Использование стандарта CAN в ESP32 – полное руководство


В этом уроке мы рассмотрим протокол связи CAN, связав модуль шины CAN MCP2515 с микроконтроллером ESP32. Наша цель — передавать данные с датчика температуры DS18B20 на указанное расстояние с использованием протокола CAN. Также ранее на нашем сайте мы рассматривали подключение контроллера шины CAN MCP2515 к плате Arduino - сейчас это одна из самых популярных статей в сети на русском языке по данному вопросу и одна из самых популярных статей на нашем сайте, в ней вы можете прочитать обзор протокола CAN, форматы CAN сообщений и сравнение CAN с протоколами SPI и I2C.

Использование стандарта CAN в ESP32 – полное руководство

Шина Controller Area Network (CAN) широко используется в промышленных условиях и автомобильной диагностике благодаря своей способности покрывать большие расстояния, умеренной скорости связи и высокой надежности. Стандартные протоколы, такие как UART, SPI и I2C, менее надежны на больших расстояниях. Но CAN идеально подходит для автомобильных систем и сред, где связь осуществляется по обширной проводке. Связь CAN обычно поддерживает скорости в диапазоне от 50 Кбит/с до 1 Мбит/с и может поддерживать целостность сигнала на расстоянии от 40 метров при 1 Мбит/с до 1000 метров при 50 Кбит/с.

Мы будем использовать пару плат ESP32 и модулей MCP2515 для демонстрации передачи данных датчика температуры DS18B20. Передаваемые данные будут получены приемником и отображены на OLED-дисплее. Давайте начнем с сегодняшнего руководства по связи по шине CAN с использованием модуля шины CAN Microchip MCP2515.

Необходимые компоненты

  1. Модуль ESP32 - 2 шт. (купить на AliExpress).
  2. Датчик температуры DS18B20 (купить на AliExpress).
  3. Модуль OLED дисплея SSD1306 128×64 с диагональю 0.96 дюйма и интерфейсом I2C (купить на AliExpress).
  4. MCP2515 CAN Module (контроллер шины CAN MCP2515) – 2 шт. (купить на AliExpress).
  5. Резистор 4,7 кОм (купить на AliExpress).
  6. Макетная плата.
  7. Соединительные провода.

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Модуль контроллера шины CAN MCP2515

Контроллер шины CAN MCP2515 — это простой модуль, поддерживающий протокол CAN версии 2.0B и способный обеспечивать связь со скоростью 1 Мбит/с.

Модуль контроллера шины CAN MCP2515

Этот конкретный модуль основан на CAN контроллере IC MCP2515 и CAN трансивере IC TJA1050. Микросхема MCP2515 является автономным CAN контроллером и имеет интегрированный интерфейс SPI для связи с микроконтроллерами. Что касается микросхемы (IC) TJA1050, она действует как интерфейс между MCP2515 CAN контроллером IC и физической CAN шиной.

Компоненты и распиновка модуля контроллера шины CAN MCP2515

Плата имеет кварцевый генератор 8 МГц. Также доступна версия 16 МГц. Можно прикрепить перемычку, которая даст оконечное сопротивление 120 Ом. CAN_H и CAN_L — это два винта, к которым можно прикрепить провода на расстоянии для связи с другим модулем CAN.

Ниже приведена схема CAN-модуля MCP2515.

Принципиальная схема CAN-модуля MCP2515

Микросхема MCP2515 — это основной контроллер, который внутри состоит из трех основных подкомпонентов: CAN-модуля, управляющей логики и блока SPI. CAN-модуль отвечает за передачу и прием сообщений по CAN-шине. Управляющая логика управляет настройкой и работой MCP2515, связывая все блоки. SPI-блок отвечает за интерфейс связи SPI. Микросхема TJA1050 отвечает за получение данных от контроллера и передачу их на шину.

Особенности и характеристики MCP2515:

  • Использует высокоскоростной CAN-трансивер TJA1050
  • Размеры: 40×28 мм
  • Управление SPI для расширения интерфейса шины Multi CAN
  • Кварцевый генератор 8 МГц
  • Оконечное сопротивление 120 Ом
  • Имеет независимую клавишу, светодиодный индикатор, индикатор питания
  • Поддерживает работу CAN со скоростью 1 Мбит/с
  • Режим ожидания с низким током
  • Возможно подключение до 112 узлов.

Более подробную информацию о данном модуле можно посмотреть в техническом описании MCP2515.

Взаимодействие модуля шины CAN MCP2515 с ESP32

Теперь давайте соединим модуль шины CAN MCP2515 с платой ESP32 и протестируем протокол связи CAN. Мы передадим данные водонепроницаемого датчика температуры DS18B20 по шине CAN с помощью пары модулей ESP32 и модулей CAN MCP2515. Схема для нашего проекта показана на следующем рисунке.

