el cierre de puertas. etc.
Así, hasta las 40 unidades de control que puede llevar un coche de gama alta actual enlazados en varias redes emiten y reciben miles de datos en tiempo real que ahorran muchos captadores y metros de cable y hacen que dispongamos de más datos para mejorar la seguridad, rendimiento y confort.

principio de red CAN
CAN-Bus de datos

El bus de datos CAN se compone de:
– un controlador
– un transceptor
– dos terminales de bus de datos
– dos líneas de bus de datos.
Con excepción de las líneas de bus de datos, los componentes se encuentran en las
unidades de control. La función de las unidades de control no ha variado frente a las utilizadas hasta ahora
El controlador CAN
recibe del microordenador dispuesto en la unidad de control los datos que se han de
enviar. El los procesa y los transmite al transceptor CAN. También recibe datos del transceptor CAN, los procesa asimismo y los transmite al microordenador dispuesto en la unidad de control.
El transceptor CAN
Es un emisor y receptor que transforma los datos del controlador CAN en señales eléctricas y los envía por las líneas del bus de datos. Asimismo recibe los datos y los transforma para el controlador CAN
El terminal de bus de datos
Es una resistencia. Impide que los datos enviados regresen de los extremos de las líneas del bus y falsifiquen los subsiguientes datos.
Líneas del bus de datos
son bidireccionales y sirven para transmitir los datos.

Proceso de una transmisión de datos
Poner a disposición datos. El punto de salida de un mensaje (datos) es siempre una unidad de control, la cual entrega a su controlador CAN los datos a enviar.
Enviar datos
El transceptor CAN recibe del controlador CAN estos datos, los transforma en señales eléctricas seriales y las envía.
Recibir datos
Todas las demás unidades de control interconectadas mediante el bus de datos CAN se convierten en receptores.
Comprobar datos
Comprobar si, para sus funciones, las unidades de control necesitan o no los datos recibidos.
Adoptar datos
Si los datos son importantes, se adoptarán y procesarán; de lo contrario, se despreciarán.
Controlador transceptor CAN
El protocolo de datos consta de varios bits enlazados.
Cada bit puede adoptar cada vez un solo estado o bien los valores 0 ó 1.
trama multiplexado
composición de trama multiplexado
¿Que transmite el bus de datos CAN?
El bus de datos CAN transmite, en intervalos muy cortos, un protocolo de datos llamado también mensaje o trama entre las unidades de control.
El protocolo de datos
Se compone de múltiples bits yuxtapuestos. El número de bits de un protocolo de datos depende del tamaño del campo de datos. El gráfico muestra la estructura esquemática de un protocolo de datos. La estructura es idéntica en ambas líneas de datos
El campo inicial (Start of Frame) marca el comienzo del protocolo de datos
En el campo de estado (Arbitration Field) se establece la prioridad del protocolo de datos. Si, p. ej., dos unidades de control quieren enviar al mismo tiempo su protocolo de datos, tendrá preferencia la de mayor prioridad. Además, el contenido del mensaje está caracterizado (p. ej., número de revoluciones del motor).
Elcampo de control (Control Field) contiene como código el número de las informaciones que se encuentran en el campo de datos. De este modo, cada receptor puede comprobar si ha recibido todas las nformaciones.
En el campo de datos (Data Field) se transmiten informaciones importantes para las demás unidades de control. Dispone del mayor contenido de información, de 0 a 64 bits (= 0 a 8 bytes). .
El campo de seguridad (CRC-Field) sirve para identificar perturbaciones en la transmisión
En el campo de confirmación (ACK Field), los receptores señalizan al emisor que han recibido correctamente el protocolo de datos. Si se identifica una avería, lo comunican inmediatamente al emisor. Seguidamente, el emisor repite su transmisión.
En el campo terminal (End of Frame), el emisor controla su protocolo de datos y confirma al receptor si dicho protocolo es correcto. En caso de ser defectuoso, se interrumpirá inmediatamente la transmisión y se repetirá el envío. Ha finalizado el protocolo de datos.
señal bus de datosCada bit corresponde a un estado alto (5V) o bajo (0V)
En el automovil y su entorno se generan gran cantidad de parásitos (altas tensiones, compos magnéticos, etc, ) para impedir que los parásitos puedan afectar a la información se utilizan 2 cables trenzados y no blindados que forman la línea del bus de datos.
Por los cables retorcidos se transmite un señal diferencial, es decir, en las líneas se opone la respectiva tensión, así en una línea llamada H (high) se polariza en positivo y la otra L (low) en negativo dando entre las dos 5 V ó 0 V que corresponden a cada bit, de forma que cualquier interferencia no distorsione la señal.

2ª Parte LIN bus, MOST, Flexray