simracing Licznik samochodowy współpracujący z grami - projekt CAN bus

MattechPC · Maj 31, 2024

Witam wszystkich!

Po dłuższej nieobecności na formu chciałbym zaprezentować Wam kilka z moich najnowszych projektów przy okazji po krótce omawiając magistralę CAN bus.

*** Wstęp ***

Do tej pory opublikowałem dwa wpisy na forum opisujące budowę analogowych liczników samochodowych od Forda Galaxy oraz Audi A3 8L. Są to projekty niezwykle proste w budowie, wystarczy na określony pin podać 12V, masę lub sygnał z Arduino o określonej częstotliwości aby ożywić cały licznik i wszystkie wskazówki. Jednak ze względu na swoją prostotę projekty te posiadają liczne ograniczenia - przede wszystkim nie jesteśmy w stanie idealnie symulować zmiennej rezystancji czujnika poiomu paliwa oraz temperatury cieczy. Dodatkowo większosć kontrolek działa w logice 12V przez co nie można nimi sterować bezpośrednio z Arduino. Wszystkie te ograniczenia obchodzą liczniki, które do komunikacji wykorzystują magistralę CAN bus.

*** Założenia projektu ***

Projekt licznika miał być przede wszystkim uniwersalny i działać z szerokim wachlarzem gier - od ETS 2 gdzie prędkości obrotowe silnika wynoszą do 2500 RPM a prędkość rzadko kiedy przekracza 120km/h przez Framingi, BeamNG, Asseto Corsa na F1 kończąc gdzie silnik wkręca się powyżej 10.000 RPM a prędkości znacznie wykraczają za maksymalne wychylenie prędkościomierza licznika samochodowego. Licznik umożliwić ma nie tylko odczyt podstawowych parametrów prowadzonego pojazdu tj. obroty silnika, prędkość, temperatura cieczy, oleju czy poziomu paliwa ale także informować o stanie świateł, silnika czy nawet opon.

*** Potrzebne materiały ***

Arduino
MCP2515
Zasilacz 12V (1A w zupełności starczy)
Przewody połączeniowe

*** Jak to działa? ***

Do budowy projektu wykorzystałem dobrze znane większości z Was Arduino NANO wyposażone w USB-C. Dialog z licznikiem prowadzony jest poprzez moduł CAN MCP-2515 a całość zasila 12V zasilacz sieciowy. Całość umieściłem w małej obudowie wydrukowanej na drukarce 3D.

Nie wgryzając się za bardzo w szczegóły techniczne - CAN bus to szeregowa magistrala danych wykorzystująca do komunikacji 2 przewody opisywane jako CAN-H oraz CAN-L. Jak łatwo się domyślić na przewodzie CAN-High panuje nieco wyższe napięcie niż na CAN-Low. CAN Bus jest magistralą działającą w sposób różnicowy czyli mierzy i porównuje napięcia na CAN-H oraz CAN-L. W ten sposób odczytywane są bity dominujące i recesywne tworąc ciąg zer i jedynek. Dla ułatwienia projektu nie oparłem o liczby binarne tylko znacznie przyjemniejsze dla oka - heksadecymalne.

Ramka CAN wysyłana do licznika składa się z unikalnego identyfikatora (ID) oraz określonej ilości bajtów danych. Każdy bajt danych może przyjąć wartość od 0 do FF czyli decymalnych 255. Dla przykładu aby zapalić kontrolkę hamulca ręcznego w liczniku od Peugeota 407 muszę nadać ramkę o ID 128 a bicie zerowym nadać wartość 24HEX. Wygląda to mniej więcej tak: [ ID 128 0x24 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 0x00 ]. Pod pozostałymi bitami kryją się kolejne kontrolki tj. kierunkowskazy, światła mijania, drogowe, przeciwmgielne oraz nielubiany przez kierowców check engine. Pod różnymi ID ramek można odnaleźć pozostałe funkcje licznika - sterowanie wskazówkami, podświetleniem, ustawianie przebiegu itd.
Warto pamiętać, że niektóre liczniki po otrzymaniu zasilania będą pozornie wyglądać na martwe. Takie konstrukcje potrzebują tak zwanego sygnału przebudzenia, który "obudzi" licznik. Jeśli taki sygnał występuje to jest to pierwszy krok aby zacząć zabawę z licznikiem.

*** Projekt licznika ***

Do moich projektów wykorzystuję liczniki z samochodów Peugeot oraz Citroen. Magistrala CAN w obu markach jest bliźniaczo podobna i różnią się jedynie małymi szczegółami. Najważniejsze, że obie marki wykorzystują taką samą szybkość magistrali wynosząca 125Kbps. Do kontroli modułu MCP2515 wykorzystałem bibliotekę MCP2515.h. W pierwszej kolejności łączę moduł CAN z Arduino oraz podłączam magistralę wraz z zasilaniem do licznika.

