Arduino для can шины

Модуль MCP2515 — это контроллер шины CAN, который позволяет обмениваться данными между периферийными устройствами и микроконтроллером без подключений к компьютеру. Прежде чем обратиться к сборке аппаратных компонентов, мы рассмотрим основные моменты, связанные с этой технологией.

Controlled Area Network — стандарт интерфейса. Он часто используется в электронных системах диагностики современных автомобилей для передачи информации от блока управления к другим цифровым датчикам и механизмам (контроля температуры, давления и т.п.). Такая его особенность позволяет активно применять устройство во многих как простых, так и более сложных проектах (например, моделирование системы «умный дом») – все это без задействования ПК.

Модуль MCP2515 представляет собой компактный автономный контроллер с 3 подкомпонентами и интегрированным интерфейсом SPI.

• напряжение питания: 5V;
• интерфейс: высокоскоростной SPI;
• частота: 40 МГц;
• тип шины: CAN;
• max скорость шины: 1МБ/сек.;
• рабочий ток: 5 мА (в режиме ожидания — 1uA);
• диапазон рабочих температур: -40 … +85 C;
• габариты: 4х2.8 см.

Контроллер оснащен держателем Micro SD-карты, кнопкой сброса, разъемом для последовательного LCD, 2-мя LED-индикаторами. При желании возможно управление с помощью джойстика.

Кроме всего вышеперечисленного, устройство имеет неплохие дополнительные (опциональные) возможности: эффективная фильтрация сведений, высокая производительность и коммерческая доступность.

Видео:Трансиверы CAN шины TJA1050, MCP2551 как альтернатива RS485Скачать

Подключение MCP2515 к Arduino

Давайте рассмотрим принципиальную схему подключения.

Для реализации несложного проекта нам понадобится такое «железо»:

1. CAN контроллер MCP2515 – 2 шт.
2. Плата Arduino (Uno, Nano или Mega) – 2шт.
3. Макетная плата.
4. Соединительные провода.

Еще более простая схема сборки:

Для прошивки и облегчения процесса программирования рекомендуем использовать специализированное ПО — CAN_BUS_Shield. Эту библиотеку необходимо скачать и инсталлировать, а именно разархивировать содержимое следует в каталог библиотек среды Arduino IDE.

Еще один популярный (альтернативный) вариант — MCP_CAN_lib

Зальем 2 скетча (под код передатчика и приемника CAN):

Как вы наверняка успели отметить, мы использовали еще один софт – библиотеку SPI (уже для управления интерфейсом). Проверьте ее наличие у себя в приложении!

Изучайте Arduino, выбирайте интересные проекты и развивайтесь в этом направлении. До скорой встречи!

Видео:MCP2515, контроллер CAN шины с интерфейсом SPIСкачать

Digitrode

Видео:Arduino CAN Monitor (простейший монитор шины CAN)Скачать

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Arduino и MCP2515 – интерфейс CAN для Arduino

Видео:Как работает LIN шина автомобиля. K-Line L-Line шины данных. Лин шина автомобиля. Lin-bus networkСкачать

Arduino и MCP2515: принцип работы, подключение, схема, код

CAN (Controlled Area Network) – это стандарт шины, который позволяет микроконтроллеру и его периферийным устройствам обмениваться данными без необходимости использования хост-устройства или компьютера. Протокол CAN, разработанный Robert Bosch GmbH, в основном используется в автомобилях для связи между блоком управления и его компонентами.

Например, блок управления двигателем является основным средством управления, используемым в автомобиле. Этот блок подключен ко многим датчикам и исполнительным механизмам, таким как механизмы контроля потока воздуха, давления, температуры, управления клапанами, двигатели для контроля воздуха и т. д. Связь между этими модулями и блоком управления осуществляется через шину CAN. В этом проекте мы узнаем о модуле контроллера CAN MCP2515, о том, как связать контроллер шины CAN MCP2515 с Arduino, и, наконец, о том, как обеспечить связь между двумя платами Arduino с помощью двух контроллеров CAN MCP2515 и самого протокола CAN.

