Circuitos Digitales y Redes de Comunicación en Automoción: Sensores, Actuadores y Protocolos

Circuitos Digitales y Redes de Comunicación en Automoción

Los circuitos digitales son la base de la electrónica moderna en los vehículos. Estos circuitos utilizan puertas lógicas, que procesan señales digitales (niveles alto de 5V y bajo de 0V) para realizar operaciones lógicas. Algunas combinaciones de puertas lógicas incluyen:

• Decodificador: Convierte información binaria en salidas específicas.
• Codificador: Transforma múltiples entradas en un código binario.
• Multiplexor: Selecciona una de varias entradas para dirigirla a una única salida.
• Demultiplexor: Dirige una entrada a una de varias salidas.
• Comparador: Compara dos números binarios y determina si uno es mayor, menor o igual que el otro.

Estructura de los Sistemas de Control Electrónicos

Una unidad de control (UCE) realiza cuatro funciones principales: recibe señales de entrada, procesa la información, la almacena y emite señales de salida.

Sensores

Los sensores convierten parámetros físicos, químicos o biológicos en magnitudes eléctricas. Pueden ser activos (generan energía) o pasivos (modifican parámetros eléctricos).

Actuadores

Los actuadores reciben información de la UCE para ejecutar acciones, clasificándose en electromagnéticos, acústicos, etc.

Evolución de las Redes en el Automóvil

La electrónica ha revolucionado los automóviles, ofreciendo control preciso, reacción rápida, menos piezas, sistemas simplificados, autodiagnóstico y desarrollo de nuevos sistemas.

Transmisión de Datos

Las UCE reciben información de sensores y la envían a actuadores. La comunicación digital se realiza mediante ceros y unos (bits), agrupados para formar mensajes codificados. Para la transmisión de datos se requieren al menos cuatro bits.

Bus de Datos

El bus de datos es una línea de comunicación bidireccional entre UCEs, reduciendo la complejidad del cableado. Puede utilizar hilo de cobre, fibra óptica, ondas de radio o infrarrojos.

Comunicación en Serie y Paralelo

La comunicación en serie utiliza una sola línea de datos, reduciendo el cableado. La comunicación en paralelo es más rápida pero requiere más cableado.

Lenguaje o Protocolo

Para que las UCEs se comuniquen, deben usar el mismo lenguaje o protocolo. Una trama de comunicación es una secuencia de bits organizados en bloques (inicio, dirección, mensaje, comprobación y final).

Transmisión del Mensaje

El proceso es bidireccional e incluye emisor, codificador, medio de transmisión, decodificador y receptor.

Redes de Comunicación Automotriz

Red VAN

Utiliza dos cables multiplexados (data y data/ o dataB) para conectar hasta 16 UCEs.

Red LIN

Utiliza un solo cable sin apantallar para conectar hasta 16 UCEs esclavas a una maestra.

Red MOST

Utiliza fibra óptica para la transmisión de datos a alta velocidad en sistemas de información y entretenimiento. Ofrece ventajas como la transferencia de información digitalizada, inmunidad a interferencias y alta seguridad.

Red FlexRay

Es un sistema de red de datos de alta velocidad con topología en estrella o híbrida, muy seguro y exacto. Los cables están retorcidos y recubiertos para reducir factores externos.

Sistemas Bluetooth

Utilizan radiofrecuencia para formar pequeñas redes (picorredes) de hasta 8 dispositivos activos, con una maestra y protección por contraseña.

Red CAN

Desarrollada por Bosch, permite la comunicación entre UCEs, sensores y actuadores mediante dos hilos trenzados. Los datos circulan por la red y cada UCE recibe los mensajes que necesita. Ofrece ventajas como la ampliación del protocolo por software, bajo porcentaje de errores, menos sensores y cables, transmisión rápida y estandarización ISO. Los componentes incluyen cables del bus, controlador, transceptor y resistencias.

Gateway

Un gateway es un microprocesador que permite el intercambio de datos entre subsistemas de red CAN, incluyendo datos de diagnóstico de tracción y confort.

Áreas del CAN-Bus

Las áreas del CAN-Bus incluyen tracción (motor, frenos, cambio, airbag), infoentretenimiento (navegación, interfaz teléfono, DSP y radio) y confort (climatizador, puertas, presión del neumático).