Należy pamiętać, że każdy licznik posiadać może swój własny indywidualny pinout. Powyżej można zobaczyć pinout licznika Citroen C3 I FL.
Po podłączeniu wszystkich 4 przewodów wgrywam przygotowany wcześniej kod na Arduino. Warto zatrzymać się na chwilę przy kodzie i zastanowić się jak projektant tworzył licznik. Zespół projektujący licznik miał surowe dane - maksymalne obroty silnika 5200 RPM, maksymalna temp. cieczy 130℃, maksymalna temp. oleju 150℃, maksymalna prędkość 260km/h. Licznik przygotowany jest oczywiście na taki zakres danych z minimalnym zapasem jednak po przekroczeniu skali obrotomierza lub wskaźnika temperatury zaczną dziać się różne dziwne rzeczy. Wartości out of range są różnie traktowane przez liczniki - jedne ustawiają wskaźnik na "0", drugie wyłączają się a trzecie mogą się zawiesić. Dane z gier praktycznie zawsze będą wykraczać poza zakresy ustalone przez producenta więc trzeba przeanalizowaćkażdą grę z osobna i zastosować zabezpieczenia oraz skalowanie tak, aby wartości zawsze znajdowały się w akceptowalnym przez licznik zakresie. Kod musi brać także poprawkę na nieliniowość wskaźników temperatury - rzadko kiedy 1° obrotu silnika krokowgo będzie odpowiadał dokładnie takiemu samemu przyrostowi temperatury. Do przykładu - wskazówka temp. cieczy "zastyga" na 90℃ gdy faktyczna temperatura cieczy waha się od ~85-93℃. Dalszy wzrost temperatury będzie powodował niewielki wzrost wychylenia wskazówki. Jednak gdy temperatura niebezpiecznie wzrośnie to wskazówka momentalnie zwiększy swoją czułość i będzie wykonywać znaczny ruch co każdy 1-2℃.

*** Dane z gier ***

Po przetestowaniu kodu na "suchych" danych wpisanych "z palca" do kodu wypadałoby przestawić się na dane przesyłane z gier do licznika w czasie rzeczywistym. Za przygotowanie danych odpowiada aplikacja SimHUB współpracująca ze specjalnie napisaną przeze mnie formułą NCalc "obrabiającą" surowe dane z gier na zakresy liczbowe zaimplementowane w kodzie. Wygląd danych, którymi "karmię" kod Arduino przedstawiam poniżej. Jest to oczywiście wycinek danych ponieważ ogranicza mnie pole wyświetlające Raw result.

*** Efekt końcowy ***

Po wielu próbach i testach udało mi się ujarzmić prawie cały licznik. Wszytskie wskazania licznika:

prędkość obrotowa silnika
prędkość pojazdu
poziom paliwa
temp. cieczy
temp. oleju
wskaźnik biegów

Kontrolki:

hamulec ręczny
kierunkowskazy
światła mijania, drogowe, przeciwmgielne
brak ładowania akumulatora
niskie ciśnienie oleju
rezerwa
przegrzanie cieczy
przebita opona
przebieg
nastawa tempomatu / aktualna prędkość pojazdu
niskie ciśnienie w układzie hamulcowym (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę wody w filtrze paliwa)
podniesienie osi (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę wyłączonej poduszki powietrznej pasażera)
kończącego się czasu pracy (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę uszkodzenia wspomagania kierownicy oraz kontrolkę pasów bezpieczeństwa)
przekroczonego limitu prędkości na drodze (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę usterki tempomatu (tylko Peugeot 407))
zbyt wysokich obrotów (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę trójkąta ostrzegawczego)
retardera (ETS2/ATS wykorzystując kontrolkę świec żarowych)
ekonomicznej jazdy (wykorzystując kontrolkę ECO)
działanie ESP
działanie ABS

Działanie licznika w grach można zobaczyć na poniższych zdjęciach.

*** Zbuduj sam własny projekt i odkrywaj tajniki CAN BUS! ***

Z tego miejsca chciałbym gorąco zachęcić wszystkich zainteresowanych do spróbowania swoich sił i budowy własnego projektu z licznikiem opartym na magistrali CAN Bus. Elementy niezbędne do budowy projektu oraz same liczniki są bardzo tanie i projekt powinien spokojnie zamknąć sie w 100-150zł. Magistrala CAN grupy PSA jest bardzo dobrze opisana, obszerną dokumentację stanowiącą fundamentalny filar wiedzy można znaleźć pod TYM linkiem. Jeśli do wybranego przez Ciebie licznika nie ma żadnej dokumentacji to nic straconego, wystarczy napisać bardzo prosty generator losowych wartości bajtówki. Metoda ta nazywa się brute force i jest bardzo efektywna. Należy jednak korzystać z niej ostrożnie ponieważ istnieje niewielka szansa na zbrickowanie licznika.
Eksperymentowanie z licznikiem oraz CAN Bus'em pozwoli Tobie także lepiej zrozumieć cały proces komunikacyjny, który finalnie zapala nielubiany check engine na liczniku.
Za pomocą modułu MCP2515 możesz także podsłuchać co "szumi" w magistrali CAN Twojego samochodu. Jeśli rozszyfrujesz te dane to nic nie stoi na przeszkodzie abyś zaprojektował swój własny wyświetlacz doładowania, cyfrowy prędkościomierz czy wyświetlacz temperatury oleju w silniku.

*** Wykorzystaj mój kod! ***

Jeśli jednak nie czujesz się na siłach aby zbudować własny licznik to możesz bez problemu wykorzystać opracowane przeze mnie liczniki wraz z kodem na Arduino. Wszelkie informacje odnośnie budowy takiego projektu znajdziesz w poradniku na moim kanale: