Arduino开发实例-多机CAN-Bus通信（基于MCP2515）

多机CAN-Bus通信（基于MCP2515）

在本文中，将使用 Microchip MCP2515 CAN 总线模块和 Arduino 板进行基于CAN总线通信协议通信。实例中使用一对 CAN 总线模块 MCP2515，我们将在一定的距离内发送 DHT11 传感器数据。通常情况下，CAN 的通信速度范围从 50 Kbps 到 1Mbps，距离范围可以从 1Mbps 的 40 米到 50kpbs 的 1000 米。

1、CAN简单介绍

控制器局域网（Controller Area Network）也称为CAN-BUS，是一种常见的工业总线，具有传输距离长、通信速度中等、可靠性高等特点。它常见于现代机床和汽车诊断总线。

CAN总线是博世（Bosch）开发的汽车总线，允许微控制器和设备在没有主机的情况下在车内相互通信。

CAN总线是一种基于消息的协议，专为汽车应用而设计，但现在也用于航空航天、工业自动化和医疗设备等其他领域。

CAN总线于 1994 年成为国际标准 (ISO 11898)，专为机动车辆电子控制器之间的快速串行数据交换而开发。它连接各个系统和传感器，作为传统多线织机的替代品。它允许汽车组件在高达 1Mbps 的单线或双线网络数据总线上进行通信。

在现代车辆系统中，有超过 60 到 100 个传感器单元用于传感和交换信息。同样，汽车制造商也在不断地通过增加自动驾驶、安全气囊系统、ABS（防制动系统）、远程信息处理、变速箱控制、电池管理系统、巡航控制系统等功能来使他们的汽车更智能。数据在非常高速的标准汽车通信协议中是必需的。 UART、SPI 和 I2C 等标准通信协议对于该系统来说并不可靠。因此，需要一个像 CAN 协议这样的汽车通信协议，以实现单次高速和 1000 次数据传输。

CAN BUS 的工作原理

CAN 总线使用两条专用线进行通信。电线称为 CAN 高和 CAN 低。 CAN 控制器通过这两条线连接到网络上的所有组件。每个网络节点都有一个唯一的标识符。总线上的所有 ECU 都是有效并行的，这就是为什么所有节点一直都能看到所有数据的原因。节点仅在检测到自己的标识符时才响应。可以从网络中删除单个节点而不影响其他节点。

当 CAN 总线处于空闲模式时，两条线路都承载 2.5V。当数据位正在传输时，CAN 高电平线变为 3.75V，CAN 低电平线下降到 1.25V，从而在线路之间产生 2.5V 的差分。

CAN 电源可以通过 CAN 总线提供。或者CAN总线模块的电源可以单独安排。电源线可以与 CAN 总线完全分开，从而将两条 2 线电缆用于网络，也可以将其集成到与 CAN 总线相同的电缆中，从而形成一条 4 线电缆。

CAN 总线通信的特性允许所有模块在总线上传输和接收数据。任何模块都可以传输数据，所有其余模块都可以接收这些数据。首先将 CAN 总线带宽分配给最安全的关键系统非常重要。节点通常被分配到多个优先级之一。称为仲裁的过程决定任何消息的优先级。

大多数汽车 CAN 网络以 250 kB/s 或 500 kB/s 的总线速度运行。

CAN Bus应用

CAN Bus协议应用广泛，比如：

用于传输安全气囊、防抱死制动、电动助力转向等。
用于音频-视频系统。
用于电梯和自动扶梯。
用于运动相机。
用于自动门。
用于望远镜和咖啡机。
用于带有飞行状态传感器的飞机
导航系统，以及对飞机发动机控制系统的飞行数据分析
燃油系统、线性执行器和泵。
用于窗户、门和镜子的调整。
用于铁路应用，例如有轨电车、有轨电车、地铁、轻型铁路、长途火车等。

CAN Bus与 SPI 及I2C的比较

	I2C	SPI	CAN
速度	标准：100Kbps，快速：400 Kbps，高速：3.4Mbps	3Mbps 至 10Mbps	10KBps 至 1MBps
类型	同步	同步	异步
接线	2 线（SDA、SCL）	4 线 (MISO, MOSI, SCK, CS)	2 线(CAN_H, CAN_L)
双工模式	半双工	全双工	半双工

2、MCP2515介绍

MCP2515 CAN 总线控制器是一个简单的模块，支持 CAN 协议 2.0B 版，可用于 1Mbps 的通信。

该特定模块基于 MCP2515 CAN 控制器 IC 和 TJA1050 CAN 收发器 IC。 MCP2515 IC 是一款独立的 CAN 控制器，具有用于与微控制器通信的集成 SPI 接口。 TJA1050 IC，它充当 MCP2515 CAN 控制器 IC 和物理 CAN 总线之间的接口。

该模块有一个 8 MHz 晶体振荡器。甚至还提供 16 MHz 版本。可以连接一个跳线，这将提供 120 欧姆的终止。 CAN_H 和 CAN_L 是两个螺钉，可以将电线连接到远处以与其他 CAN 模块通信。

以下是 MCP2515 CAN 模块的原理图：

MCP2515 IC 是主控制器，内部由三个主要子组件组成：CAN 模块、控制逻辑和 SPI 模块。 CAN 模块负责在 CAN 总线上发送和接收消息。控制逻辑通过连接所有模块来处理 MCP2515 的设置和操作。 SPI Block 负责 SPI 通信接口。 TJA1050 IC 负责从控制器获取数据并将其中继到总线上。

MCP2515具有如下特性：

使用高速CAN收发器TJA1050
尺寸：40×28mm
用于扩展Multi CAN总线接口的SPI控制
8MHZ晶振
120Ω终端电阻
具有独立按键、LED指示灯、电源指示灯
支持 1 Mb/s CAN 操作
低电流待机操作
最多可连接112个节点

3、硬件准备

本次实例使用的硬件如下：

序号	组件	描述	数量
1	Arduino 开发板	Arduino Nano Atmega328开发板	1
2	Arduino 开发板	Arduino Uno Atmega328开发板	1
3	CAN模块	MCP2515	2
4	LCD显示器	JHD1622A 16X2 LCD 显示模块	1
5	I2C模块	16x2 LCD I2C模块	1
6	温度湿度传感器	DHT11	1
7	连接线	杜邦线	30
8	面包板	面包板	2

4、硬件接线

下面将 MCP2515 CAN 总线模块与 Arduino 连接并测试 CAN 通信协议。我们将借助一对 Arduino 板和 MCP2515 CAN 模块通过 CAN 总线传输 DHT11 传感器数据。简单的接线如下：

由Arduino UNO Board、CAN 模块和I2C LCD组成的上部是接收器部分。同样，由Arduino Nano Board、CAN Module和DHT11 传感器组成的底部是发射器部分。

发送器和接收器部分在 MCP2515 CAN 总线模块的帮助下相互连接。发射器的 CAN_H 和 CAN_L 分别连接到接收器的 CAN_H 和 CAN_L。

具体接线如下下表：

MCP2515 引脚	Arduino 引脚
VCC	5V
GND	GND
CS	D10
SO	D12
SI	D11
SCK	D13
INT	D2

5、驱动实现

本次使用的CAN Bus驱动库如下：

https://github.com/autowp/arduino-mcp2515/

该驱动库有如下特点：

以高达 1 Mb/s 的速度实现 CAN V2.0B
高达 10 MHz 的 SPI 接口
标准（11 位）和扩展（29 位）数据和远程帧
两个带有优先消息存储的接收缓冲区

DHT11驱动库如下：

https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library

CAN数据发送端代码如下

#include <SPI.h> //Library for using SPI Communication 
#include <mcp2515.h> //Library for using CAN Communication (https://github.com/autowp/arduino-mcp2515/)
#include <DHT.h> //Library for using DHT sensor 
 
#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT11
 
struct can\_frame canMsg;
 
MCP2515 mcp2515(10);
 
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);     //initilize object dht for class DHT with DHT pin with STM32 and DHT type as DHT11
 
 
void setup()
{
  while (!Serial);
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin();               //Begins SPI communication
  dht.begin();               //Begins to read temperature & humidity sesnor value
 
  mcp2515.reset();
  mcp2515.setBitrate(CAN_500KBPS, MCP_8MHZ); //Sets CAN at speed 500KBPS and Clock 8MHz
  mcp2515.setNormalMode();
}
 
 
void loop()
{
  int h = dht.readHumidity();       //Gets Humidity value
  int t = dht.readTemperature();    //Gets Temperature value
 
  canMsg.can_id  = 0x036;           //CAN id as 0x036
  canMsg.can_dlc = 8;               //CAN data length as 8
  canMsg.data[0] = h;               //Update humidity value in [0]
  canMsg.data[1] = t;               //Update temperature value in [1]
  canMsg.data[2] = 0x00;            //Rest all with 0
  canMsg.data[3] = 0x00;
  canMsg.data[4] = 0x00;
  canMsg.data[5] = 0x00;
  canMsg.data[6] = 0x00;
  canMsg.data[7] = 0x00;
 
  mcp2515.sendMessage(&canMsg);     //Sends the CAN message
  delay(1000);
}

CAN数据接收端

#include <SPI.h> //Library for using SPI Communication 
#include <mcp2515.h> //Library for using CAN Communication (https://github.com/autowp/arduino-mcp2515/)
#include <LiquidCrystal\_I2C.h>
 
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);  // set the LCD address to 0x3F for a 16 chars and 2 line display
 
struct can\_frame canMsg;
 
MCP2515 mcp2515(10);                 // SPI CS Pin 10
 
 
void setup()
{
  Serial.begin(9600);                //Begins Serial Communication at 9600 baudrate
  SPI.begin();                       //Begins SPI communication
  lcd.init();
  lcd.clear();         
  lcd.backlight();      // Make sure backlight is on
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("CANBUS TUTORIAL");
  delay(3000);
  lcd.clear();
 
  mcp2515.reset();
  mcp2515.setBitrate(CAN_500KBPS, MCP_8MHZ); //Sets CAN at speed 500KBPS and Clock 8MHz
  mcp2515.setNormalMode();                  //Sets CAN at normal mode
}
 
 
void loop()
{
  if (mcp2515.readMessage(&canMsg) == MCP2515::ERROR_OK) // To receive data (Poll Read)
  {
    int x = canMsg.data[0];
    int y = canMsg.data[1];
 
    lcd.setCursor(0, 0);         //Display Temp & Humidity value received at 16x2 LCD
    lcd.print("Humi: ");
    lcd.print(x);
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Temp: ");
    lcd.print(y);
    delay(1000);
    lcd.clear();
  }
}

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/127980503