Tutorial Arduino

Avui en dia qualsevol cotxe mitjà consta d’entre 60 i 100 unitats de sensors per detectar i intercanviar informació. Amb les fabricacions d'automòbils que fan que el seu cotxe sigui més intel·ligent constantment amb funcions com la conducció autònoma, el sistema de coixins de seguretat, el control de la pressió dels pneumàtics, el sistema de control de velocitat, etc., aquest nombre només s'espera que sigui elevat. A diferència d'altres sensors, aquests sensors processen informació crítica i, per tant, les dades d'aquests sensors s'han de comunicar mitjançant protocols de comunicació estàndard de l' automòbil. Per exemple, les dades del sistema de control de velocitat de creixement, com ara la velocitat, la posició de l’accelerador, etc., són valors vitals que s’envien a la unitat de control electrònic (ECU)per decidir el nivell d’acceleració del cotxe, una mala comunicació o pèrdua de dades aquí podria provocar fallades crítiques. Per tant, a diferència dels protocols de comunicació estàndard com UART, SPI o I2C, els dissenyadors utilitzen protocols de comunicació d’automòbils molt fiables com LIN, CAN, FlexRay, etc.

De tots els protocols disponibles, CAN és més popular i utilitzat predominantment. Ja hem comentat què és CAN i com funciona CAN. Per tant, en aquest article tornarem a examinar els conceptes bàsics i, finalment, també intercanviarem dades entre dos Arduinos mitjançant la comunicació CAN. Sona interessant oi! Comencem, doncs.

Introducció a CAN

CAN aka Controller Area Network és un bus de comunicació en sèrie dissenyat per a aplicacions industrials i automobilístiques. És un protocol basat en missatges utilitzat per a la comunicació entre diversos dispositius. Quan diversos dispositius CAN es connecten junts com es mostra a continuació, la connexió forma una xarxa que actua com el nostre sistema nerviós central permetent que qualsevol dispositiu parli amb qualsevol altre dispositiu del node.

Una xarxa CAN estarà formada només per dos cables CAN High i CAN Low per a la transmissió de dades bidireccional, tal com es mostra més amunt. Normalment, la velocitat de comunicació per a CAN oscil·la entre 50 Kbps i 1 Mbps i la distància pot oscil·lar entre 40 metres a 1 Mbps i 1000 metres a 50 kbps.

Format del missatge CAN:

A la comunicació CAN les dades es transmeten a la xarxa com un format de missatge concret. Aquest format de missatge conté molts segments, però dos segments principals són l’ identificador i les dades que ajuden a enviar i respondre missatges al bus CAN.

Identificador o identificador CAN: l'identificador també es coneix com a identificador CAN o també es coneix com a PGN (Parameter Group Number). S'utilitza per identificar els dispositius CAN presents a una xarxa CAN. La longitud de l’identificador és d’11 o 29 bits segons el tipus de protocol CAN utilitzat.

CAN estàndard: 0-2047 (11 bits)

CAN ampliat: 0-2 ²⁹ -1 (29 bits)

Dades: són les dades reals del sensor / control que s’han d’enviar d’un dispositiu a un altre. Les dades de mida poden tenir entre 0 i 8 bytes de longitud.

Codi de longitud de dades (DLC): de 0 a 8 per al nombre de bytes de dades presents.

Filferros utilitzats a CAN:

El protocol CAN consta de dos cables, és a dir, CAN_H i CAN_L per enviar i rebre informació. Tots dos cables actuen com una línia diferencial, és a dir, el senyal CAN (0 o 1) està representat per la diferència de potencial entre CAN_L i CAN_H. Si la diferència és positiva i és superior a una tensió mínima determinada, és 1 i si la diferència és negativa, és 0.

Normalment, s’utilitza un cable de parell trenat per a la comunicació CAN. Generalment s’utilitza una sola resistència de 120 ohm als dos extrems de la xarxa CAN, tal com es mostra a la imatge, perquè la línia ha d’estar equilibrada i lligada al mateix potencial.

Comparació de CAN sobre SPI i I2C

Com que ja hem après a utilitzar SPI amb Arduino i IIC amb Arduino, comparem les funcions de SPI i I2C amb CAN

Paràmetre	SPI	I2C	LLAUNA
Velocitat	De 3 Mbps a 10 Mbps	Estàndard: 100 Kbps	De 10 KB a 1 Mbps També depèn de la longitud del cable utilitzat
Ràpid: 400 Kbps
Velocitat alta: 3,4 Mbps
Tipus	Síncrona	Síncrona	Asíncron
Nombre de cables	3+ (MISO, MOSI, SCK, SS1, SS2… SS (n))	2 cables (SDA, SCL)	2 cables (CAN_H, CAN_L)
Dúplex	Dúplex complet	Mig dúplex	Mig dúplex

Aplicacions de protocol CAN

A causa de la robustesa i fiabilitat del protocol CAN, s’utilitzen en indústries com ara automoció, màquines industrials, agricultura, equipament mèdic, etc.
Com que la complexitat del cablejat es redueix a CAN, s’utilitzen principalment en aplicacions d’automoció com el cotxe.
El cost baix d’implementació i el preu dels components de maquinari també és menor.
Fàcil d'afegir i eliminar els dispositius de bus CAN.

Com s'utilitza el protocol CAN a Arduino

Com que Arduino no conté cap port CAN incorporat, s’utilitza un mòdul CAN anomenat MCP2515. Aquest mòdul CAN es relaciona amb Arduino mitjançant la comunicació SPI. Vegem més detalls sobre l’MCP2515 i com s’interface amb Arduino.

Mòdul CAN MCP2515:

El mòdul MCP2515 té un controlador CAN MCP2515 que és un transceptor CAN d'alta velocitat. La connexió entre MCP2515 i MCU es fa mitjançant SPI. Per tant, és fàcil connectar-se amb qualsevol microcontrolador que tingui interfície SPI.

Per als principiants que vulguin aprendre CAN Bus, aquest mòdul actuarà com un bon començament. Aquesta placa CAN SPI és ideal per a automatismes industrials, domòtics i altres projectes incrustats en automoció.

Característiques i especificacions de MCP2515:

Utilitza un transceptor CAN d'alta velocitat TJA1050
Dimensió: 40 × 28 mm
Control SPI per ampliar la interfície de bus Multi CAN
Oscil·lador de cristall de 8 MHz
Resistència del terminal de 120Ω
Té clau independent, indicador LED, indicador d'alimentació
Admet l'operació CAN d'1 Mb / s
Funcionament en espera de baixa intensitat
Es poden connectar fins a 112 nodes

Pinout del mòdul CAN MCP2515:

Nom del pin	ÚS
VCC	Pin d'entrada d'alimentació de 5V
GND	Pas de terra
CS	Pin de selecció SPI SLAVE (actiu baix)
TAN	Conductor de sortida esclau d'entrada mestre SPI
SI	Conductor d’entrada esclau de sortida mestre SPI
SCLK	Pin de rellotge SPI
INT	Pin d'interrupció MCP2515

En aquest tutorial veurem com enviar dades del sensor d’humitat i temperatura (DHT11) des d’Arduino Nano a Arduino Uno mitjançant el mòdul de bus CAN MCP2515.

Components necessaris

Arduino UNO
Arduino NANO
DHT11
Pantalla LCD de 16x2
Mòdul CAN MCP2515 - 2
Potenciòmetre de 10 k
Taula de pa
Connexió de cables

Esquema de connexions

Connexió al costat del transmissor CAN:

Component - Pin	Arduino Nano
MPC2515 - VCC	+ 5V
MPC2515 - GND	GND
MPC2515 - CS	D10 (SPI_SS)
MPC2515 - SO	D12 (SPI_MISO)
MPC2515 - SI	D11 (SPI_MOSI)
MPC2515 - SCK	D13 (SPI_SCK)
MPC2515 - INT	D2
DHT11 - VCC	+ 5V
DHT11 - GND	GND
DHT11 - OUT	A0

Connexions de circuits al costat del receptor CAN:

Component - Pin	Arduino UNO
MPC2515 - VCC	+ 5V
MPC2515 - GND	GND
MPC2515 - CS	10 (SPI_SS)
MPC2515 - SO	12 (SPI_MISO)
MPC2515 - SI	11 (SPI_MOSI)
MPC2515 - SCK	13 (SPI_SCK)
MPC2515 - INT	2
LCD - VSS	GND
LCD - VDD	+ 5V
LCD - V0	Al PIN del centre del potenciòmetre de 10K
LCD - RS	3
LCD - RW	GND
LCD - E	4
LCD - D4	5
LCD - D5	6
LCD - D6	7
LCD - D7	8
LCD - A	+ 5V
LCD - K	GND

Connexió entre dos mòduls CAN MCP2515

H - CAN alt

L - CAN Baix

MCP2515 (Arduino Nano)	MCP2515 (Arduino UNO)
H	H
L	L

Un cop fetes totes les connexions, el meu maquinari semblava a continuació

Programació d'Arduino per a la comunicació CAN

Primer hem d’instal·lar una biblioteca per a CAN a Arduino IDE. La interfície del mòdul CAN MCP2515 amb l'Arduino es fa més fàcil mitjançant la següent biblioteca.

