CAN-Kommunikation mit Arduino

Einleitung / Aufgabenstellung

In diesem Beitrag wird erläutert, wie mit einem Arduino Daten per CAN-Protokoll übertragen werden können. Dazu wird ein CAN-Shield der Firma Sparkfun eingesetzt. Alle verwendeten Programme bzw. Libraries werden an entsprechender Stelle hochgeladen. Zur Überprüfung der Kommunikation wird ein "CAN-Case" der Firma Vector eingesetzt.

Ziel dieses, im Rahmen des SDE-Praktikums "Systemintegration", ist es einen Arduino in Simulink so zu programmieren, dass mit diesem Sensoren ausgelesen, sowie Aktuatoren angesteuert werden können, wobei alle Informationen über CAN gesendet bzw. empfangen werden sollen. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sollen die Grundlage für ein Carolo-Cup Fahrzeug sein, welches komplett auf Mikrocontrollerbasis aufgebaut wird.

Testen der Hardware in einem CAN-Netzwerkes

Um die Funktion der zur verfügung gestellten Hardware zu testen, wird ein kleines CAN-Netzwerk mit zwei Teilnehmern aufgebaut. Ein Teilnehmer ist dabei der Arduino mit einem CAN-Shield der Firma Sparkfun. Der andere Teilnehmer ist ein CAN-Case der Firma Vector. Es soll gewährleistet werden, dass beide Teilnehmer senden und empfangen können. Um dies zu wird ein kleines Programm erstellt, welches eine CAN-Botschaft empfängt und zurückschickt. Das Programm bedient sich dieser Library, welcher auf der Sparkfun Seite von diversen Nutzern hochgeladen wurde. Die Library lässt durch einfaches Kopieren in den Arduino Unterordner "Libraries" (z.B. ...\arduino-1.0.3\libraries) einbinden. Der Ablauf des Programmes wird am Ende dieses Kapitels erläutert.

Erste Versuche mit gegebener Hard- und Software blieben erfolglos, nach diversen Tests stellte sich heraus das die Verbindung über das vorgekripte Kabel nicht funktioniert. Der Grund dafür könnte sein, dass der Arduino ein zu schwaches Signal sendet, sodass dieses über die Leitungslänge verloren geht. Das Arduino-Shield stellt an anderer Stelle CAN-H und CAN-L zur verfügung, über diese Kontakte könnte über einadrige Leitungen einer direkte Verbindung zu dem CAN-Case hergestellt werden. Dabei ist zu beachten das ein Aufstecken des CAN-Shieldes nur bei dem Arduino UNO möglich ist. Möchte man einen Arduino Mega 2560 verwenden, müssen die Pins des Shieldes mit Leitungen zu bestimmten Pins des Arduino Megas geleitet werden. Die Pin-Zuordnung dieser Pins zeigt folgende Tabelle:

CAN-Shield	Arduino-Mega	Arduino-UNO
VIN	VIN	VIN
GND	GND	GND
GND	GND	GND
+5V	+5V	+5V
+3,3V	+3,3V	+3,3V
RST	RST	RST
D10	D50	D10
D11	D51	D11
D12	D52	D12
D13	D53	D13

alle anderen Pins sind zum Betrieb des Shields nicht notwendig.

Bei dem elektronischen Aufbau dieses Versuches ist zu beachten das die Enden der CAN-Leitungen mit einem 120 Ohm Widerstand zwischen CAN-H und CAN-L abgeschlossen werden müssen. Wird dies nicht gemacht kommt es zu Reflektionen der Signale an den Leitungenden wodurch im schlimmsten Fall ein Kommunizieren auf der Leitung unmöglich wird. Das folgende Bild zeigt Schematisch den Aufbau:

Umsetzung der Aufgabe in Simulink

Eine Anleitung zur Entwicklung von Arduino Treibern in Simulink befindet sich unter dem Link: http://www.mathworks.de/matlabcentral/fileexchange/39354-device-drivers