Как создать сеть микроконтроллеров на CAN шине?

Question

[BuzzyMan]

Работаю над проектом умного дома, с микроконтроллерами пока только начала знакомство, поэтому иногда возникают затыки.
Компоненты моего умного дома должны общаться по сети. 1-Wire слишком ненадежная и медленная, у Ethernet минус в необходимости коммутатора, да и на каждое исполнительное вешать Ethernet порт глупо.
Пришел к выводу что нужно использовать шину CAN, и скорости достаточно и максимальная длинна соединения приемлема.
Задача создать базовый элемент, который может получать/отправлять данные с CAN шины, и далее обрабатывать эти данные по микропрограмме.
В интернете ходит информация про связку mcp2551 + mcp2515 + avr контроллер, но конкретных схем и примеров рабочего когда я не нашел.
Может кто подскажет в какую сторону копать? Буду очень благодарен если кто поделится опытом работы с CAN

Answer 1

[Макс]

обязательно проводная? вот пример беспроводной.

Comments

[BuzzyMan]

Да, видел эти модули, скорее всего они как расширение по радиоканалу могут пригодиться, но основная сеть должны быть проводной. CAN удобнее всего, и питание до 24V и данные. С радио могут быть глюки.

[Макс]

BuzzyMan: не буду Вас переубеждать, CAN так CAN. Пример шилда и кода несложно гуглится www.seeedstudio.com/wiki/CAN-BUS_Shield

[Макс]

BuzzyMan: там-же есть схема

[BuzzyMan]

Макс: Спасибо, находил эту схемку. Но как-то я не проникся. Не особо понял принципы, буду дальше изучать. Еще ведь и проблема в том что б для тестов получать какие-то данные с CAN шины, а откуда из взять ))

[Макс]

BuzzyMan: купите простой USB-CAN адаптер, подключите к компу - и таки имейте свои данные для тестирования. Что конкретно не понятно в схеме?

[BuzzyMan]

Макс: Ну вот, например, про соединение MCP2551 с MCP2515 TX_CAN соединяется с RX_CAN или же TX_CAN. Как я понял в сети CAN должен быть терминатор, я его не нашел. Но скорее проблемы связаны не с тем что схема кривая, просто пока не умею их правильно читать

[Макс]

BuzzyMan: TX_CAN с TX_CAN. Поставьте Eagle и качните к нему файл - там должна быть прямо схема с разводкой.

[BuzzyMan]

Макс: Большое спасибо, очень помогли!! )))

[Макс]

BuzzyMan: удачи.

Answer 2

[Станислав Шендаков]

ТС не озвучил, как много информации будет ходить по сети. IMHO, вешать CAN на каждое устройство не менее глупо, чем Ethernet, т.к. аппаратный CAN - пока для малоногих МК экзотика, а делать программный, наверное можно, но это уже сильно не для слабонервных. Есть ещё SPI-й MCP2515. Просто и достаточно надёжно проблему решить можно посредством RS485, протокол - MODBUS, который хорошо себя зарекомендовал в промышленности, в сети есть масса примеров для разных реализаций. Для него МК достаточно USART-а, а он есть почти в каждом современном МК, даже в 8-выводных ( как, впрочем и SPI ) и добавить соответствующий трансивер, что-то, вроде AD485. IMHO, какой взять МК - вообще без разницы, лишь-бы его ресурсы соответствовали конкретной задаче, ну и какими средствами разработки/отладки обладает исполнитель.

Comments

[BuzzyMan]

Спасибо за мнение, обязательно его учту. Я смотрел в сторону RS-485, но он мне не особо понравился. CAN показался более надежным и продуманным. Вешать CAN на каждое устройство не планирую, его я выбрал как протокол для взаимодействия основных крупных компонентов сети. Дело в том что хотелось бы сделать достаточно надежную и легкомасштабируемую сеть в этом плане конечно KNX / EIB отвечает всем параметрам, но трансиверы на KNX от 6000 начинаются, а протокола похожего на него я не нашел

[Станислав Шендаков]

RS485 - это не протокол, а лишь среда передачи данных, на физическом уровне CAN устроен точно так-же, как и PROFIBUS, кстати. CAN - скоростной, высоконадёжный протокол для авионики ( и недешёвый в реализации ), нужно-ли оно Вам в полном объёме, неизвестно поэтому я и заострил внимание на требуемые скорости и надёжность доставки данных, а то, может там LIN, или MODBUS справятся. :) Я себе планирую так: 2-4 узла связанных по Ethernet на недорогих МК/одноплатниках по схеме "звезда", а уже от них сеть по шинной топологии на базе MODBUS( RS485 ). В труднодоступных местах это будет Wi-Fi связь на базе модулей с ESP8266. Я вот как-то так это вижу.

Answer 3

[Eddy_Em]

AVR - прошлый век. Советую в сторону STM32 посмотреть. Кстати, если нужно хорошо сэкономить, то можно вместо STM32 подобрать более дешевый STM8, у них тоже есть эдакий CAN (правда, не полноценный).
Плюс еще понадобится преобразователь уровней, но этого добра на ибее/али навалом.
Вот для связи с компьютером придется либо дорогущий PCI'ный CAN-контроллер покупать (с ними, кстати, большая проблема: обычно разработчик выкладывает модули для очень древних ядер, поэтому если не умеете писать/править модули ядра, эту идею лучше сразу отбросить), либо сделать самому на основе того же STM32 переходник USB<->CAN. Еще один вариант: сделать мастер-контроллер с ethernet, на котором будет вертеться веб-морда. Втыкаем его в wifi-рутер и с любого устройства с wifi можем смотреть состояние системы.

