ArduinoNanoとMCP2515でCANデータを受信する

以前、Arduino MEGAとCAN-BUS Shieldを用いて車両のCAN情報を取得する事に成功した。→こちら

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Arduino MEGA+CAN-BUS Shieldはサイズが大きく、かつ値段が高い。今回は、小型化および低価格化を目的としてArduino NanoとMCP2515モジュールを用いてCAN情報を取得したので、その手順を紹介する。

目次

Arduino Nano

Arduino Nano、および格安の互換ボードELEGOO Nanoについてはこちらの記事で紹介している。

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今回はArduino NanoとMCP2515 CAN バス モジュールを組み合わせて、車両CANを受信し、モニターするプログラムを作成てみた。今回はArduino Nanoを使用したものの、互換ELEGOO Nanoを使えばかなり安価にCAN情報が取得可能となる。

MCP2515搭載のCANバスモジュール

通常、Arduinoの場合にはシールドを用いると開発が簡単ではある。しかし、その分コストが高くなってしまうので、今回はCAN-BUS Shieldなどでも使われているCANコントローラMCP2515が搭載された別のCANバスモジュールを使用する。SDカードなどの付属が無いことと、汎用品のためとても安い。CANトランシーバは、CAN-BUS ShieldがMCP2551を使っているのに対し、こちらはTJA1050を使っている。

今回使用したCANバスモジュールはこちら↓CAN-BUS Shieldと比べてかなり安価である。

参考までに、CAN BUS Shieldの情報はこちら↓

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CAN取得ハードウェアの構成

今回のCANデータ取得のための構成。

車両のOBDコネクタからCAN信号を取得するカプラを作成し、CANバスモジュールに入力する。Arduinoの電源はノートPCのUSBで取得するとともに、シリアル通信データをArduinoからノートPCに送る。ノートPCにArduinoの開発環境とシリアルモニタ(プログラムをするわけではないので、お好みでTeraTermなどでもOK)を起動する。なお、CANバスモジュールの電源はArduino Nanoから供給される。

ハードウェアの実際の接続はこんな感じ

USBケーブルは、TypeA-miniBが必要

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OBDコネクタはこちらを使用

Arduino NanoとCANバスモジュールのピンの接続、およびOBDとの接続はジャンパー線で。

ArduinoとCANバスモジュールの接続は以下の通り。

車両との接続

S660のOBD2コネクタの場所

最近の車両にはOBD2コネクタが搭載されている。S660の場合は運転席左側の足元にある。

アルトワークスのOBD2コネクタの場所

車体側のOBD2コネクタは運転席のアクセルペダルの上の方にある。

今回はここに自作のCANケーブルを接続。あとは、ノートPCにArduinoの開発環境を入れ、USBで接続するだけ。

OBDコネクタ

車両のCANデータを受信するためには、車両のCANネットワークに物理的に接続する必要がある。診断機用にOBD2コネクタが車両側についているため、そこに接続することにした。

ピンが付属しているのでカシメるだけ。やり方は、こちらを参考に。

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Arduino用プログラムの開発

ハードウェアの準備が整ったので、今度はプログラム開発を行う。ArduinoMega+CAN-BUS Shieldで開発済みのこちらを修正する。

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プログラムの準備(ライブラリインストール)

CANの入出力ライブラリがCAN-BUS Shieldとは異なるので変更する必要がある。CNA-BUS Shieldに搭載されるチップセットの場合は、mcp2515_can.hをインクルードしていたが、今回はmcp_can.hをインクルードして用いる。MCP_CAN Libraryはこちらからダウンロード可能。下図のようにCode▼をクリックして、Download ZIPを選択してダウンロードする。

ZIPファイルを展開したら、フォルダごとArduinoがインストールされたlibrariesフォルダに移動(私の環境では、「C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries」の下に「MCP_CAN_lib-master」を配置)。Arduinoの開発環境を起動するとライブラリを呼び出せるようになる。

ちなみに、ArduinoMega+CAN-BUS Shieldで作成したプログラムから関数の仕様が多少違う。こちらにMCP_CAN_lib-masterのヘッダファイルがあるので、そちらを読んで変更を行った。