Descarregueu el fitxer ZIP de la biblioteca CAN MCP2515 d'Arduino.
Des de l’IDE Arduino: Sketch -> Include Library -> Add.ZIP Library

En aquest tutorial, la codificació es divideix en dues parts, una com a codi de transmissor CAN (Arduino Nano) i una altra com a codi de receptor CAN (Arduino UNO), que es troben a la part inferior d'aquesta pàgina. L’explicació del mateix és la següent.

Abans d'escriure el programa per enviar i rebre dades, assegureu-vos que heu instal·lat la biblioteca seguint els passos anteriors i que el mòdul CAN MCP2515 s'inicialitza al programa de la manera següent.

Inicialitzeu el mòdul CAN MCP2515:

Per crear connexió amb MCP2515, seguiu els passos següents:

1. Definiu el número de pin on està connectat SPI CS (10 per defecte)

MCP2515 mcp2515 (10);

2. Estableix la velocitat de transmissió i la freqüència de l’oscil·lador

mcp2515.setBitrate (CAN_125KBPS, MCP_8MHZ);

Tarifes Baud disponibles:

CAN_5KBPS, CAN_10KBPS, CAN_20KBPS, CAN_31K25BPS, CAN_33KBPS, CAN_40KBPS, CAN_50KBPS, CAN_80KBPS, CAN_83K3BPS, CAN_95KBPS, CAN_100KBPS, CAN_125KBPS, CAN_200KBKPS, CAN_50, CAN_50, CAN_50

Velocitats de rellotge disponibles:

MCP_20MHZ, MCP_16MHZ, MCP_8MHZ

3. Establir modes.

mcp2515.setNormalMode (); mcp2515.setLoopbackMode (); mcp2515.setListenOnlyMode ();

Explicació del codi lateral del transmissor CAN (Arduino Nano)

A la secció del transmissor, Arduino Nano s’ha connectat amb el mòdul CAN MCP2515 mitjançant pins SPI i DHT11 envia dades de temperatura i humitat al bus CAN.

Primer s’inclouen les biblioteques necessàries, Biblioteca SPI per utilitzar la comunicació SPI, Biblioteca MCP2515 per utilitzar la comunicació CAN i Biblioteca DHT per utilitzar el sensor DHT amb Arduino . Prèviament hem interfaçat DHT11 amb Arduino.

#incloure #incloure #incloure

Ara es defineix el nom del pin de DHT11 (pin OUT) que està connectat amb l'A0 d'Arduino Nano

#defineix DHTPIN A0

I també, el DHTTYPE es defineix com DHT11.

#define DHTTYPE DHT11

Un tipus de dades d’estructura canMsg per emmagatzemar el format de missatge CAN.

struct can_frame canMsg;

Definiu el número de PIN on està connectat SPI CS (10 per defecte)

MCP2515 mcp2515 (10);

I també, objecte dht per a la classe DHT amb pin DHT amb Arduino Nano i tipus DHT com DHT11 s’inicialitza.

DHT dht (DHTPIN, DHTTYPE);

Següent a la configuració nul·la ():

Comenceu la comunicació SPI mitjançant la següent declaració

SPI.begin ();

A continuació, utilitzeu la sentència següent per començar a rebre valors de temperatura i humitat del sensor DHT11.

dht.begin ();

A continuació, el MCP2515 s'està RESET mitjançant l'ordre següent

mcp2515.reset ();

Ara l'MCP2515 té una velocitat de 500 KBPS i 8 MHz com a rellotge

mcp2515.setBitrate (CAN_500KBPS, MCP_8MHZ);

I el MCP2525 està configurat en mode normal

mcp2515.setNormalMode ();

Al bucle buit ():

La següent afirmació obté el valor Humitat i temperatura i s’emmagatzema en una variable sencera h i t.

int h = dht.readHumidity (); int t = dht.readTemperature ();

