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如何使用MCP2515和Arduino模块创建CAN总线网络

创作时间:

作者:

@小白创作中心

如何使用MCP2515和Arduino模块创建CAN总线网络

引用

来源

https://zh-cn.hwlibre.com/%E5%A6%82%E4%BD%95%E4%BD%BF%E7%94%A8-mcp2515-%E5%92%8C-arduino-%E6%A8%A1%E5%9D%97%E5%88%9B%E5%BB%BA-CAN-%E6%80%BB%E7%BA%BF%E7%BD%91%E7%BB%9C/

CAN总线是一种广泛应用于汽车和工业领域的串行通信协议。本文将详细介绍如何使用MCP2515模块和Arduino创建CAN总线网络，包括硬件连接、软件编程以及网络规划要点。

什么是CAN总线？

CAN总线（Controller Area Network）是一种串行通信协议，允许不同的设备相互通信。它由博世于1986年开发，专为汽车应用而设计，但其用途已扩展到工业自动化等其他领域。在这种类型的网络中，连接的设备无需中央主机或控制器即可发送和接收消息，这使其成为通信和可靠性至关重要的环境中非常有效的协议。

现代汽车包含70多个控制设备，称为ECU（电子控制单元），通过CAN总线相互连接。借助该协议，ECU可以交换汽车运行的关键信息，例如车速数据或油门位置。

CAN总线拓扑和信号

CAN系统的拓扑结构为多主机，这意味着连接到网络的任何设备都可以控制总线来发送消息。所有节点都会监听这些消息并决定是否响应或忽略它们。

从物理角度来看，通信是通过两条电缆进行的：CAN_H和CAN_L。这些电缆经过编织以最大限度地减少电磁干扰。此外，网络末端必须使用120欧姆电阻器进行端接，以避免信号反射。

CAN信号传输

CAN系统使用两种逻辑状态进行通信：显性和隐性。在显性状态下，CAN_H的电压为3.5V，CAN_L的电压为1.5V。在此状态下，传输逻辑“0”。另一方面，在隐性状态下，两根线的电压均为2.5V，表明总线空闲，可以传输逻辑“1”。正是两根电缆之间的电压变化允许数据在网络上传输。

MCP2515模块

ElMCP2515模块它是为Arduino添加CAN连接的理想解决方案。它由CAN控制器（MCP2515，遵循CAN 2.0B规范）和CAN收发器（TJA1050，处理物理通信）组成。这两个芯片协同工作，因此您可以通过SPI接口使用Arduino发送和接收CAN消息。

MCP2515支持标准（11位）和扩展（29位）消息，并能够通过使用掩码和过滤器过滤掉不需要的消息，从而减轻微控制器的工作负担。对于需要可靠通信的项目来说，无论是在嘈杂的环境中还是长距离，它都是一个绝佳的选择。

MCP2515模块组件

MCP2515模块包括以下部分：

MCP2515 CAN控制器：负责执行所有CAN协议功能，例如发送和接收消息。
TJA1050 CAN收发器：负责将来自CAN控制器的数据转换为物理CAN总线的信号，反之亦然。
SPI通信引脚：MCP2515使用SCK、MOSI、MISO和CS引脚，通过其SPI接口与Arduino进行通信。
CAN总线端子：这个小螺丝接线端子标有“H”和“L”。CAN_H和CAN_L必须连接到CAN网络电缆。

如何使用Arduino建立CAN网络

使用MCP2515模块，设置CAN网络相对简单。下面我将解释如何将模块连接到Arduino板以及如何配置软件。

MCP2515模块连接

首先，按如下方式连接Arduino的SPI引脚：

MISO（模块输出）连接到Arduino的D12引脚
MOSI（模块输入）到Arduino的引脚D11
SCK（时钟）至Arduino引脚D13
CS（片选）至Arduino引脚D10

您还需要将MCP2515的INT引脚连接到Arduino数字引脚，例如D2，因为该引脚用于在收到有效消息时处理中断。

不要忘记为模块供电。VCC引脚应连接至5V，GND引脚应接地。

对于CAN总线端子，在要互连的不同节点之间将CAN_H连接到CAN_H，将CAN_L连接到CAN_L。请记住，CAN总线两端必须使用120欧姆电阻进行端接。

Arduino编程

连接节点后，就可以对Arduino进行编程，使其通过MCP2515模块与CAN总线进行通信。最好的方法是使用合适的库，例如库'mcp2515'。

首先，您需要安装这个库。如果您使用的是Arduino IDE，请转至Sketch > Include Library > Manage Libraries。搜索“mcp2515”并选择安装选项。

安装库后，您可以继续为发射器节点和接收器节点编写代码。下面我向您展示两者的基本示例。

发送节点的代码示例

此代码每秒通过CAN总线发送一条“Hello World”消息。

#include <mcp2515.h>

MCP2515 CAN(SS);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Serial.println("Nodo transmisor CAN");
  if (!CAN.begin(500E3)) {
    Serial.println("Error al iniciar CAN");
    while (1);
  }
}

void loop() {
  Serial.print("Enviando mensaje... ");
  CAN.beginPacket(0x12);
  CAN.write('H');
  CAN.write('o');
  CAN.write('l');
  CAN.write('a');
  CAN.write(' ');
  CAN.write('M');
  CAN.write('u');
  CAN.write('n');
  CAN.write('d');
  CAN.write('o');
  CAN.endPacket();
  Serial.println("Mensaje enviado correctamente");
  delay(1000);
}

接收节点的代码示例

该代码接收来自CAN总线的消息并将其显示在串行监视器上。

#include <mcp2515.h>

MCP2515 CAN(SS);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Serial.println("Nodo receptor CAN");
  if (!CAN.begin(500E3)) {
    Serial.println("Error al iniciar CAN");
    while (1);
  }
  CAN.onReceive(onReceive);
}

void loop() {}

void onReceive(int packetSize) {
  Serial.print("Mensaje recibido con ID: 0x");
  Serial.print(CAN.packetId(), HEX);
  Serial.print(" | Tamaño: ");
  Serial.print(packetSize);
  Serial.print(" | Datos: ");
  while (CAN.available()) {
    Serial.print((char)CAN.read());
  }
  Serial.println();
}