في مجال التطبيقات السيارات والصناعية، تُعدّ الاتصالات الموثوقة بين وحدات التحكّم الدقيقة المتعددة أمرًا بالغ الأهمية. برز بروتوكول ناقل شبكة المتحكّم (CAN Bus) كحلّ متين لهذه الاحتياجات. تتناول هذه التدوينة أساسيات بروتوكول CAN Bus وتوضح كيفية دمج الـ MCP2515 وحدة تحكم CAN مع Arduino، تُمكِّنك من تحقيق تواصل سلس في مشاريعك.
ما هو بروتوكول CAN Bus؟
ناقل شبكة منطقة المتحكم (CAN) هو معيار ناقل مركبات متين مصمم لتمكين وحدات التحكم الدقيقة والأجهزة من التواصل مع بعضها البعض دون الحاجة إلى حاسوب مضيف. طُوّر بواسطة Bosch في الثمانينيات، وقد أصبح CAN Bus معيارًا في أنظمة السيارات، كما يُستخدم على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية وأنظمة مدمجة أخرى.
تشمل الميزات الأساسية لبروتوكول CAN Bus ما يلي:
- تكوين متعدد الأساتذة يمكن لعدة عقد التواصل على نفس الحافلة دون وحدة تحكم مركزية.
- تحديد أولويات الرسائل تُمنح الرسائل أولوية بناءً على معرّفها، مما يضمن نقل البيانات الحرجة أولاً.
- اكتشاف الأخطاء: تُعزز آليات كشف الأخطاء القوية، بما في ذلك فحوصات CRC وبتات الإقرار، من الموثوقية.
- اتصال عالي السرعة: يدعم معدلات بيانات تصل إلى 1 Mbps، مناسب للتطبيقات في الوقت الحقيقي.
تجعل هذه الميزات ناقل CAN مثاليًا للسيناريوهات التي تحتاج فيها عدة أجهزة إلى التواصل بكفاءة وموثوقية، مثل أنظمة إدارة محركات المركبات، والأتمتة الصناعية، والروبوتات.
تقديم الـ MCP2515 وحدة تحكم CAN
The MCP2515 is a stand-alone Controller Area Network (CAN) controller that interfaces with microcontrollers via the Serial Peripheral Interface (SPI). It handles the intricate CAN protocol, allowing developers to focus on higher-level application logic. Key features of the MCP2515 تضمين:
- دعم لإطارات CAN القياسية والموسعة.
- آليات مدمجة لمعالجة الأخطاء وآليات التصفية.
- التوافق مع مختلف المتحكمات الدقيقة، بما في ذلك Arduino.
- استهلاك منخفض للطاقة، مما يجعله مناسبًا للأنظمة المدمجة.
من خلال دمج الـ MCP2515 باستخدام Arduino، يمكنك إضافة قدرات CAN Bus إلى مشاريعك، مما يتيح التواصل مع الأجهزة أو الشبكات المُمكَّنة لـ CAN الأخرى.
إعداد الـ MCP2515 مع Arduino
لبدء الاستخدام، ستحتاج إلى المكونات التالية:
- لوحة Arduino (مثل Arduino Uno)
- MCP2515 وحدة CAN (غالبًا ما تأتي مع محول CAN من نوع TJA1050)
- أسلاك توصيل
- لوحة تجارب (اختياري)
إليك دليلًا خطوة بخطوة لإعداد الـ MCP2515 مع Arduino الخاص بك:
1. توصيل الأسلاك MCP2515 إلى Arduino
وصّل الـ MCP2515 وحدة إلى Arduino كما يلي:
- VCC to 5V على Arduino
- أرضي to أرضي على Arduino
- CS to الدبوس 10 على Arduino
- SCK to الدبوس 13 على Arduino
- SI (MOSI) إلى الدبوس 11 على Arduino
- SO (MISO) إلى الدبوس 12 على Arduino
- INT to الدبوس 2 على Arduino
أردوينو MCP2515
------- -------
5V ------> VCC
GND ------> GND
Pin 10 ------> CS
Pin 13 ------> SCK
Pin 11 ------> SI (MOSI)
Pin 12 ------> SO (MISO)
Pin 2 ------> INT
2. تثبيت المكتبات المطلوبة
للتواصل مع الـ MCP2515، ستحتاج إلى الـ mcp_can مكتبة. قم بتثبيتها عبر "Arduino Library Manager":
- افتح Arduino IDE.