Comments

[BuzzyMan]

Благодарю за ответ! Для я думал о разработке на STM32, тем более в сети гораздо больше примеров его работы с CAN чем на тех же AVR. Как я понимаю, CAN контроллер туда уже вшит? А как у них с энерго потреблением?
Вы правы, я как раз планировал для связи с компьютером использовать Ethernet шлюз с мастер-контроллером, который также общается со всеми компонентами по обще CAN-шине.

[Eddy_Em]

BuzzyMan: все зависит от серии и типа МК. Читайте, какая периферия есть. Единственная проблема - у некоторых МК (скажем, STM32F103) тактирование USB и CAN идет от одного таймера, поэтому невозможно работать одновременно с USB и CAN, нужно выбирать немного другой МК (благо, этих серий у STM полным-полно и всегда можно нужное найти).
Энергопотребление тоже зависит от модели, если нужно питать от батарейки, есть STM32L - экономичная серия.
Для нормальной организации веб-морды нужно будет либо пожирней МК выбрать (чтобы все ресурсы в его flash загрузить), либо прицепить к нему SD-карту. Ну и выбирать серии с поддержкой ethernet (STM32F107, STM32F407 и т.п.).
Для разработки рекомендую использовать библиотеку libopencm3. Сам шью эти МК через bootloader, что позволяет не заморачиваться с резервированием толпы ног для J-tag или swdio. Компилятор - arm-none-eabi-gcc, прошивалка - stm32flash, IDE - geany.

[BuzzyMan]

Японский Городовой: Благодарю! Пошел изучать матчасть ))

[BuzzyMan]

Японский Городовой: Спасибо за наводку на STM32, реально крутые МК, AVR нервно курит в сторонке. Прикупил такую платку для тестов www.st.com/web/en/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532...
Да, с инициализацией МК геморрой конечно, Stm32CubeMX вроде разруливает конфликты.

Answer 4

[alexpic]

1-Wire слишком ненадежная и медленная

Она достаточно надежная. Есть множество примеров промышленных устройств, в которых датчики температуры висят на одной шине длиной до 60 метров.

Может кто подскажет в какую сторону копать?

Японский городовой достаточно подробно ответил. Замечу, что для связи с компьютером можно использовать достаточно дешевые CAN-USB адаптеры в том числе с гальванической развязкой. Мы применяем Марафон — у них хорошее железо и API.
Добавлю, что CAN используется в основном в автомобилке или промавтоматике. Шина дифференциальная и поэтому вам придется использовать витую пару. Драйверы физического уровня (PHY) не особо дешевые (по сравнению с тем же 1-Wire, где можно использовать один транзистор). Шина требует терминаторов на концах. В остальном там все хорошо.
Все же подумайте насчет беспроводной сети.

Comments

[BuzzyMan]

Благодарю за ответ! Как раз по совету Японский Городовой стал курить мануалы и даташиты по STM32. CAN-USB адаптер я отмел, так как не вижу в нем смысла (Марафон CAN-bus-USBnp 6000 без НДС дороговато за железку), буду делать сразу Ethernet-шлюз с CAN. Не очень понял для чего для чего мне использовать драйверы PHY, если пины STM32 можно настроить на CAN интерфейс, просто нужно добавить гальваническую развязку для безопасности (возможно я что-то недопонимаю). Разве терминаторы это не обычные резисторы, в этом сложности не вижу.
Беспроводная сеть не отметена, планирую в дальнейшем сделать Радио-шлюз с CAN интерфейсом и исполнительные устройства с радио модулями (например счетчик тепла в моей квартире вынесен на в коллекторный узел на этаже, естественно тянуть туда провод не удобно, проще сделать радио-модуль на батарейках).
Беспроводная сеть хорошо, но меня смущают несколько вещей - надежность, дальность сигнала, устойчивость к помехам и как ни крути все-равно без проводов не обойтись, ведь в любом случае радио-модуль нуждается в питание.

[alexpic]

BuzzyMan: для CAN нужны драйверы. Как и для Ethernet. Без них, например, арбитраж на шине работать не бужет. Терминаторы – да обычные резисторы.

[BuzzyMan]

alexpic: Ок как, что-то этот момент я упустил. MCP2551 - это то что нужно?

[alexpic]

BuzzyMan: Да. Но более популярны TJA1042

[BuzzyMan]

alexpic: Спасибо! А какую платку, на Ваш взгляд, лучше использовать для радио-модуля?

[alexpic]

BuzzyMan: Сейчас набирает силу LoRa — стандарт беспроводной связи от Semtech. Есть расширение LoRaWAN, но оно работает через шлюз. Это то, к чему вам стоит стремиться. Пощупать можно используя модули от микрочипа: www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?product...
А вообще вариантов достаточно много. Скажу лишь, что стоит закладываться на Sub-1GHz решения (433, 868 МГц).

[BuzzyMan]

alexpic: Да, интересная штука, но дороговато. В принципе в таком случае для домашней сети подойдут обычные WiFi модули, а WiFi точка тем же шлюзом выступает. И этот самый шлюз выходит - слабое звено, сдох шлюз и все, сеть упала