Видео:Как управлять автомобилем через CAN-шину?Скачать

Модуль MCP2515

Контроллер шины CAN MCP2515 – это простой модуль, который поддерживает протокол CAN версии 2.0B и может использоваться для связи со скоростью 1 Мбит/с. Для того, чтобы настроить полную систему связи, вам потребуется два модуля шины CAN. Модуль, используемый в проекте, показан на рисунке ниже.

Этот конкретный модуль основан на ИС контроллера CAN MCP2515 и ИС приемопередатчика TJA1050. Микросхема MCP2515 представляет собой автономный контроллер CAN и имеет встроенный интерфейс SPI для связи с микроконтроллерами. Что касается микросхемы TJA1050, она действует как интерфейс между ИС контроллера MCP2515 и физической шиной CAN.

MCP2515 – это основной контроллер, который состоит из трех основных подкомпонентов: модуля CAN, логики управления и блока SPI. Модуль CAN отвечает за передачу и прием сообщений на шине CAN. Логика управления управляет настройкой и работой MCP2515, взаимодействуя со всеми блоками. Блок SPI отвечает за интерфейс связи SPI.

На следующем рисунке показана схема CAN-модуля MCP2515, а также показано, как микросхема MCP2515 и TJA1050 подключены к модулю.

Видео:Логический LIN пробник, цифровой тестер лин, к лайн шины автомобиля. На Ардуино, OLED I2C, TJA 1020Скачать

Схема подключения Arduino и MCP2515

На следующем рисунке показана принципиальная схема подключения модуля CAN MCP2515 с Arduino и связь между двумя Arduino по протоколу CAN.

Видео:Arduino CAN Sender ( Ардуино отправка пакетов в КАН шину)Скачать

Код программы для взаимодействия Arduino и MCP2515

Прежде чем углубляться в код, вам необходимо скачать библиотеку для модуля MCP2515. Есть много библиотек, но здесь мы использовали эту: https://github.com/Seeed-Studio/CAN_BUS_Shield. Загрузите ее и поместите извлеченное содержимое в каталог библиотек Arduino. Поскольку сеть CAN включает в себя модуль передатчика и модуль приемника, код также делится на код передатчика и код приемника.

Работа этого проекта очень проста, так как вся работа выполняется библиотеками (SPI и CAN). Поскольку CAN является связью на основе сообщений, вам необходимо отправить сообщение в диапазоне от 0 до 8 байтов.

В этом проекте передатчик отправляет сообщение 1 1 2 3 0 5 6 7. Это сообщение передается по шине CAN, и получатель получает это сообщение, что отображается на его последовательном мониторе. Кроме того, 0-й и 4-й биты, то есть 1 и 0 в вышеуказанной последовательности, извлекаются приемником отдельно и включают и выключают светодиод, подключенный к контакту 2 платы Arduino.

Читайте также: Шины в россии формула

Видео:LIN шина - пример работы. LIN bus exampleСкачать

Arduino bus can: заставляем микроконтроллер общаться по шине

В любой системе управления важно настроить линии связи. Без них не будет работать ни один исполнительный механизм. В электронике много интерфейсов передачи данных; у каждого из них есть свои недостатки и преимущества. Но сегодня хочу рассмотреть интерфейс промышленной связи CAN.

Определение:

CAN – control area network, в переводе звучит что-то вроде «сети устройств управления и связи».

Сети с его использованием можно встретить в различных областях техники, начиная от современных автомобилей – на них с помощью Can шины осуществляется связь между блоками управления автомобилем, а также на промышленных объектах в любой сфере производства.

Микроконтроллеры Arduino can шину в обычном виде не поддерживают – для этого нужно использовать дополнительные блоки преобразования сигналов.

Видео:Контролька на Arduino, с функциями осциллографа, поиска CAN шины, частотомера, вольтметра, прозвонкиСкачать

Как заставить Arduino общаться по can?

Во-первых, для связи по ардуины нужно использовать модуль mcp2515 или TJA1050. Это устройство выступает в роли посредника между контроллером и сетью, то есть вы отправляете битовые последовательности на него, указываете адресата, а он перенаправляет данные в нужном порядке и форме.

Связь ардуино и этой платы осуществляется по SPI интерфейсу.

Определение:

SPI – Serial Peripheral Interface, на русском языке это звучит так – последовательный интерфейс периферии.

Для связи нужно четыре цифровых сигнала (соответственно, 4 пина ардуины):

• MOSI – выход ведущего устройства;
• MISO – вход ведущего;
• SCLK – последовательный тактовый сигнал;
• CS (SS) – выбор кристалла или микросхемы (crystal select).

На схеме вы видите, что все сигналы, кроме SS(CS), – общие, а последний индивидуален для каждого устройства в системе, и нужен для определения устройства, с которым ведётся обмен данным. Когда сигнал 0 – устройства взаимодействуют, а когда 1 – нет. То есть управление производится инверсным сигналом, иначе говоря – низким уровнем, об этом свидетельствует полоса над надписью SS, в математике и электронике так обозначаются инвертированные (умноженные на минус единицу) значения чисел.

Для работы Arduino bus can системы нужно использовать соответствующую библиотеку для Arduino ide (https://github.com/Seeed-Studio/CAN_BUS_Shield), а для большего удобства – шилд, кстати, библиотека написана под такой шилд.

Видео:CAN Hacker своими руками пример чтения кан шины с помощью ARDUINO MCP2515Скачать

Варианты применения

В быту с помощью can шины вы можете построить бортовой компьютер на ардуино или устройство диагностики автомобилей. Для разработчиков умных систем с её помощью можно осуществлять связь между удалёнными блоками вашей системы посредством проводной или радиопередачи данных.

Видео:CanHacker из 2CAN модуля своими руками КанХакер подробно в деталяхСкачать

CAN sniffer

Видео:Arduino CAN Hacker, CAN Monitor, CAN Sender разбор вопросовСкачать

CAN шина

Описывать технические подробности CAN шины в деталях — удел документации. В данной статье достаточно знать, что она:

• имеет двухпроводное физическое подключение
• бывают различные скорости передачи данных
• для подключения уже имеются готовые микросхемы и даже готовые платы с распаянными деталями

Полистав странички одного известного интернет магазина из поднебесной, я заказал несколько различных вариантов шилдов и пошёл изучать особенности электрических сигналов в автомобиле. Подопытным автомобилем выступил LADA Kalina Cross с 127-ым мотором и электронным блоком управления ИТЭЛМА М74.5 CAN.

Подключаюсь в диагностический разъём OBD (контакты 6 и 14) и смотрю осциллографом, что там имеется. После поворота ключа зажигания начинают бегать пакеты с амплитудой до 2,5 В. Ставлю паузу на осциллографе и смотрю на пакет.

Заметны стартовые и стоповые биты, какие-то данные в пакете. На тот момент я уже знал, что скорость передачи данных ожидается 500 кбит/с, как наиболее частая для моторной CAN шины. Длительность пакета получается около 230 мкс и перед пакетом наблюдается довольно большая пауза в передаче данных. Масштабирую время и вижу три пакета и паузы между ними.

Если сложить длительность передачи данных и паузу между пакетам получается, что передача одной порции данных занимает около 1 мс.

К чему я это всё вывожу? А вопрос чисто практический: хватит ли скорости последовательного порта для передачи всех данных? И исходя из увиденного, можно сделать вывод, что скорость 500 кбит/с развивается внутри пакета, который занимает примерно четверть времени на передачу. Значит средняя скорость передачи будет вчетверо меньшей. На тот момент я ещё не располагал тестами скорости последовательного интерфейса Arduino и забегая вперёд скажу, что даже с самым распространённым преобразователем Serial to USB CH340 стабильно работает скорость в 2 Мбит/с.

Видео:Универсальная плата CAN шиныСкачать

CAN scanner на Arduino

Первый прибыл шилд для классической Arduino UNO. Да он стоит значительно дороже своих более мелких собратьев, но он имеет на борту всё необходимое и даже две кнопки.

Именно с ним я и начал все эксперименты. Собрал простую схему с этим шилдом и жидкокристаллическим двухстрочным экраном. Цель была — вывести на экран хоть какие-то данные. Перебирал различные библиотеки для работы с CAN шиной на Arduino (сразу скажу, что правильная и рабочая библиотека называется CAN-BUS Shield by Seeed Studio с заголовочным файлом mcp_can.h), поменял кварцевый резонатор на шилде на 16 МГц (изначально стоял 8 МГц) — данных не было.

На шилде установлены две микросхемы: контроллер CAN шины MCP2515 и драйвер CAN шины TJA1050. Почитав документацию и различные форумы, решил поменять TJA1050 на более каноничный драйвер MCP2551 и данные появились. Возможно TJA1050 была изначально неисправна, так как с её подключением двумя проводками ошибиться было очень сложно, к тому же я использовал OBD и DB9 разъёмы для подключения.

Читайте также: Какие зимние шины для саньенг кайрон

За пару часов был написан простой CAN scanner, который выводил на жидкокристаллический дисплей номер захваченного пакета, его ID и до 8 байтов данных этого пакета.

Вот тут и пригодились кнопочки на шилде, которыми я реализовал переключение между номером отображаемого пакета.

Начало было положено, надо переходить к более интересной реализации.

Видео:Arduino CAN Sender ID 29bit (Ардуино отправка пакетов в КАН шину c 29bit CAN ID)Скачать

CAN sniffer на Arduino

Задача стояла достаточно простая:

• принимаем пакет из CAN шины
• укладываем полученные данные в свою структуру
• отправляем структуру через последовательный порт

С первыми двумя задачами я вообще не видел никаких проблем. Библиотека предоставляла прерывание при приёме очередного пакета данных и удобные функции для получения данных. А вот отправку данных в сторону компьютера решил сделать через библиотеку CyberLib, которая устраняет некоторые накладные расходы всей платформы Arduino, за счёт чего можно немного разгрузить процессор для обработки данных. Позже от этой библиотеки пришлось отказаться.

Для того, чтобы отправляемые данные корректно обрабатывались на стороне компьютера, перед каждой очередной порцией данных в поток вставляется префикс из четырёх байтов 0xAA55AA55 (почему-то вспомнились эти байты по последним двум байтам загрузочного сектора DOS, только они там были в другом порядке). Логика такая:

• компьютер читает весь поток из последовательного порта и находит в нём искомую последовательность префикса 0xAA55AA55
• сразу после префикса будут 4 байта идентификатора пакета
• далее длина данных этого пакета, по ней контролируется длина всего пакета
• до 8 байтов данных

На этом программная часть в Arduino, на тот момент, была завершена. Позже она была значительно переделана, но общая концепция не поменялась.

Так же я написал простой генератор пакетов данных для отладки, чтобы отлаживаться дома — он просто отправляет в последовательный порт пакеты со случайными данными, что позволяет отлаживать приложение на компьютере в комфортных условиях.

Примерно в это же время прибыли более миниатюрные компоненты Arduino Nano и Mini CAN shield.

Я спроектировал небольшой корпус, распечатал его и разместил внутри все компоненты.

Снаружи с одной стороны OBD разъём, с другой — Mini USB. Внутри имеется переключатель для терминирующего резистора.

Видео:Как CanHacker , но дешевле от CDEBYTEСкачать

CAN sniffer на PC с использованием wxWidgets

Набросал простую заготовку программы на C#, которая выводит в Grid получаемые данные. И пошёл проверять в автомобиль. Только пошёл не со своим ноутбуком, так как у него батарея давно приказала долго жить и использовался он как стационарный компьютер, а взял нетбук с очень слабым процессором. То что я увидел… Я ничего не увидел. Оба ядра загружены на 100%, интерфейс приложения не реагирует. Но на моём компьютере, который всё-таки значительно шустрее нетбука, с генератором случайных пакетов приложение нормально работало и отображало данные. Из этого я сделал вывод, что платформа .NET на слабых компьютерах мне не подойдёт, так как отлаживаться в полевых условиях я мог на тот момент только с тем нетбуком.

Ранее я в нескольких проектах использовал библиотеку wxWidgets и о ней у меня только приятные впечатления. Она легковесная, нет необходимости тащить с собой различные библиотеки и даже кросс-платформенная, что вселяет надежду, что интерфейсную часть кода можно перенести без значительных переделок на другие платформы. В конце статьи будет ссылка на скомпилированную программу, если возиться со всем этим не будет желания.

Можно скачать и посмотреть видео (менее восьми минут), а можно выполнить 6 шагов по описанию ниже.

Установка и компиляция wxWidgets:

1. Скачать и установить wxWidgets если это установщик, либо распаковать, если это архив

2. Создать переменную окружения WXWIN указывающую на папку, куда установили или распаковали (например C:\wxWidgets):

Свойства системы -> Дополнительные параметры системы -> Переменные среды -> Создать
WXWIN = C:\wxWidgets

3. Из папки C:\wxWidgets\build\msw открыть файл решения под соответствующую Visual Studio (wx_vc16.sln для Visual Studio 2019)

4. В Solution Expolorer, с помощью клавиши Shift, выделить все проекты, кроме _custom_build и зайти в Properties проектов.

5. В разделе C/C++ -> Code Generation изменить параметр Runtime Library:

Для конфигурации Debug выбрать /MTd
Для конфигурации Release выбрать /MT

6. Скомпилировать библиотеки wxWidgets по очереди для Debug и Release конфигураций.

Пробное приложение и настройка проекта в Visual Studio (для проверки)

1. В Visual Studio создать Empty Project с указанием типа приложения Desktop Application (.exe)

2. В окне View -> Property Manager для своего проекта правой кнопкой выбрать меню Add existing property sheet… и выбрать файл:

3. Создать файл main.cpp и скопировать в него содержимое файла:

4. В настройках проекта C/C++ -> Code Generation изменить (если пункт не появился — сделать пробную сборку):

Runtime Library для конфигурации Debug: /MTd
Runtime Library для конфигурации Release: /MT

5. Дополнительно, если необходимы привилегии UAC, в разделе Linker -> Manifest File:

UAC Execution Level: requireAdministrator

6. Для добавления иконки exe-файлу надо добавить ресурсный файл со следующим содержимым:

#include «wx\msw\wx.rc»
wxicon icon app_icon.ico

Первый реализованный прототип на C++ и wxWidgets показал, что даже нетбук справляется с отображением данных в таблице и я приступил к разработке задуманного.

Архитектурно программа состоит из двух потоков: интерфейсный и поток работы с последовательным портом. Никаких невероятно интересных алгоритмов не применялось. Код обильно снабжён комментариями и должен быть довольно понятен. Ссылка на исходники будет в конце статьи.

Читайте также: Супер клей для шин

Первое что было сделано — раскраска ячеек данных в таблице по давности получения этих данных. Уже в первом прототипе, глядя на 17 строк данных меняющихся непрерывно значений, я понял, что надо как-то различать свежие данные и данные, которые не изменяются или меняется редко. Сделал раскраску в два этапа:

• впервые пришедшие данные выделяются зелёным цветом фона ячеек
• данные пришедшие повторно и далее — выделяются красным фоном, который постепенно выцветает до белого если больше эти данные не меняются

Сразу же стало наглядно видно, какие ячейки вообще не используются, какие содержат сигналы счётчиков. Поиск же интересующих изменяющихся значений значительно упрощается. Здесь и далее все изображения анимированные. Если анимация не работает в статье (на некоторых мобильных браузерах) — кликайте по изображению для открытия полной версии анимации.

Далее мне захотелось всё-таки проверить, справляется ли последовательный порт с потоком данных. Для этого я на стороне Arduino добавил счётчики количества принятых пакетов и счетчик байтов в пакете. Эти счётчики отправляются на компьютер в пакете с идентификатором 0x000. Программа при получении этих данных не выводит их в таблицу, а отображает в отдельных информационных полях сверху. Полученные результаты даже весьма понравились. В среднем принимается до 750 пакетов/с со скоростью до 9,5 кБ/с, а это где в районе до 80 кбит/с, что вполне по силам последовательному порту. Но всё равно, обмен данными настроен по умолчанию на 500 кбит/с, пусть лучше будет запас.

Добавление возможности записи данных в журнал появилось после того, как подключил параллельно к OBD интерфейсу диагностический адаптер ELM327 и связав его с телефоном, попробовал читать различные данные. Данные пробегали настолько быстро, что увидеть их невозможно. Записав всё это в журнал, можно потом спокойно сесть и посмотреть передаваемые данные. Для этого в журнал могут записываться даже ASCII текстовые данные. Так же можно выбирать тип файла, символ разделитель и настроить фильтр пакетов кликом в таблице по указанному идентификатору пакета и нажатию кнопки «Добавить ID в фильтр» (по умолчанию записываются все данные), если запись всех данных избыточна.

Именно тогда пришло осознание, что все приложения для телефона, которые производят всякую «диагностику» через связку ELM327 и телефон, не общаются напрямую с CAN шиной автомобиля. Они всего лишь используют функционал диагностики OBD через CAN шину посредством обращения к CAN ID 0x7E0. Обычно это адрес контроллера мотора (ЭБУ), ответ же от него приходит в пакете с идентификатором 0x7E8. А вот все остальные пакеты данных — это так называемый Vendor Specific и ни один производитель так просто их не раскроет (хотя есть пример: Ford выпустил SDK для своих автомобилей).

Продолжая изучать что же передаётся в этих пакетах пришёл к ещё одной идее: при клике на ячейку в таблице, в окне программы справа выводить двоичное и десятичное значение этого байта, а так же брать следующий байт и дополнять до слова. Далее это слово умножать на некий коэффициент и получить десятичный результат. Звучит не очень понятно, но вот в связи с чем это делалось: обороты мотора приходят в пакете CAN ID 0x180, в первых двух байтах. Эти два байта дают некое слово, которое пропорционально оборотам. Если значение этого слова разделить на 8, то получатся текущие обороты. Поэтому указывается множитель 0,125, как обратная величина от 8. Далее это слово визуализируется в графике с динамической подстройкой по амплитуде. В принципе, множитель можно искать в обратной последовательности: нашёл ячейки, которые по графику очень похожи на обороты мотора или ещё что-то искомое, после чего подгоняется множитель для получения действительных значений.

Ну а двоичное представление позволяет искать различные битовые индикаторы. Например поиск индикаторов указателей поворота сводится к тому, чтобы включить их и наблюдать какая ячейка начинает изменяться, в примере ниже это CAN ID 0x481 байт 2. После чего клик по ячейке приводит к отображению её двоичного значения в соответствующем поле, где уже видны переключающиеся младшие два бита (левый, правый и если вместе — аварийная сигнализация).

И напоследок мне понадобилось сделать отправку некоторых управляющих данных в CAN шину и посмотреть реакцию на эти команды. В программу на Arduino был добавлен код, который принимает данные со стороны компьютера и передаёт в CAN шину. Именно на этом этапе пришлось отказаться от CyberLib, так как у неё не было поддержки прерывания поступления данных в буфер последовательного порта. В программе на компьютере добавил несколько текстовых полей, в которые можно ввести различные параметры и таблицу для просмотра ответа исполнительного устройства. В примере ниже показаны команды управления включить/отключить первую скорость вентилятора охлаждения (0x0A) и включить/отключить муфту кондиционера (0x0B).

Практически нигде не найти полные расшифровки данных производителей, тем более официальных. В лучшем случае это будут чьи-то изыскания в рамках реализации какой-то дополнительной функции. CAN sniffer может помочь в поиске этих данных. Я смог найти порядка 40 различных параметров автомобиля и ради эксперимента, на базе полученных данных, я сделал собственное управление вентилятором охлаждения.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле

  
  

  источники:

  https://fasad-adelante.ru/arduino-dlya-can-shiny

  📸 Видео

  🔌 OBD2 симулятор на Arduino и CAN Bus MCP2515Скачать

  

  лекция 403 CAN шина- введениеСкачать

  

  ESP32 CAN Monitor Обзор (простейший монитор шины CAN на ESP32)Скачать

  

  Оживление по шине LIN блока кнопок стеклоподъемников от Mercedes Benz W220Скачать