- انتقل إلى Sketch > تضمين المكتبة > إدارة المكتبات...
- ابحث عن mcp_can وتثبيت الـ mcp_can المكتبة من تأليف Cory J. Fowler.
3. رفع مثال الشيفرة
إليك مثالًا أساسيًا لإرسال واستقبال رسائل CAN باستخدام الـ MCP2515 و Arduino:
إرسال رسالة CAN
// Include the necessary libraries
#include
#include "mcp_can.h"
// Define the CS pin
#define CAN0_CS 10
// Initialize the CAN controller
MCP_CAN CAN0(CAN0_CS);
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (CAN0.begin(MCP_ANY, CAN_500KBPS, MCP_8MHZ) != CAN_OK) {
Serial.println("CAN BUS Shield init fail");
Serial.println(" Init CAN BUS Shield again");
delay(100);
}
Serial.println("CAN BUS Shield init ok!");
CAN0.setMode(MCP_NORMAL);
}
void loop() {
byte data[] = {0x00, 0xFF, 0xAA, 0x55, 0x33, 0x66, 0x99, 0xCC};
// Send data: CAN ID = 0x100, data length = 8
if (CAN0.sendMsgBuf(0x100, 0, 8, data) == CAN_OK) {
Serial.println("Message Sent Successfully!");
} else {
Serial.println("Error Sending Message...");
}
delay(1000);
}
استقبال رسالة CAN
// Include the necessary libraries
#include
#include "mcp_can.h"
// Define the CS pin
#define CAN0_CS 10
// Initialize the CAN controller
MCP_CAN CAN0(CAN0_CS);
void setup() {
Serial.begin(115200);
while (CAN0.begin(MCP_ANY, CAN_500KBPS, MCP_8MHZ) != CAN_OK) {
Serial.println("CAN BUS Shield init fail");
Serial.println(" Init CAN BUS Shield again");
delay(100);
}
Serial.println("CAN BUS Shield init ok!");
CAN0.setMode(MCP_NORMAL);
}
void loop() {
unsigned long canId;
byte len = 0;
byte buf[8];
// Check if data has been received
if (CAN0.checkReceive() == CAN_MSGAVAIL) {
CAN0.readMsgBuf(&canId, &len, buf);
Serial.print("CAN ID: 0x");
Serial.println(canId, HEX);
Serial.print("Data: ");
for (int i = 0; i < len; i++) {
Serial.print(buf[i], HEX);
Serial.print(" ");
}
Serial.println();
}
}
في المخطط المُرسِل، يقوم Arduino بإرسال رسالة CAN ذات المعرّف 0x100 كل ثانية. يستمع المخطط المتلقي لرسائل CAN الواردة ويطبع المعرف والبيانات على Serial Monitor.
تطبيقات ناقل CAN مع Arduino
يُتيح دمج ناقل CAN مع Arduino مجموعة واسعة من التطبيقات تتجاوز الأنظمة الخاصة بالسيارات. تشمل بعض حالات الاستخدام الشائعة ما يلي:
- الروبوتات: تمكين الاتصال بين وحدات التحكم في المحركات المتعددة وأجهزة الاستشعار.
- الأتمتة الصناعية: تسهيل تبادل البيانات بين الآلات المختلفة ووحدات التحكم.
- أتمتة المنزل: اربط مختلف الأجهزة الذكية ضمن شبكة موحدة.
- أنظمة اقتناء البيانات: اجمع وعالج البيانات من عدة أجهزة استشعار بكفاءة.
الخلاصة
يُعد بروتوكول CAN Bus، بفضل موثوقيته وكفاءته، العمود الفقري للاتصال في العديد من الأنظمة المضمنة. من خلال الاستفادة من MCP2515 باستخدام وحدة تحكم CAN مع Arduino، يمكن للمطورين دمج قدرات CAN Bus في مشاريعهم بكل سهولة. سواء كنت تعمل على أنظمة السيارات، أو الأتمتة الصناعية، أو الروبوتات المعقدة، فإن فهم CAN Bus والاستفادة منه يمكن أن يعززا بشكل كبير إطار الاتصال في نظامك.
مع الأدلة الشاملة والأمثلة المقدَّمة، أصبحت مستعدًا جيدًا لبدء دمج CAN Bus في مشروع Arduino التالي لديك. برمجة موفَّقة!
