ESP32でCAN通信(MCP2561 + レベルシフタ)

⚠️

CAN通信を完璧に理解したわけではありませんが、ESP32とMCP2561を使ってCAN通信に成功しましたので、備忘録として残しておきます。

ネットに実例が無さすぎたので、私の様に苦しむ人を減らすべく記事を書きます。

間違っている部分もあるかと思います。

あればTwitterで教えてください(教えてください)(差し支えなければnoticeではなくteachでお願いします)

CAN通信とは

📌

CANはController Area Networkの略称です。

WAN(Wide Area Network)やLAN(Local Area Network)などは高校の情報の授業で習うので有名ですよね。

今回はCampuss Area Networkの話はしていません。

CAN通信は車などでよく使われています

最近はEthernetを使う傾向になってきているという噂を聞きました。

長距離通信が可能です

CAN通信は差動通信なので、他のI2CやSPIに比べてノイズに耐性がある。

他にも波形が綺麗になるなど、さまざまなメリットがありますが、今回のメインはそこではないです。

差動通信について詳しく知りたい方はEDNJapanの記事を見るなどをしてください。

UART・SPI・I2Cなどがマイコンのペリフェラルにはついていますが、これらは長いワイヤを繋いで通信させるのに向いていません。

I2Cに関してはI2Cバスリピータがあれば長距離もできると聞きました。この記事が入り口には良さそうです。
他に長距離通信ができるものにRS485もあります(がCANほどではない)

鳥人間コンテストの飛行機のモジュール間通信にもCAN通信を使用しているチームがいるそうです。

友達/後輩が鳥人間をやっていて聞きました。阪大だっけ。

同じバス上で複数のマイコン同士で通信できます

(ネットワークが構成できる)
I2Cの様にMaster Slaveがない(?)
外部に出す配線を簡素化できる

CANバスドライバが、ある程度の通信エラーに関するエラーハンドリングをしてくれます(たしか…)

バス上のうち、1つのマイコンが受信に失敗したら、全部ちゃんと成功するまで送り直してくれる？らしい。

私もそこまで詳しくないですが、自分の把握している範囲で書いてみました。

CANをする場合のArduinとESP32の回路の比較

ArduinoでCAN通信をする場合はCANドライバとCANトランシーバが必要になるそうです。

しかし、ESP32には内部にCANドライバが内蔵されているそうです。

つまりESP32を使う場合、別途にCANドライバが必要ないのです。

ちなみにSTM32もCANドライバは内蔵されています。

ESP32にはSJA1000というドライバが内蔵されているそうです。

しかし、ESP32のChip revisionによって中のドライバの仕様が変わってくるので注意です。(私が使ったのはESP32 DOITなので、ESP-WROOM-32です。C3とかではないです。)

また、変なことにどうやらESP32には「CANのペリフェラルポート」という概念がないようです。

なんか、自分で任意のピンにCANのTXとRXを生やせるらしいです！！

ESP32 CAN Bus Pinout - ESP32 Forum

Pak00_ESP wrote: Hi, I designed custom board using ESP32-WROOM-32D. I can't find information on which pins I can put the CAN bus. Are there specific pins assigned to the CAN bus ? Thank you very much! No, there are no specific pins for TWAI/CAN.

https://esp32.com/viewtopic.php?t=18593

便利すぎてびっくりしました！

STM32F303K8はCANのペリフェラルという概念があります

CAN1_TDCAN1_RDがCAN通信をする場合にここからしかピン出せませんよなペリフェラルピン

汎用マイコンにもこんな感じの「UARTのTXとRXを自由にスイッチできる機能」を搭載して欲しいですね(ついているやつにはあるらしい)

CANトランシーバをいくつか調べてみた

5時間くらいネットで調べたところ以下のIC達に辿り着けた。

MCP2561 / MCP2551

MCP2562 / MCP2552

TJA1050

SN65HVD230

MAX3051

TJA1441AT (2022/10/14追記こいつは3.3Vでも使えるそうですが最大5Mbpsです)

秋月電子で手に入るものにMCP2561とMCP2562があります。

MCP2562

電源電圧は5V

ロジック電圧は3.3Vも対応できる

秋月で在庫切れ(2022/7/29)

ＣＡＮトランシーバ　ＭＣＰ２５６２ＦＤ−Ｅ／Ｐ: 半導体(モジュール) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販

I-14383]　ＣＡＮトランシーバ　ＭＣＰ２５６２ＦＤ−Ｅ／Ｐ　 ○表示価格は通販の価格です。秋葉原店、八潮店ではWebサイトと価格が異なる場合があります。 ○商品の仕様は予告なく変更する場合があります。 ○ロットを揃えたり指定することはできません。 ○「すべてパックでほしい」「リールでほしい」といった包装の指定はできません。 ...

https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-14383/

MCP2561

電源電圧は5V

ロジック電圧は5V。3.3Vでは動かない

こっちの方が安価

まだ秋月で手に入る(2022/7/29)

akizukidenshi.com

https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-12483/

違いは5番ピンにあります。SPLITとVIO

MCP2561では、SPLITはコモンモード安定化の役割があるらしい

MCP2562では、VIOに3.3Vを印加すれば3.3Vに対応できます

(VIOはIC内部にあるロジックレベル変換器の参照電圧入力)

ESP32 + MCP2561 + FXMA108でCAN通信

今回は秋月でMCP2562(3.3V行ける方)が手に入らなかったのでMCP2561でチャレンジしました。

こんな感じです。めちゃもじゃってます。レベルシフタの周辺がかなりもじゃってます。

ブレッドボードの実態配線図を描くと絶対汚くなるので、少し改変してKeynoteで配線描きました。

使用したパーツ

回路

Senderプログラム


// Copyright (c) Sandeep Mistry. All rights reserved.
// Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.

