สื่อสารระหว่างบอร์ด arduino หรือ Esp ผ่านสายยาวๆ ด้วย CAN bus โดยใช้โมดูล MCP2515

5 years ago

By Seller

สวัสดีครับ ในการสร้างยานพาหนะคันนึง มักประสบปัญหาทางการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ที่มีระยะระหว่างอุปกรณ์ยาวๆ มากกว่า 2 เมตรขึ้นไป การสื่อสารโดยใช้ I2C หรือ SPI หรือ Uart มักประสบปัญหาเรื่องแรงดันที่ลดลงเมื่อระยะทางที่มากขึ้น ทำให้การแปลงค่าเป็น logic ต่างๆไม่สมบูรณ์ เช่น

ฝั่งส่ง ส่งไป 5v (logic HIGH) สายไฟที่ใช้อาจจะเป็นสายเส้นเล็กเกินไปทำให้แรงดันไฟตกเหลือแค่ 3.8v ซึ่งอาจไม่พอที่จะทำให้ฝ่ายรับเข้าใจว่าเป็น logic HIGH ทำให้การสื่อสารไม่สมบูรณ์

CAN bus จึงเปลี่ยนวิธีการอิงจาก 0v เป็นอิงจาก "ผลต่างแรงดันระหว่างสายสองเส้น" โดยสายสองเส้นเรียกว่า CAN High และ CAN Low โดยปกติทั้งสองเส้นจะมีแรงดันที่ 2.5v เมื่อมีการส่งข้อมูล สายที่เป็น CAN High จะมีแรงดันเพิ่มขึ้นเป็น 3.75V และสายที่เป็น CAN Low จะมีแรงดันลดลงเป็น 1.25V เมื่อคิดแรงดันผลต่างระหว่างเส้น จะกลายเป็น 2.5V ดังรูป

แล้วมันแก้ปัญหาเรื่องระยะทางอย่างไรล่ะ? คือเมื่อสายแต่ละเส้นมีแรงดันที่ลดลงจากระยะทางที่มากขึ้นของสายไฟเช่น ลดลงไป 1.2v เท่าๆกัน CAN High จะเหลือ 2.55 CAN Low จะเหลือ 0.05V ผลต่างแรงดันทั้งคู่ก็ยังคงเป็น 2.5V เท่าเดิม

มาลองดูความยาวสายไฟที่ CAN Bus สามารถทำได้กัน จะเห็นว่าที่ความถี่ข้อมูลต่ำๆ สามารถส่งไปได้ไกลถึง 1000m เลยทีเดียว ซึ่งเมื่อเทียบกับ I2C bus ที่ให้ความเร็วที่ 100Kbps ที่ 1m และ 10Kbps ที่ 10m เท่านั้นเอง

ความเร็ว bit rate	ความยาวสายไฟสูงสุด (in m)
1Mbit/s	25
800Kbit/s	50
500Kbit/s	100
250Kbit/s	250
125Kbit/s	500
50Kbit/s	1000

นอกจากข้อดีเรื่องระยะความยาวสายไฟที่เหนือกว่าการสื่อสารแบบ I2C CAN bus ยังมีความสามารถสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ใดๆ โดยทุกอุปกรณ์สามารถเป็นได้ทั้ง Master และ Slave ในตัวเดียวกัน ซึ่งแต่ละอุปกรณ์จะกรองข้อมูลที่วิ่งผ่านสาย CAN bus เพื่อนำไปใช้ประโยชน์เท่าที่ตัวเองต้องการ และยังมีระบบป้องกันการชนกันของข้อมูลด้วยการจัดลำดับความสำคัญของข้อมูลนั้นๆ ทำให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลถูกส่งไปอย่างถูกต้อง

รูปด้านล่างแสดงให้เห็นว่า จากเดิมเมื่ออุปกรณ์แต่ละอุปกรณ์ต้องสื่อสารกัน การใช้ CAN Bus ช่วยลดความยาวสายไฟจากการใช้สายไฟร่วมกันได้อย่างง่ายดาย