Схема взаимодействия между модулями ESP32 с помощью модулей шины CAN MCP2515

Левая часть схемы, состоящая из платы ESP32, CAN-модуля MCP2515 и датчика DS18B20, является передающей частью.

Аналогично, правая часть схемы, состоящая из платы ESP32, CAN-модуля MCP2515 и OLED-дисплея, является приемной частью.

Передатчик и приемник соединены друг с другом с помощью модуля CAN Bus MCP2515. CAN_H и CAN_L передатчика соединены с CAN_H и CAN_L приемника соответственно.

Внешний вид проекта по взаимодействию между модулями ESP32 с помощью модулей шины CAN MCP2515

Соединение между платой ESP32 и CAN-модулем MCP2515 осуществляется следующим образом.

Контакт MCP2515  Контакт ESP32
VCC 5V
GND GND
CS IO5
SO IO19
SI IO23
SCK IO13
INT IO4

На передающей части вывод датчика DS18B20 подключен к контакту IO21 ESP32. Выход датчика DS18B20 подключен к VCC через резистор 4,7 кОм.

Внешний вид передающей части нашего проекта

На приемной части дисплей I2C OLED имеет 4 контакта и VCC, GND, SCL и SDA. SCL и SDA — это контакты I2C, подключенные к IO22 и IO21 платы ESP32. VCC и GND OLED подключаются к 3,3 В и GND платы ESP32.

Внешний вид приемной части нашего проекта

Вы можете собрать схему на макетной плате или использовать для этого проекта собственную печатную плату.

Исходный код программы

Прежде чем перейти к написанию программы для проекта, нам нужно установить библиотеку MCP2515 CAN Bus Library в Arduino IDE. Загрузите библиотеку по следующей ссылке - библиотека интерфейса CAN MCP2515, а затем добавьте ее в папку Arduino Library.

Эта библиотека для работы с шиной CAN обеспечивает поддержку шины CAN вашего микроконтроллера ESP32 со следующими функциями;

  • реализует CAN V2.0B со скоростью до 1 Мбит/с;
  • интерфейс SPI до 10 МГц;
  • Стандартные (11 бит) и расширенные (29 бит) данные и удаленные кадры;
  • два приемных буфера с приоритетным хранением сообщений.

Вам также необходимо добавить библиотеку OneWire, а также библиотеку температуры Dallas для датчика температуры DS18B20.

Код разделен на две части: одна часть — код CAN-передатчика, другая — код CAN-приемника.

Код передатчика ESP32 CAN

Код CAN-приемника ESP32

Объяснение работы кода

Тип данных структуры canMsg для хранения формата сообщений CAN.

Устанавливаем номер контакта, к которому подключен SPI CS .

MCP2515 сбрасывается с помощью следующей команды.

MCP2515 настроен на скорость 500 Кбит/с и тактовую частоту 8 МГц .

MCP2525 установлен в нормальный режим.

CAN ID задан как 0x036 , а DLC как 2, и мы определяем данные температуры для data[0] и data[1] и сбрасываем все данные на 0. DLC представляет собой код длины данных, указывающий количество байтов, передаваемых в сообщении. В этом случае это 2 для данных температуры.

Для отправки сообщения в шину CAN мы используем следующий оператор.

Отправитель пытается повторно отправить сообщение до MAX_RETRIES раз, если подтверждение не получено в течение 500 миллисекунд. Это помогает гарантировать надежную доставку сообщения.

Этот оператор используется для получения сообщения от шины CAN. Если сообщение получено, оно попадает в условие if.

Если отправитель не может отправить сообщение после разрешенного количества повторных попыток, он выводит сообщение об ошибке на монитор последовательной связи. Это помогает в диагностике проблем со связью.

Тестирование связи между модулями ESP32 через шину CAN

Загрузите оба представленных кода программ на соответствующие платы ESP32. В меню Tools выберите ESP32 Dev Module. Затем выберите COM port. Затем загрузите код.

После загрузки кода, когда плата будет включена, вы должны заметить, что значение температуры, считываемое DS18B20, будет отправлено на другой ESP32 через CAN-коммуникацию.

Тестирование связи между модулями ESP32 через шину CAN

Сообщение будет отображено на OLED-дисплее второго ESP32.

Отображение принятого значения температуры на OLED дисплее приемной части проекта

Вы также можете открыть последовательный монитор и проверить те же сообщения передатчика и приемника.

Тестирование работы проекта в окне монитора последовательной связи

Помните, вам может потребоваться закоротить резистор 120 Ом на плате приемника MCP2515. В противном случае, если он не закорочен, OLED иногда может быть пустым, так как сообщение не получено. Вот как вы можете использовать связь по шине CAN с микроконтроллерами ESP32.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
123 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *