ArduCAN-Servo

Die ArduCAN Familie

Die ArduCAN Familie besteht aus Modulen zum Anschluss an den CAN-Bus. Allen gemein ist, dass sie auf Basis eines Arduino nano und eines gewöhnlichen CAN-Transceivermoduls aufgebaut sind. Der Aufbau ist auch für Lötneulinge relativ einfach möglich, da nur wenige Bauteile einzulöten sind und keine SMD-Teile verwendet werden.

Derzeit besteht die Familie aus:

ArduCAN I/RArduCAN I/OArduCAN I/O für WeichenArduCAN Servo
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Wie funktioniert's?

Der „ArduCAN-Servo“ ist ein Decoder für den CAN-Bus auf Basis eines Arduino nano und verfügt über 8 Ausgänge zum Anschluß von Servos.


Konfiguration

Zur Konfiguration kann der in rocrail bereits bestehendene Programmierdialog des CAN-GC6 verwendet werden.
Mit diesem stellt man standardmäßig die Serovs 1-4 ein. Um mit dem Programmierdialog auf die Servos 5-8 zugreifen zu können, muß die Variable 44 des “ArcuCAN-Servo” zunächst auf 1 gestellt werden. Das erledigt man schnell über den Reiter Variablen. Dann im Feld Übersicht die 44 eintragen und “Auslesen” drücken. Den Zahlenwert auf 1 verändern und “Einstellen” klicken. Fertig. Nun werden im Programmierdialog die Servos 5-8 bearbeitet. Zurückstellen der Variable 44 auf 0 bedeutet wieder Servo 1-4.

Hier gibt's ein Video, in dem gezeigt wird wie's geht.

1. CAN-Bus abfragen2. Einstelldialog für Servos 1 - 4
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3. Variable 44 umstellen4. Einstelldialog für Servos 5 - 8
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Wichtig: Die Einstellung der Variable 44 bezieht sich nur auf den Programmierdialog. In der Verwendung des Decoders hat die Variable keinen Einfluss.

Inbetriebnahme

Der „ArduCAN-Servo“ wird an den CAN-Bus angeschlossen; entweder über D-Sub Stecker oder Standard-Netzwerkkabel, je nachdem welche Buchsen auf der Platine verbaut wurden. Der mit „Busende“ gekennzeichnete Jumper dient dazu den CAN-Bus zu terminieren. Dieser ist am Ende eines CAN-Bus Stranges zu setzen. Die u.g. Details zur Stromversorgung bitte ebenfalls beachten. Nachdem der „ArduCAN-IR“ mit Strom versorgt ist, blinken die LEDs „RX“ und „TX“ des Arduinos für circa fünf Sekunden recht schnell. In dieser Zeit kann durch Drücken und Gedrückthalten des Arduinotasters ein Reset aller Einstellungen des Bausteines ausgelöst werden (Bitte erst Drücken, wenn die LEDs schon 4-5x geblinkt haben). Wenn der Reset abgeschlossen ist, leuchten die beiden LEDs „RX“ und „TX“ dauerhaft. Nun kann der Taster wieder losgelassen werden und der Baustein geht nach Neustart (Netztrennung) normal in Betrieb. Dies ist an der dauerhaft leuchtenden LED „TX“ zu erkennen. Wird währed des Betriebes der Taster des Arduinos kurz gedrückt, so wechselt der Baustein in den Modus zum Einlernen der Knoten-Nummer. Dies wird durch ein Blinken der LED „TX“ signalisiert und „rocrail“ zeigt den enstprechenden Dialog am Bildschirm an. Nach erfolgtem Absenden der neuen Knoten-Nummer durch die Steuerungssoftware (z.B. rocrail) erlischt die LED „TX“ wieder.

Signal-LEDBedeutung
„RX“ und „TX“ blinken schnell für circa 5 SekundenInitialisierung des Prozessors. Resetbefehl durch Drücken und Gedrückthalten des Tasters möglich. Taster erst drücken, wenn „RX“ und „TX“ schon 4-5x geblinkt haben.
„RX“ leuchtet dauerhaftNormaler Betriebsmodus
„TX“ blinktLerne Knotennummer (Setup)
„RX“ und „TX“ leuchten dauerhaftReset beendet → Taster loslassen und Modul vom CAN-Bus trennen (spannungsfrei machen) → Fertig
„RX“ und „TX“ blinken langsamProzessorfehler! Entweder Software nicht richtig eingespielt oder Probleme mit der Spannungsversorgung.


Aufbau

Der Decoder ist für den Eigenbau gedacht. Unbestückte Platinen oder programmierte Prozessoren können aber beim Verfasser (schumo99) angefragt werden. Ich helfe gerne!

Anschlüsse

- für die Servos

Für jedes Servo ist ein 3-poliger Anschluss vorgesehen.

AnschlusspinKabelfarbeelektronische Bedeutung
Pin auf der Boardaussenseiteschwarz/braunMinus-Pol
Mittlerer PinrotPlus-Pol
Pin auf der Boardinnenseite (dem Arduino zugewandet)gelb/weißSignal

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- für den CAN-Bus

Neben den Anschlüssen für die Reflexlichtschranken muss der ArduCAN-IR auch an den CAN-Bus angeschlossen werden. Das kann entweder über D-Sub-Stecker oder über RJ45-Buchsen erfolgen, so dass normale Netzwerkkabel verwendet werden können. Auch ein Mischbetrieb ist möglich. Der Vorteil der Netzwerkkabel ist, dass sie in allen Längen günstig überall zu finden sind. Dem steht der Nachteil gegenüber, dass die Strombelastbarkeit deutlich geringer ist. Deshalb ist die Möglichkeit gegeben auf den ArduCAN die Spannung erneut einzuspeisen und dadurch die geringere Strombelastbarkeit der Kabel auszugleichen. Dies ist nicht auf jedem Modul nötig, kann aber nach eigenen Wünschen von Zeit zu Zeit vorgenommen werden.

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Ja nach gewünschter Konfiguration müssen auf der Unterseite der Platine die entsprechenden Lötjumper geschlossen werden. Welche Jumper bei welcher Kombination zu schließen sind, ist praktischerweise direkt auf der Platine aufgedruckt.

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Die Anschlussbelegung der D-Sub Stecker/Buchsen ist identisch zum bereits bei anderen CAN-Bus Komponenten verwendeten Standard (siehe Punkt Anschlusskabel).
Die RJ45-Steckverbindung ist wie folgt beschaltet:

PinBelegung in Version 1.xBelegung ab Version 2.0Kabelfarbe
1+V Versorgung+V Versorgungws/gn
2+V Versorgung+V Versorgunggn
3CAN LCAN Lws/or
4CAN HGNDbl
5+V Versorgung+V Versorgungws/bl
6GNDCAN Hor
7GNDGNDws/br
8GNDGNDbr

Die Beschaltung der RJ45-Buchse wurde ab Version 2.0 geändert, damit der CAN-Bus auf einem verdrillten Adernpaar läuft.

Stromversorgung

Die Stromversorgung erfolgt standardmäßig aus dem CAN-Bus. Der Jumper „Power“ wird standardmäßig geschlossen und ein Spannungswandler auf die Platine montiert. Dadurch wird die ganze Platine und alle Servos mit dem Strom des CAN-Bus versorgt.
Folgende Möglichkeiten stehen zur Verfügung:

Power-JumperPOWER-INBedeutung/Verwendung
egalnichts angeschlosssenDer „ArduCAN IR“ und alle Anschlüsse werden über den CAN-Bus mit Strom versorgt. (siehe auch *)
GeschlossenCAN-Busspannung, direkt von der CAN-Bus-Schnittstelle entnommenUm Leitungsverluste des CAN-Bus auszugleichen, kann die Busspannung erneut eingespeist werden. Achtung: Keine andere Stromversorgung verwenden
OffenNetzteilDer „ArduCAN-Servo“ und alle Servos werden über das angeschlossene Netzteil mit Strom versorgt. (siehe auch *)
Offen + Lötjumper „+5VIN“ auf der Unterseite geschlossenNetzteil (5V)Die gesamte Stromversorgung des „ArduCAN-Servo” und aller angeschlossenen Servos erfolgt durch das externe Netzteil. In diesem Fall muss der Spannungswandler nicht auf der Platien montiert werden.

* Der „ArduCAN-Servo“ arbeitet intern mit 5V, welche auch den Servos zur Verfügung gestellt werden. Wenn die CAN-Busspannung deutlich über 12V liegt oder die Servos viel Strom benötigen, ist der interne Spannungswandler überlastet. Man merkt das daran, dass der Arduino sehr warm wird, oder es im Extremfall sogar kurze Aussetzer gibt. Dann muss die interne Spannung von 5V mittels eines DC/DC-Wandlers erzeugt werden. Dies ist auf der Platine bereits vorgesehen.

Aus besagten o.g. Gründen wird in jedem Fall empfohlen die Spannungswandlung aufzubauen, da die Servos doch meist etwas mehr Strom verbrauchen. Als Spannunswandler kann z.B. ein LM7805 verwendet werden. C1 und C2 (z.B. 100µF) und der 100nF Kondensator müssen dann auch bestückt werden. Alternativ kann auch ein komplettes step-down Reglermodul , welches pinkompatibel zum 7805 sein muss, benutzt werden. Die Kondensatoren sind dann nicht nötig, schaden aber auch nicht.

Zusammenbau/Teileliste

Fertig bestückte Decoder gibt es keine, jedoch kann ich Platinen und auch programmierte Prozessoren (nanos) abgeben. Für Fragen oder Hilfe stehe ich gerne im rocrailforum oder stummiforum zur Verfügung.
Beim Design der Platine wurde auf einfachen Aufbau geachtet. Daher sind keine SMD-Bauteile einzulöten. Stattdessen müssen hauptsächlich vorgefertigte Baugruppen über Buchsenleisten miteinander verbunden werden.

AnzahlBauteilVerwendung
1xArduino Nano V3.0 5VMikroprozessor. Entsprechende “clones” sind auch möglich. Der darauf verbaute USB Chip ist irrelevant.
1xCAN-Bus Modul MCP2515 TJA1050CAN-Transceiver
2xBuchsenleiste 15-poligZum Aufstecken des Arduino nano
1xBuchsenleiste 7-poligZum Aufstecken des CAN-Transceivers
2xBuchsenleiste 2-poligZum Aufstecken des CAN-Transceivers
2xD-Sub Stecker/Buchse oder RJ45-BuchseZum Anschluss an den CAN-Bus
1xSteckerleiste 2-PinTerminierung des CAN-Busses
4xSteckerleiste 2×3 PinAnschlüsse für IR-Sensoren
1xLM7805Spannungswandler
3xElko 100µFSpannungsstabilisierung (C1, C2 und C5)
1xKeramikkondensator 100nF

Ich habe bei “reichelt” einen Musterwarenkorb erstellt, der alle Teile bis auf den Arduino und den CAN-Transceiver enthält. Die D-Sub-Buchsen oder die RJ45-Buchsen müssen noch gelöscht werden.
Nein, ich bekomme da keine Provision und die Teile gibt's bestimmt auch woanders günstiger.

Aufbau

Wenn die Buchsenleisten nicht in der richtigen Länge zu bekommen sind, diese zuerst mit Säge/Feile auf die richtige Länge bringen (16 → 15-Pin bzw. 3 → 2-Pin). Dann einfach alle Bauteile einlöten, die auf der Unterseite befindliche Lötjumper “SERVO” schliessen und zum Schluss den programmierten Arduino und den CAN-Transceiver aufstecken. Der Arduino muss vorher mit der Software „ArduCAN_Servo.hex“ programmiert werden. Die Fuses sind so zu setzen, dass der Reset-Pin als I/O-Pin aktiviert wird. Es empfiehlt sich einen Bootloader zu benutzen, da sonst keine weitere Programmierung des Arduinos (z.B. Updates) mehr möglich ist.
Achtung: Werden die Fuses falsch gesetzt ist es möglich, dass der Arduino irreparabel beschädigt ist!

Wer es sich nicht zutraut, biete ich gerne an seinen/ihren Arduino zu programmieren oder einen bereits entsprechend programmierten Mikroprozessorbaustein zur Verfügung zu stellen. Gleiches gilt für Platinen.
Einfach kurze PN an schumo99

Der Verfasser übernimmt keine Verantwortung für Funktionsfähigkeit oder etwaige Schäden, die durch die Nutzung der Schaltung entstehen. Der Aufbau erfolgt auf eigene Verantwortung.


Download

Gerberdateien, Aufbauanleitung, inkl. Materialiste, HEX-file können hier geladen werden: https://github.com/schumo99/ArduCAN-Servo

Matthias (schumo99)


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