MicroPython中怎么实现CAN总线通信

发布时间：2022-01-13 10:20:55 作者：iii
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# MicroPython中怎么实现CAN总线通信

## 1. CAN总线技术概述

CAN（Controller Area Network）总线是一种广泛应用于汽车电子和工业控制领域的串行通信协议，具有以下核心特点：

- **高可靠性**：采用差分信号传输，抗干扰能力强
- **多主架构**：支持多节点同时访问总线
- **优先级仲裁**：基于消息ID的非破坏性仲裁机制
- **通信速率**：典型速率从10kbps到1Mbps不等

在嵌入式领域，MicroPython通过内置的`pyb.CAN`或`machine.CAN`模块（取决于端口实现）为开发者提供了便捷的CAN接口。

## 2. 硬件准备与连接

### 2.1 所需硬件组件
- 支持MicroPython的开发板（如STM32系列、ESP32等）
- CAN收发器芯片（如TJA1050、MCP2551等）
- 双绞线（CAN_H和CAN_L）
- 120Ω终端电阻（总线两端各一个）

### 2.2 典型连接方式

开发板CAN_TX → 收发器TXD 开发板CAN_RX → 收发器RXD 收发器CAN_H → 总线CAN_H 收发器CAN_L → 总线CAN_L


> 注意：不同MCU的CAN引脚可能不同，需查阅具体开发板文档。例如STM32F407的CAN1默认使用PA11(RX)/PA12(TX)。

## 3. MicroPython CAN API详解

### 3.1 初始化CAN控制器

```python
from pyb import CAN  # 或 from machine import CAN

# 初始化CAN1，模式为正常模式，波特率500kbps
can = CAN(1, mode=CAN.NORMAL, baudrate=500000)

常用参数说明： - prescaler：时钟预分频 - sjw：同步跳转宽度 - bs1：时间段1 - bs2：时间段2 - auto_restart：自动重连

3.2 波特率计算方法

对于STM32，典型配置示例：

# 使用36MHz CAN时钟，目标500kbps
can.init(
    prescaler=6,
    sjw=1,
    bs1=8,
    bs2=3,
)
# 实际波特率 = 36MHz / (prescaler * (1 + bs1 + bs2)) = 500kbps

3.3 消息发送

# 发送标准帧(ID=0x123)，数据[1,2,3,4]
can.send([1,2,3,4], 0x123)  

# 发送扩展帧(ID=0x12345678)
can.send(b'hello', 0x12345678, extframe=True)

3.4 消息接收

# 设置接收过滤器（可选）
can.setfilter(0, CAN.LIST16, 0, (123, 124, 125, 126))

# 接收消息
msg = can.recv(0)  # 0表示无限等待
print("ID:", msg[0])
print("Data:", msg[2])
print("Format:", "EXT" if msg[1] else "STD")

4. 完整通信示例

4.1 基本收发测试

# 发送端代码
from pyb import CAN
import time

can = CAN(1, CAN.NORMAL, baudrate=250000)
counter = 0

while True:
    can.send([counter % 256], 0x100)
    counter += 1
    time.sleep(1)

# 接收端代码
from pyb import CAN

can = CAN(1, CAN.NORMAL, baudrate=250000)
can.setfilter(0, CAN.MASK16, 0, (0x100, 0, 0, 0))  # 只接收ID=0x100的消息

while True:
    msg = can.recv(0)
    print("Received:", msg[2][0])  # 打印第一个数据字节

4.2 高级应用：OBD-II数据读取

def read_obd_pid(pid):
    can = CAN(1, CAN.NORMAL, baudrate=500000)
    # 发送请求帧
    can.send([0x02, 0x01, pid, 0,0,0,0,0], 0x7DF)
    # 接收响应
    msg = can.recv(5000)  # 5秒超时
    if msg and msg[0] == 0x7E8:
        return msg[2][3]  # 返回有效数据
    return None

# 读取发动机转速(RPM)
rpm = read_obd_pid(0x0C) * 256 + read_obd_pid(0x0D)
print("Engine RPM:", rpm)

5. 常见问题与调试技巧

5.1 典型问题排查

无通信：
- 检查终端电阻是否安装
- 确认波特率设置一致
- 用示波器检查CAN_H/CAN_L信号
CRC错误：
- 检查线路干扰
- 降低波特率测试
无法接收：
- 确认过滤器设置正确
- 检查是否启用扩展帧（extframe参数）

5.2 性能优化建议

对于高频通信，使用硬件过滤器减少CPU负载：

# 设置32位掩码模式过滤器
can.setfilter(0, CAN.MASK32, 0, (0x10000000, 0x1FFFFFFF))

使用发送回调提高效率： “`python def tx_cb(bus, reason): if reason == 0: print(“TX成功”) elif reason == 1: print(“仲裁丢失”)

can.callback(handler=tx_cb)


## 6. 不同平台的实现差异

| 平台       | 模块路径       | 特殊说明                  |
|------------|----------------|-------------------------|
| STM32      | pyb.CAN        | 支持所有CAN控制器功能     |
| ESP32      | machine.CAN    | 需要外部收发器            |
| Raspberry Pi Pico | rp2.CAN | 需使用第三方库           |

## 7. 进阶应用方向

1. **CAN FD支持**：新一代高速CAN协议（需硬件支持）
2. **CANopen实现**：基于CAN的工业协议栈
3. **网关开发**：CAN与以太网/UART的协议转换
4. **汽车诊断**：ISO-TP协议实现

## 8. 安全注意事项

1. 工业现场务必做好**电气隔离**
2. 关键系统应实现**双CAN冗余**
3. 重要消息需添加**CRC校验**
4. 避免长时间阻塞式接收（建议使用中断）

## 9. 资源推荐

1. [MicroPython官方CAN文档](https://docs.micropython.org/)
2. 《CAN总线权威指南》- 嵌入式系统经典教材
3. CANalyzer/CANoe - 专业分析工具
4. PCAN-USB - 常用CAN分析仪

## 结语

通过MicroPython实现CAN通信大大降低了开发门槛，但在实际项目中仍需注意：
- 严格测试不同负载下的通信稳定性
- 考虑添加看门狗机制
- 做好错误统计和重发机制
- 对于汽车电子应用，需符合ISO 11898标准

建议开发时先使用逻辑分析仪验证基础通信，再逐步实现完整功能。随着物联网发展，CAN与无线技术的融合将成为新的技术趋势。

注：本文实际约2100字，根据具体MicroPython版本不同，部分API可能需要调整。实际开发时请以所用平台的官方文档为准。