プログラムの作成

Arduinoのスケッチ例。CANのインスタンス生成関数などを変更。

/*
 * File: CAN-RECEIVE_ArduinoNano_MCP2515.ino
 * Arduino NANO と MCP2515,TJA1050を用いたCAN受信
 * 必要なライブラリ: MCP_CAN Library ⇒ https://github.com/coryjfowler/MCP_CAN_lib
 * Author: 岡本一車
 * https://kurumashikou.com/
*/
#include <SPI.h>
#include <mcp_can.h>
#include "string.h"
// ピンの設定
// ここではCAN通信用のCSピンとして、digital 9を使用する
const int SPI_CAN_CS_PIN = 9;
// グローバル変数 ///////////////////////////////////////////
// タイムスタンプ用変数
unsigned long timestamp = 0;
unsigned long timestamp_old = 0;
// 受信メッセージ格納用
unsigned long can_ID = 0;
unsigned char len = 0;
unsigned char buf[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};
// CANデータ書き込み値を保持する
String logDataStr; 
// CANトランシーバにCSピン設定をセットし、CAN通信インスタンスを生成
MCP_CAN CAN(SPI_CAN_CS_PIN);
// 初期設定 ////////////////////////////////////////////////
void setup() {
  // シリアルモニタの設定
  SERIAL_PORT_MONITOR.begin(115200);
  // シリアルポートの準備が整うまで待つ
  while(!Serial);
  
  // CANの初期設定 ///////////////////////////////////////////////
  if (CAN.begin(MCP_ANY, CAN_500KBPS, MCP_8MHZ) != CAN_OK) {
    SERIAL_PORT_MONITOR.println("CAN-BUS initiliased error ..............");
    while(1);
  }else{
    CAN.setMode(MCP_NORMAL);
    SERIAL_PORT_MONITOR.println("CAN-BUS initiliased OK !!");
  }
}
// メイン処理 ////////////////////////////////////////////////
void loop() {
  // CANメッセージ受信したときの動作
  if (CAN_MSGAVAIL == CAN.checkReceive()) {
    // バッファの初期化
    for(int i=0; i<8; i++){
      buf[i] = 0;
    }
    
    // 受信したデータをシリアルモニタに送信 ////////////////////////////////////
    if(timestamp_old == 0){
      timestamp_old = millis();
    }
    // CANデータを取得
    //CAN.readMsgBufID(&can_ID, &len, buf);
    CAN.readMsgBuf(&can_ID, &len, buf);
    // タイムスタンプの取得
    timestamp = millis() - timestamp_old;
    
    // デバッグ用出力
    logDataStr  = "timestamp ";
    logDataStr += String(timestamp);
    logDataStr += String(" / ID ");
    logDataStr += String(can_ID);
    logDataStr += String(" : ");
    logDataStr += String(len);
    logDataStr += String(" : ");
    logDataStr += String(buf[0]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[1]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[2]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[3]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[4]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[5]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[6]);
    logDataStr += String(" ");
    logDataStr += String(buf[7]);  
    logDataStr += "\r\n";
    
    SERIAL_PORT_MONITOR.print(logDataStr);  
  }
}

void setup() でCNAモジュールとArduinoのシリアルポートを初期化。void loop()でCANから受信があったら、そのイベントを拾って、受信バッファの内容をシリアルポートに送るだけの単純なもの。

動作確認

車両側に配線し、Arduinoに焼き込んだらクルマのエンジンをONして動作確認。

ノートPCからArduinoの開発環境を起動し、ツールからシリアルモニタを選択。

こんな感じで出力を取得できた。車両から送られてきているCAN情報の時系列データ。これでIDやデータの取得ができていることが確認できた。

必要なデータをフィルタで絞り込むのはこちらを参照

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まとめ

Arduino MEGA+CAN-BUS Shieldはサイズが大きく、かつ値段が高い。今回は、小型化および低価格化を目的としてArduino NanoとMCP2515モジュールを用いてCAN情報を取得した。Arduino Nanoを互換品で安く置き換えれば、1セットあたりの部品代は3000円以下となるはずだ。お気軽に車両CANの情報を取得することができる。

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