CAN 통신이란? 자동차와 산업 자동화에서 필수적인 기술

안녕하세요 꾸꾸입니다!

🚗 CAN 통신이란?

CAN(Controller Area Network) 통신은 자동차 및 산업 자동화 시스템에서 널리 사용되는 직렬 통신 프로토콜입니다. 1986년 독일의 Bosch사가 개발하였으며, 이후 ISO 11898 표준으로 자리 잡았습니다. CAN 통신은 고신뢰성, 충돌 방지 기능, 간단한 배선 등의 장점으로 인해 자동차, 로봇, 의료 기기, 공장 자동화 시스템 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

🛠️ CAN 통신의 주요 특징

CAN 통신이 중요한 이유는 무엇일까요? 다음과 같은 특징이 있습니다.

✅ 멀티마스터(Multi-Master) 방식

• 하나의 노드(Node)만 데이터를 송신하는 것이 아니라, 여러 개의 마스터가 동시에 통신할 수 있습니다.
• 버스 시스템을 활용하여 네트워크의 유연성을 증가시킵니다.

✅ 충돌 방지 및 우선순위 제어

• CAN은 비트 단위의 충돌 감지 및 조정(Arbitration) 기능을 통해 우선순위가 높은 데이터가 충돌 없이 전송될 수 있도록 보장합니다.
• ID 값이 낮을수록 우선순위가 높아 먼저 전송됩니다.

✅ 높은 신뢰성과 오류 검출 기능

• CRC(Cyclic Redundancy Check), ACK(인증 비트), 비트 스터핑(Bit Stuffing) 등의 오류 검출 기능을 포함하여 신뢰성을 보장합니다.
• 노이즈 저항력이 강하고, 통신 오류 발생 시 자동으로 수정합니다.

✅ 단순한 배선 구조

• 두 개의 와이어(CAN_H, CAN_L)만 사용하여 여러 노드와 통신할 수 있어 배선이 간단합니다.

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📡 CAN 통신의 프레임 구조

CAN 데이터 전송은 프레임(Frame) 단위로 이루어집니다. 주요 프레임 구조는 다음과 같습니다.

프레임 유형	설명
데이터 프레임(Data Frame)	데이터를 송신하는 표준 프레임
원격 프레임(Remote Frame)	특정 데이터를 요청하는 프레임
에러 프레임(Error Frame)	오류 발생 시 전송되는 프레임
과부하 프레임(Overload Frame)	수신기에서 처리 시간을 요구하는 프레임
ACK 필드	데이터가 정상적으로 수신되었는지 확인

🔄 CAN 통신 속도 및 거리 제한

CAN 통신의 속도는 전송 거리와 밀접한 관계가 있습니다.

속도 (bps)	최대 거리 (m)
1 Mbps	40m
500 kbps	100m
250 kbps	250m
125 kbps	500m
50 kbps	1000m

속도가 빠를수록 데이터 전송 거리가 짧아지므로, 실제 적용 환경에 따라 적절한 속도를 선택해야 합니다.

⚡ CAN 통신 프로토콜 종류

CAN 프로토콜에는 몇 가지 변형이 존재합니다. 대표적인 프로토콜을 살펴보겠습니다.

1. Classical CAN (CAN 2.0A, CAN 2.0B)
   • 표준 프레임(11비트 ID)과 확장 프레임(29비트 ID) 지원
   • 자동차, 산업 자동화에서 널리 사용됨
2. CAN FD (Flexible Data-Rate)
   • 최대 64바이트까지 데이터 페이로드 확장
   • 전송 속도 증가(최대 수 Mbps 지원)
3. CANopen, J1939, DeviceNet
   • CANopen: 산업 자동화를 위한 프로토콜
   • J1939: 상용 차량 및 대형 기계용 CAN 프로토콜
   • DeviceNet: 공장 자동화를 위한 프로토콜

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🏭 CAN 통신과 다른 프로토콜 비교

CAN은 다른 차량 및 산업용 통신 프로토콜과 어떻게 다를까요?

프로토콜	전송 속도	주요 용도
CAN	최대 1 Mbps	자동차 네트워크, 산업 자동화
LIN	최대 20 kbps	차량 내 저속 통신 (윈도우, 조명 제어 등)
FlexRay	최대 10 Mbps	자율주행, 고속 데이터 통신
Ethernet	100 Mbps 이상	차량 내 멀티미디어 및 고속 데이터 전송

🔌 CAN 통신의 실제 활용 사례

CAN은 어디에서 활용될까요? 대표적인 사용 사례를 살펴보겠습니다.

🚘 1. 자동차 산업

• 엔진 제어(ECU), ABS, 에어백, 계기판, 인포테인먼트 시스템 등
• 차량 내 여러 전자 장치 간 데이터 교환을 담당

🏭 2. 산업 자동화

• 공장 내 로봇, PLC(Programmable Logic Controller) 등의 통신에 사용
• 머신 간 빠른 데이터 교환 가능

🏥 3. 의료 기기

• MRI, CT 스캐너, 환자 모니터링 시스템 등에서 안정적인 데이터 전송을 보장

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🛠️ CAN 통신을 활용한 개발 방법

CAN을 직접 개발하고 적용하는 방법을 살펴보겠습니다.

📌 1. 하드웨어 선택

• MCP2515 (외부 CAN 컨트롤러)
• STM32 내장 CAN 컨트롤러
• ESP32 CAN 모듈

📝 2. 소프트웨어 개발 환경

• Arduino (MCP2515 + Arduino 라이브러리 활용)
• PlatformIO (STM32 및 ESP32 개발)
• STM32CubeMX (HAL 라이브러리 활용)

📢 결론

CAN 통신은 자동차, 산업 자동화, 의료 기기 등 다양한 분야에서 필수적인 역할을 하는 통신 프로토콜입니다. 높은 신뢰성과 충돌 방지 기능 덕분에 차량 및 공장 내 여러 장치들이 원활하게 소통할 수 있도록 도와줍니다. 앞으로 자율주행 기술, 스마트 팩토리, IoT 발전과 함께 CAN 통신의 역할은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.