El control de calidad es un procedimiento por el que se detecta la concurrencia de errores en equipos o procesos. Su función principal consiste en la recolección y análisis de cantidades ingentes de datos o big data para su correspondiente acción correctiva. Por esta razón, es imprescindible la comunicación con los módulos mediante un software de diagnostico a través del CAN-bus.

En qué consiste el sistema CAN bus

CAN es el acrónimo de Controller Area Network. Es un sistema de comunicación digital en vehículos basado en un protocolo de mensajes, diseñado por la empresa Robert Bosch GmbH. La idea original se aplicó a los vehículos y permitía que los microcontroladores y sus distintos dispositivos pudieran conectarse entre sí sin necesidad de un servidor.

El bus CAN es uno de los cinco protocolos que se utilizan en el diagnóstico a bordo del vehículo (OBD-II). Su fin es detectar los fallos mecánicos, eléctricos o químicos que pudieran afectar al vehículo.

En la actualidad, esta tecnología se emplea en diversas áreas, como la automatización de procesos industriales, médicos o de ingeniería aeroespacial.

Ventajas del protocolo de comunicaciones CAN

Son numerosas. Entre ellas, destacan:

1. Son inmutables ante las interferencias.
2. Ofrecen una gran habilidad para efectuar el autodiagnóstico y para la reparación por errores de datos.
3. Es un protocolo normalizado, que simplifica la tarea de comunicar entre dispositivos y subsistemas de distintos fabricantes en una red común o bus.
4. El procesador anfitrión o host delega la mayor carga de comunicaciones a un dispositivo periférico inteligente. De este modo, el host puede ejecutar sus propias tareas de una manera más eficiente.
5. Se trata de una red multiplexada, por lo que se minimiza el uso de cableado y se eliminan las conexiones punto a punto, excepto en los nodos.

Características de la red CAN

Es un protocolo de comunicación en el que, mediante un bus de datos, cada módulo recibe la información que necesita. Este protocolo está orientado a mensajes. Esto es, la información se descompone en mensajes más simples a los que se les atribuye un identificador y se encapsulan en tramas. Así, cada mensaje tiene un identificador único dentro de la red y el nodo es el que decide si acepta o no un mensaje determinado. Algunas de sus características son:

1. Priorización de mensajes.
2. Garantía de tiempos de latencia.
3. Una configuración flexible y adaptable.
4. Recepción multicast con sincronización de tiempos.
5. Consistencia de datos.
6. Sistema multimáster.
7. Detecta errores y los señala.
8. Informa de las tramas erróneas.
9. Permite la anulación autónoma de un nodo individual defectuoso.
10. Distingue entre fallos de los nodos de carácter permanente y errores temporales.

Tipos de bus CAN

Sus especificaciones se recogen en los estándares ISO 11598. En virtud de ellos, describe las dos primeras capas, la física y la de enlace de datos y los clasifica en dos tipos:

1. CAN de alta velocidad de hasta 1 Mb/s. Usa un único bus lineal en cuyos extremos hay dos resistencias de 120 ohmios, que debe coincidir con la impedancia del bus. De esta forma, evita las perturbaciones de la línea por reflexión.

2. CAN de baja velocidad de hasta 125 kb/s tolerante de fallos. El bus puede ser lineal, en estrella o incluso constar de varios buses en estrella conectados por uno lineal. El bus acaba en cada nodo por una proporción de la resistencia total, que debe aproximarse por encima a 100 ohmios, ya que no puede ser inferior.

Cómo funciona el CAN bus

Para la comunicación, utiliza dos cables: el CAN high o H para señales de una lógica de datos alta y el CAN low o L para señales de nivel lógico bajo. El controlador está conectado a todos los elementos que componen la red a través de esos dos cables. Cada nodo tiene un identificador único que actúa como una unidad de control electrónico o ECU. Todas están conectadas en paralelo. Así, los nodos efectúan la misma recolección de datos en todo momento. Sin embargo, un nodo solo responde cuando detecta a su identificador correspondiente.

Si el bus CAN está inactivo, ambos cables transportan 2.5 V cada uno. Cuando se transmiten datos, el CAN alto pasa a tener 3.75 V y el CAN bajo 1.25, generando una diferencia de potencial de 2.5 V. Esta es la base de la comunicación. Así, el bus CAN no se resiente por picos inductivos ni genera campos eléctricos ni otras distorsiones. Es una opción completamente segura y fiable para comunicaciones en red con equipos móviles.

La naturaleza de estas comunicaciones permite que todos los módulos reciban y transmitan datos en el bus. Esto significa que cualquier módulo puede transmitir datos y son recibidos por el resto de los módulos. Por esta razón, es conveniente establecer varios niveles de prioridades. Así, por seguridad, es fundamental que se proporcione la prioridad mayor a las áreas más críticas.

Posibles fallos en la red CAN bus

Los habituales suelen ser dos:

1. Los rangos de la diferencia de potencial pico a pico no son correctos.
2. Uno de los cables CAN no tiene señal.

Tipos de fallos del cable del bus CAN

Los enumera el estándar ISO 11898. Básicamente:

• Uno de los cables ha interrumpido la transmisión.
• Uno de ellos está en cortocircuito respecto al voltaje de la batería.
• Uno de los cables está en cortocircuito a tierra.
• Ambos se han interrumpido en la misma ubicación.
• El CAN L está en cortocircuito respecto al CAN H.
• Pérdida de conexión con la red.

Terminología del sistema digital CAN

Los datos se envían desde el dispositivo a través de la red CAN en paquetes de datos, denominados “marcos” o “mensajes”. Se señalan algunos conceptos:

• ID: Identifica el mensaje y señala su prioridad. Los marcos tienen dos formatos. El estándar tiene un ID de arbitraje de 11 bits y el extendido uno de 29 bits.
• Bit SOF: Indica el inicio de un mensaje o marco con un bit dominante o 0 lógico.
• Bit IDE: Señala la extensión del identificador. De esta forma, permite distinguir entre marcos estándares y extendidos.
• Bit RTR o solicitud de transmisión remota: Sirve para distinguir entre un marco de datos y un marco remoto. Un bit RTR dominante o 0 lógico señala un marco de datos. Por su parte, un bit RTR recesivo o 1 lógico indica un marco remoto.
• Código de longitud de datos o DLC: Informa del número de bytes que tiene el campo de datos, que contiene de 0 a 8 bytes.
• Verificación de redundancia cíclica o CRC: Se trata de un código de 15 bits y un bit delimitador recesivo. Se utiliza para la detección de errores.
• Conector de reconocimiento o ACK: Todos los controladores CAN, cuando reciben un mensaje de manera correcta, envían un bit ACK al final del mensaje. Así, el nodo transmisor verifica la presencia del bit ACK. Si no lo detecta, vuelve a intentar la transmisión.
• Señal CAN: Es un dato individual perteneciente al campo de datos del marco. Por tanto, ya que un campo puede tener hasta 8 bytes, es posible que contenga de 0 a 64 señales individuales.

CAN bus: protocolo para crear herramientas de diagnóstico

Un software de diagnóstico permite localizar problemas en un equipo o en un proceso. Son programas de complejidad variable que prueban los sistemas para encontrar conflictos y avisar de que se están produciendo.

Estas herramientas aplicadas a los controles de calidad simplifican mucho el trabajo y economizan, tanto en tiempo como en recursos.

CAN bus es un sistema muy adaptable, que ha demostrado su valía en la industria de la automoción. Cuenta con una gran experiencia en la monitorización de dispositivos de distinta naturaleza.

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