A continuació, l'ID CAN es dóna com a 0x036 (a elecció) i DLC com 8 i ens donen les dades HYT als dades i les dades i la resta de dades amb tots 0.

canMsg.can_id = 0x036; canMsg.can_dlc = 8; canMsg.data = h; // Actualitza el valor de la humitat a canMsg.data = t; // Actualitza el valor de la temperatura a canMsg.data = 0x00; // Descanseu-ho tot amb 0 canMsg.data = 0x00; canMsg.data = 0x00; canMsg.data = 0x00; canMsg.data = 0x00; canMsg.data = 0x00;

Al cap i a la fi, per enviar el missatge a CAN BUS utilitzem la següent afirmació.

mcp2515.sendMessage (& canMsg);

Ara les dades de temperatura i humitat s’envien com a missatge al bus CAN.

Explicació del codi lateral del receptor CAN (Arduino UNO)

A la secció del receptor, Arduino UNO es va connectar amb la pantalla LCD MCP2515 i 16x2. Aquí Arduino UNO rep la temperatura i la humitat del bus CAN i mostra les dades rebudes en pantalla LCD.

Primer s’inclouen les biblioteques necessàries, la biblioteca SPI per utilitzar la comunicació SPI, la biblioteca MCP2515 per utilitzar la comunicació CAN i la biblioteca LiquidCrsytal per utilitzar la pantalla LCD 16x2 amb Arduino .

#incloure #incloure #incloure

A continuació, es defineixen els pins LCD que s'utilitzen per connectar-se amb l'Arduino UNO.

const int rs = 3, en = 4, d4 = 5, d5 = 6, d6 = 7, d7 = 8; LiquidCrystal lcd (rs, en, d4, d5, d6, d7);

Es declara un tipus de dades estruct per emmagatzemar el format de missatge CAN.

struct can_frame canMsg;

Definiu el número de PIN on està connectat SPI CS (10 per defecte)

MCP2515 mcp2515 (10);

En configuració nul·la ():

Primer, la pantalla LCD es configura en mode 16x2 i es mostra un missatge de benvinguda.

lcd.begin (16,2); lcd.setCursor (0,0); lcd.print ("CIRCUIT DIGEST"); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("CAN ARDUINO"); retard (3000); lcd.clear ();

Comenceu la comunicació SPI mitjançant la següent declaració.

SPI.begin ();

A continuació, el MCP2515 s'està RESET mitjançant l'ordre següent.

mcp2515.reset ();

Ara l'MCP2515 té una velocitat de 500 KBPS i 8 MHz com a rellotge.

mcp2515.setBitrate (CAN_500KBPS, MCP_8MHZ);

I el MCP2525 està configurat en mode normal.

mcp2515.setNormalMode ();

Següent en bucle buit ():

La següent declaració s’utilitza per rebre el missatge del bus CAN. Si es rep un missatge, entra a la condició if .

if (mcp2515.readMessage (& canMsg) == MCP2515:: ERROR_OK)

En la condició if , les dades es reben i s'emmagatzemen en c anMsg , les dades que tenen un valor d'humitat i les dades que tenen un valor de temperatura. Els dos valors s’emmagatzemen en un enter x i y.

int x = canMsg.data; int y = canMsg.data;

Després de rebre els valors, els valors de temperatura i humitat es mostren a la pantalla LCD de 16x2 mitjançant la següent afirmació.

lcd.setCursor (0,0); lcd.print ("Humitat:"); lcd.print (x); lcd.setCursor (0,1); lcd.print ("Temp:"); lcd.print (y); retard (1000); lcd.clear ();

Funcionament de la comunicació CAN en Arduino

Un cop el maquinari estigui a punt, pengeu el programa per al transmissor CAN i el receptor CAN (els programes complets es donen a continuació) a les respectives plaques Arduino. Quan estigueu alimentat, heu de notar que el valor de temperatura llegit per DHT11 s'enviarà a un altre Arduino mitjançant la comunicació CAN i es mostrarà a la pantalla LCD del ^segon Arduino, tal com es pot veure a la imatge següent. També he utilitzat el comandament a distància per comprovar si la temperatura que es mostra a la pantalla LCD s’acosta a la temperatura real.

El treball complet es pot trobar al vídeo enllaçat a continuació. Si teniu alguna pregunta, deixeu-los a la secció de comentaris o utilitzeu els nostres fòrums per a altres qüestions tècniques.