ในบทความนี้จะสาธิตการใช้ CAN Bus กับ Arduino สองบอร์ด เพื่อส่งตัวเลขกันครับ แต่เนื่องจาก Arduino เดิมๆ ไม่สามารถสื่อสารด้วย CAN Bus ได้ เพราะมีแต่ I2C/Uart/SPI โมดูล MCP2515 จึงถูกใช้เป็นสื่อการที่แปลง SPI เป็น CAN bus โดยโมดูลตัวนี้จะรองรับ CAN protocal เวอร์ชัน 2.0B สามารถสื่อสารได้เร็วถึง 1Mbps

โมดูล MCP2515 ภายในจะมี ic ย่อยอยู่ 2 ตัว คือ MCP2515 ic ทำหน้าที่รับ SPI แปลงเป็น Uart ส่งต่อให้ TJA1050 ic ที่ทำหน้าที่แปลง Uart เป็น CAN bus ดังรูปด้านล่าง

รายละเอียดแค่พอประมาณ learning by doing กันเลยดีกว่า โดยการต่อวงจรระหว่าง Arduino และ MCP2515 มีอุปกรณ์ต่างๆที่ใช้ดังนี้
อุปกรณ์ที่ใช้

1. Arduino Nano 3.0 ใช้ชิฟ CH340G แถมสาย mini usb x2
2. breadboard 830 hole MB-102 บอร์ดทดลองแบบใส 830รู
3. ชุดสายไฟสำหรับต่อวงจร 140 เส้น breadboard jumper boxed 140 peices
4. โมดูลแปลง CAN bus เป็น SPI bus MCP2515 SPI CAN Bus Controller and Driver Module

โดยให้เราต่อวงจรตามรูปด้านล่าง เราจะแบ่งส่วนตัวส่งกับตัวรับกันดังรูป

ตามวงจรด้านบน หน้าตาก็จะประมาณนี้ ถ้าใครมี Oscilloscope ลองจับตรงขา CAN high และ CAN low บน โมดูล MCP2515 ของ Arduino ฝั่งรับเพื่อจับสัญญาณที่มันได้มาจาก Arduino ฝั่งส่งดูครับ

ในส่วนของโปรแกรม ให้เราโหลดไลบรารี่สำหรับโมดูลนี้ได้จาก Library manager ชื่อ CAN_BUS_SHIELD

หรือผ่านลิ้ง

https://github.com/Seeed-Studio/CAN_BUS_Shield

จากนั้นให้อัพโหลด Code ตามArduino ที่เราแยกฝั่งส่งฝั่งรับลงไป

Code ฝั่งส่ง

Code ฝั่งรับ

เมื่อลองใช้ Oscilloscope จะพบว่า CAN bus มีข้อมูลวิ่งในสายพร้อมใช้งานแล้ว

เมื่อเปิด Serial monitor เราจะเห็นว่าฝั่งรับมีข้อมูลเข้ามา 8 byte ซึ่งเป็นปกตืของ CAN bus ที่สามารถส่งข้อมูลได้ตั้งแต่ 0-8 byte โดยให้ผู้อ่านลองเล่นกับค่าตัวส่งให้ส่งข้อมูลเป็นตัวอักษรหรือค่าอื่นๆ และลองเพิ่มตัวส่งหรือตัวรับ และลองเปลี่ยน ID จาก 0x00 เป็นค่าอื่นตั้งแต่ 0-2047 ดูโดยไม่จำเป็นต้องไปวุ่นวายกับ protocal เลย หน้าที่นั้น โมดูล MCP2515 เป็นตัวจัดการให้เสร็จสรรพ หน้าที่เราแค่เพียงใส่ id กับ ข้อมูล เท่านั้นเองครับ

แต่หากใครมีปัญหาเรื่องสัญญาณหรี่ออกมาแบบนี้ จะเกิดจากตัวต้านทานปลาย terminal ไม่ถูกใส่อย่างถูกต้อง (รายละเอียดขอละไว้)

แต่โมดูล MCP2515 มีจั้มเปอร์ให้ต่อเพื่อใส่ตัวต้านทานมาให้เสร็จสรรพ เพียงแค่ต่อjumper (หรือบัดกรีเข้าหากัน) ก็แก้ปัญหาเรื่องสัญญาณเพี้ยนได้ทันที

หวังว่าบทความนี้จะจุดประกายไอเดียการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์บางอย่างให้ผู้อ่านไม่มากก็น้อย

ธนบดี บุหลันศรีชาติ
ผู้เขียน

Reference

CAN bus, Arduino communication, การสื่อสารระหว่างบอร์ด

วิธีใช้โมดูลจอพร้อมปุ่ม Knob OLED ขนาด 0.96/1.3 นิ้ว กับ ESP32
4 months ago
หากคุณกำลังมองหาโมดูลที่รวมจอแสดงผลและปุ่มหมุนไว้ในชิ้นเดียวสำหรับการควบคุมเมนู การตั้งค่าพารามิเตอร์ หรือการสร้าง UI แบบอินเทอร์แอคทีฟบนโปรเจกต์ ESP32 หรือ Arduino – โมดูลจอ OLED พร้อมปุ่ม Knob ตัวนี้คือคำตอบ! รายละเอียดสินค้า ชื่อสินค้า:โมดูล…

สรุปการตั้งค่า Arduino IDE สำหรับ esp32-s3 ที่มี 2 usb port!?
4 months ago
ถ้าพูดถึงบอร์ด esp32 devkit ต่าง ๆ ที่มีพอร์ต USB ให้ใช้ เรามักเห็นพอร์ต USB ที่มีจุดประสงค์เพื่อการอัพโหลดโปรแกรมเข้าไป จนกระทั่งการมาของ esp32-s3 เราพบว่า Third party board หลายๆอันทำออกมามี 2 USB แล้วนักพัฒนาอย่างเราต้องใช้อันไหน เปิดไปใน Tools ขอ…

วิธีคำนวณ mAh แบตที่ต้องใช้ใน ESP32 สำหรับทำอุปกรณ์ IoT
8 months ago
ESP32 เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ได้รับความนิยมสูงเนื่องจากความสามารถในการเชื่อมต่อไร้สายและประสิทธิภาพการทำงานที่ดี อย่างไรก็ตาม การจัดการพลังงานเป็นสิ่งสำคัญ โดยเฉพาะเมื่อต้องการให้ ESP32 ทำงานได้นานขึ้นโดยใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ หลักการคำนวณระยะเวลาใช…

วิธีใช้งาน ESP32 กับเซ็นเซอร์วัด PM2.5 PMS3003/PMS7003
8 months ago
ตัวอย่างโค้ดสำหรับการใช้งาน ESP32 ในการวัดค่า PM2.5 และดึงค่าเวลาจาก NTP Server เพื่อส่งข้อมูลไปยัง หน้าจอ LCD 20x2 Hardware Requirements ชุดสินค้า ชุดทดลองทำเซ็นเซอร์วัดฝุ่น PM2.5 ด้วย ESP32 และ PMS3003 พร้อมหน้าจอแสดงผล หรือ Power supply 9v 2a เซนเ…

วิธีการใช้ Library แทนการใช้ millis() ใน Arduino
9 months ago
ในตัวอย่างนี้จะเป็นการใช้ Library ที่ชื่อว่า TickTwo แทนการใช้ millis() ใน Arduino โดย Library นี้จะช่วยในการคำนวณเวลาและเรียกฟังก์ชันที่ต้องการให้ทำงานเมื่อถึงเวลาที่กำหนดไว้ โดยไม่ต้องใช้ millis() ในการคำนวณเวลาเอง และไม่ต้องใช้ if ในการตรวจสอบเวลา…

อ่านทั้งหมด >>