chuẩn giao tiếp CAN và ứng dụng giao tiếp gồm 5 thiết bị

Sơ đồ mạch giao tiếp 5 thiết bị sử dụng chuẩn truyền CAN...4 II.. CAN, một hệ thống bus nối tiếp có tính toàn vẹn cao cho thiết bị mạng thông minh, nổi lên như một tiêu chuẩn mạng trong

Mục lục:

1 Lịch sử về CAN (Controller Area Network) 2

2 Ưu điểm của CAN 2

3 Ứng dụng của CAN 3

4 Sơ đồ mạch giao tiếp 5 thiết bị sử dụng chuẩn truyền CAN 4

II Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong mạch 5

1 Led 5

2 LCD 5

3 MCP 2551 7

4 MCP 2515 8

III Thiết kế mạch 9

1 Sơ đồ nguyên lí 9

2 Sơ đồ mạch CAN 9

3 Sơ đồ mạch Master 10

4 Sơ đồ mạch slave 1 11

5 Sơ đồ mạch slave 2 12

6 Sơ đồ mạch slave 3 13

7 Sơ đồ mạch slave 4 15

8 Sơ đồ Mạch Can kết nối với vi điều khiển 16

IV Kết luận 16

I Tìm hiểu đề tài.

1 Lịch sử về CAN (Controller Area Network)

Bosch lần đầu phát triển Controller Area Network (CAN) vào năm 1985 cho mạng bên trong xe Trong quá khứ, các nhà sản xuất ô tô kết nối các thiết bị điện tử trong xe sử dụng hệ thống dây point-to-point Các nhà sản xuất đã bắt đầu sử dụng ngày càng nhiều thiết bị điện tử trong xe, mà kết quả dây cồng kềnh, nặng nề và tốn kém Sau đó, họ thay thế hệ thống dây điện chuyên dụng với các mạng trong xe, trong

đó giảm chi phí hệ thống dây điện, phức tạp, và trọng lượng CAN, một hệ thống bus nối tiếp có tính toàn vẹn cao cho thiết bị mạng thông minh, nổi lên như một tiêu chuẩn mạng trong xe Ngành công nghiệp ô tô phát triển một cách nhanh chóng thông qua CAN và vào năm 1993, nó đã trở thành tiêu chuẩn quốc tế ISO 11898 Từ năm 1994, một số các giao thức cấp cao hơn đã được chuẩn hóa về CAN, như CANopen và DeviceNet Các thị trường khác đã áp dụng rộng rãi các giao thức bổ sung, mà bây giờ

là tiêu chuẩn cho truyền thông công nghiệp Bài này tập trung vào CAN như một mạng lưới trong xe

2 Ưu điểm của CAN

 Chi phí thấp:

CAN cung cấp một mạng lưới bền, rẻ tiền giúp nhiều thiết bị CAN giao tiếp với nhau Một lợi thế là các đơn vị điều khiển điện tử (ECU) có thể có một giao diện CAN đơn chứ không phải là những ngõ vào analog và digital tới mỗi thiết bị trong hệ thống Điều này làm giảm chi phí tổng thể và cân nặng trong xe ô tô

 Truyền thông phát sóng:

Mỗi thiết bị trong mạng lưới có một chip điều khiển CAN và đó là sự thông minh Tất

cả các thiết bị trong mạng lưới đều xem được tất cả các messages truyền đi Mỗi thiết

bị có thể quyết định xem một messages có liên quan không, hay nó nên được lọc đi

Cấu trúc này cho phép sửa đổi đối với các mạng CAN với tác động tối thiểu Các nodes có thể được thêm vào mà không sửa đổi tới mạng

 Sự ưu tiên:

Mỗi messages có ưu tiên, do đó, nếu hai nodes cố gắng gửi messages cùng một lúc, thì node nào có ưu tiên cao hơn sẽ được truyền và node nào có ưu tiên thấp hơn sẽ bị hoãn lại Điều này sẽ không làm phá hủy hoặc làm gián đoạn quá trình truyền tải message

có ưu tiên cao nhất

 Khả năng lỗi:

Các đặc điểm kỹ thuật CAN bao gồm một Cyclic Redundancy Code (CRC) để thực hiện kiểm tra lỗi trong nội dung của mỗi frame Các frames có lỗi được bỏ qua bởi tất

cả các nodes, và một frame lỗi có thể được truyền để báo hiệu lỗi tới mạng Lỗi toàn cục và cục bộ được phân biệt bởi bộ điều khiển, và nếu có quá nhiều lỗi được phát hiện, các node riêng lẻ có thể ngừng phát lỗi hoặc tự ngắt kết nối với mạng hoàn toàn

Hình 1 Mạng CAN giảm đáng kể hệ thống dây điện.

3 Ứng dụng của CAN

CAN lần đầu tiên được tạo ra để sử dụng trong ô tô, vì vậy ứng dụng phổ biến nhất là mạng điện tử trong xe Tuy nhiên, những ngành công nghiệp khác đã nhận thấy

sự tin cậy và lợi thế của CAN trong vòng 20 năm qua, họ đã mở ra một loạt các ứng dụng Bạn có thể tìm thấy CAN với những cấp độ khác nhau của nhiều mạng trong

những chiếc xe - ví dụ, trong việc kết nối các đơn vị cửa hoặc bộ điều khiển phanh, đơn vị đếm hành khách, và nhiều hơn nữa… CAN cũng có ứng dụng trong máy bay với cảm biến flight-state, hệ thống định vị, và máy tính nghiên cứu trong buồng lái Ngoài ra, bạn có thể tìm thấy CAN bus trong nhiều ứng dụng hàng không vũ trụ, khác nhau từ việc phân tích dữ liệu bay cho tới hệ thống điều khiển động cơ máy bay như hệ thống nhiên liệu, máy bơm, thiết bị truyền động tuyến tính

Các nhà sản xuất thiết bị y tế sử dụng CAN như một mạng nhúng trong các thiết bị y

tế Trong thực tế, một số bệnh viện sử dụng CAN để quản lý hoàn toàn phòng điều hành Bệnh viện kiểm soát các thiết bị trong phòng điều hành như đèn, bàn, cameras, máy X-ray, và giường bệnh với hệ thống CAN-based Thang máy và thang cuốn cũng

sử dụng mạng CAN, và bệnh viện sử dụng các giao thức CANopen để liên kết các thiết

bị nâng, thiết bi dạng tấm, bộ điều khiển, cửa ra vào, và các thiết bị cản ánh sáng, với nhau và kiểm soát chúng CANopen cũng được sử dụng trong các ứng dụng phi công nghiệp như thiết bị phòng thí nghiệm, máy ảnh thể thao, kính thiên văn, cửa tự động,

và thậm chí cả máy cà phê

4 Sơ đồ mạch giao tiếp 5 thiết bị sử dụng chuẩn truyền CAN

II Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong mạch

1 Led

Viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode, tạm dịch là Điốt phát quang Là các điốt

có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một bán dẫn loại P ghép với một bán dẫn loại N Đèn LED được coi là loại đèn tiết kiệm điện năng nhất,

tạo ra hiệu suất ánh sáng tốt nhất , tỏa nhiệt ít hơn

so với các thiết bị chiếu sáng thông thường.

2 LCD

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau

Chân Ký hiệu Mô tả

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này

với VCC=5V của mạch điều khiển

3 Vee Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic

“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với

logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic

“1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

a

DB0-DB7 Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

3 MCP 2551

Chân Ký hiệu Chức năng

1 TXD Truyền tín hiệu Input

4 RXD Nhận tín hiệu Output

5 Rs Lựa chọn High-Speed, Slope-Control, Standby modes

8 VREF Điện áp tham chiếu

4 MCP 2515

Chân Ký hiệu Mô tả

1 TXCAN Chân truyền tín hiệu

2 RXCAN Chân nhận tín hiệu

III Thiết kế mạch

1 Sơ đồ nguyên lí

2 Sơ đồ mạch CAN

Để thuận tiện cho việc mở rộng modul CAN trong thực tế, nhóm đã thiết kế mạch Can bao gồm 1 MCP 2551 giao tiếp với MCP2515 như trong sơ đồ

Trong đó:

- MCP 2515 là CAN controller

- MCP 2551 là CAN tranceiver

Bus của CAN sẽ được đưa ra 2 header 4x4, chúng sẽ được nối với những mạch CAN khác Header 8 dùng để giao tiếp với vi điều khiển thông qua chuẩn truyền SPI

3 Sơ đồ mạch Master

Mạch Master bao gồm 1 LCD 16x2, 1 vi điều khiển PIC 16f877a và 5 nút nhấn trong đó:

- SW1: Điều khiển động cơ

- SW3: Điều khiển LED_YELLOW

- SW4: Truyền về máy tính

- SW5: Dừng tất cả

- LCD: Hiện trạng thái slave đang hoạt động

- Header 8 kết nối mạch CAN

4 Sơ đồ mạch slave 1

Slave 1 nhận tốc độ từ Master khi nhấn SW1 và điều khiền động cơ DC, tốc độ

sẽ được hiển thị lên LCD và gửi cho Slave 4

5 Sơ đồ mạch slave 2

Slave 2 nhận lệnh từ master khi nhấn SW2 và làm sáng đèn Led

6 Sơ đồ mạch slave 3

Slave 3 nhận lệnh từ master khi nhấn SW3 và làm sáng đèn Led

7 Sơ đồ mạch slave 4

Slave 4 nhận lệnh từ master khi nhấn SW4 hiển thị tốc độ động cơ của slave 1 lên lcd và truyền lên máy tính bằng chuẩn truyền RS232

8 Sơ đồ Mạch Can kết nối với vi điều khiển

Kết nối Master với mạch CAN

LCD thể hiện trạng thái trả về máy tính

IV. Kết luận