#include <CAN.h>
#include <Ticker.h>

const int LED_PIN = 2;

Ticker tick;
void setup() {
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
    tick.attach_ms(1000, []() {
        digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
    });
    Serial.begin(2000000);
    while (!Serial)
        ;

    Serial.println("CAN Sender");

    // start the CAN bus at 500 kbps
    CAN.setPins(26, 25);
    if (!CAN.begin(500E3)) {
        Serial.println("Starting CAN failed!");
        while (1)
            ;
    }
}

void loop() {
    // send packet: id is 11 bits, packet can contain up to 8 bytes of data
    Serial.print("Sending packet ... ");

    CAN.beginPacket(0x12);
    CAN.write('h');
    CAN.write('e');
    CAN.write('l');
    CAN.write('l');
    CAN.write('o');
    CAN.endPacket();

    Serial.println("done");

    delay(1000);

    // send extended packet: id is 29 bits, packet can contain up to 8 bytes of data
    Serial.print("Sending extended packet ... ");

    CAN.beginExtendedPacket(0xabcdef);
    CAN.write('w');
    CAN.write('o');
    CAN.write('r');
    CAN.write('l');
    CAN.write('d');
    CAN.endPacket();

    Serial.println("done");

    delay(1000);
}

Reciverプログラム


// Copyright (c) Sandeep Mistry. All rights reserved.
// Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
#include "Arduino.h"
#include <CAN.h>
#include <Ticker.h>
const int LED_PIN = 2;

Ticker tick;
void setup() {
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
    tick.attach_ms(1000, []() {
        digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
    });
    Serial.begin(2000000);
    while (!Serial)
        ;

    Serial.println("CAN Receiver");

    // start the CAN bus at 500 kbps
    CAN.setPins(26, 25);
    if (!CAN.begin(500E3)) {
        Serial.println("Starting CAN failed!");
        while (1)
            ;
    }
}

void loop() {
    // try to parse packet
    int packetSize = CAN.parsePacket();

    if (packetSize) {
        // received a packet
        Serial.print("Received ");

        if (CAN.packetExtended()) {
            Serial.print("extended ");
        }

        if (CAN.packetRtr()) {
            // Remote transmission request, packet contains no data
            Serial.print("RTR ");
        }

        Serial.print("packet with id 0x");
        Serial.print(CAN.packetId(), HEX);

        if (CAN.packetRtr()) {
            Serial.print(" and requested length ");
            Serial.println(CAN.packetDlc());
        } else {
            Serial.print(" and length ");
            Serial.println(packetSize);

            // only print packet data for non-RTR packets
            while (CAN.available()) {
                Serial.print((char)CAN.read());
            }
            Serial.println();
        }

        Serial.println();
    }
}

追加説明

Serialのボーレートを2000000bpsにしているので気をつけてください

Tickerで生存確認のためのLチカをしています(タイマー割り込み)

CAN.setPins(26, 25)でCANのRXTXの設定先を変更しています

成功したらReciver側が以下のツイートにある動画の様にプリントするはずです

どうやら受信割り込みもできるっぽいです

(以下はreciver側のプログラム)


#include <CAN.h>
#include <Ticker.h>
const int LED_PIN = 2;
Ticker tick;

void onReceive(int packetSize);

void setup() {
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
    tick.attach_ms(1000, []() {
        digitalWrite(LED_PIN, !digitalRead(LED_PIN));
    });
    Serial.begin(2000000);
    while (!Serial)
        ;

    Serial.println("CAN Receiver Callback");

    // start the CAN bus at 500 kbps
    CAN.setPins(26, 25);
    if (!CAN.begin(500E3)) {
        Serial.println("Starting CAN failed!");
        while (1)
            ;
    }

    // register the receive callback
    CAN.onReceive(onReceive);
}

void loop() {
    // do nothing
}

void onReceive(int packetSize) {
    // received a packet
    Serial.print("Received ");

    if (CAN.packetExtended()) {
        Serial.print("extended ");
    }

    if (CAN.packetRtr()) {
        // Remote transmission request, packet contains no data
        Serial.print("RTR ");
    }

    Serial.print("packet with id 0x");
    Serial.print(CAN.packetId(), HEX);

    if (CAN.packetRtr()) {
        Serial.print(" and requested length ");
        Serial.println(CAN.packetDlc());
    } else {
        Serial.print(" and length ");
        Serial.println(packetSize);

        // only print packet data for non-RTR packets
        while (CAN.available()) {
            Serial.print((char)CAN.read());
        }
        Serial.println();
    }

    Serial.println();
}