探索UCANS32K1系列CAN节点开发板：设计、应用与实战指南

一、引言

在电子设计领域，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，在汽车、工业自动化、无人机等众多领域得到广泛应用。NXP的UCANS32K1系列CAN节点开发板，为开发者提供了一套强大且灵活的解决方案，可用于构建各种基于CAN总线的应用系统。本文将深入介绍UCANS32K1系列开发板的特点、应用场景、硬件设计、软件支持以及相关的使用指南，帮助电子工程师们更好地利用这些开发板进行项目开发。

文件下载：NXP Semiconductors KIT-UCANS32K1SIC CAN SIC评估套件.pdf

二、UCANS32K1系列开发板概述

2.1 基本信息

UCANS32K1系列包含UCANS32K146和UCANS32K1SIC两款开发板，它们是通用的CAN节点参考设计。这个GitBook为NXP RDDRONE - UCANS32K1系列支持UAVCAN协议的CAN - FD和CAN - SIC开发板提供了详细的技术信息，还包括参考软件和示例。

2.2 相关部件编号及含义

• KIT - UCANS32K1SIC：这是一个完整的开发套件，包含两块UCANS32KSIC开发板、一个调试器和一块转接板，能让开发者迅速开启开发之旅。
• UCANS32K1SIC：是单块的UCANS32K146开发板，同时配备CAN电缆和终端网络板。
• KIT - UCANS32K146：同样是完整的开发套件，有两块UCANS32K146开发板、一个调试器和一块转接板，为开发提供了所需的全部基础组件。
• UCANS32K146 - 01：单块的UCANS32K146开发板，不过没有额外的调试器。

2.3 不同型号对比

类型名称	CANPHY	PWM	其他
UCANS32K146 - 01	TJA1044 8 pin (Mantis 2017)	1
UCANS32K146B	TJA1443 HVSON14 (Avery 2020)	2
UCANS32K1SIC	TJA1463 HVSON14 (Signal improvement 2020)	2

三、UCANS32K1开发板的应用场景

3.1 电机控制与反馈

在无人机、无人车等设备中，UCANS32K1开发板可用于PWM输出，为电机控制器或舵机提供信号。以无人机为例，它能减轻飞行管理单元（FMU）生成RC - PWM信号的负担，同时将电机的状态信息，如转速、温度等反馈给FMU，有助于实现更精准的飞行姿态控制。在实际的飞行控制系统中，如果电机出现异常，UCANS32K1板能及时将故障信息反馈给FMU，FMU可以根据这些信息进行相应的调整或发出警报。

3.2 电池管理

对于无人机和无人车来说，电池的状态至关重要。UCANS32K1开发板可以用于构建电池管理系统，实时监测电池的功耗、电量、健康状态和其他故障信息，并将这些信息报告给FMU。例如，当电池电量过低时，FMU可以根据报告及时调整飞行或行驶策略，确保设备安全返回。

3.3 多GPS连接

在一些需要高精度定位的应用中，单个GPS可能无法满足需求。UCANS32K1开发板可以通过CAN总线将多个GPS的数据传输给FMU，使设备能够获取更准确的位置信息。在大型无人机的测绘任务中，多个GPS的数据融合可以提高测绘的精度和可靠性。

3.4 传感器数据传输

各种传感器，如空速/压力传感器等，可以通过UCANS32K1开发板将数据传输给FMU。在气象监测无人机中，空速传感器可以实时测量飞行速度，压力传感器可以测量大气压力，这些数据通过UCANS32K1开发板传输到FMU，再由FMU进行分析和处理，为气象数据的采集提供支持。

3.5 其他外设连接

除了上述应用，UCANS32K1开发板还可以连接各种外设，如远程灯光、arming/safety开关等。在一些特殊的应用场景中，通过UCANS32K1开发板可以方便地扩展设备的功能，实现更多的控制和监测任务。

四、UCANS32K1开发板的硬件设计

4.1 核心处理器

开发板采用了NXP S32K146汽车级MCU，该MCU基于80 MHz ARM Cortex - M4F内核，符合ASIL - B标准。它具有强大的处理能力和可靠性，能够满足各种复杂应用的需求。在工业自动化领域，需要处理大量的传感器数据和控制信号，S32K146的高性能可以确保系统的实时性和稳定性。

4.2 CAN收发器

有两种CAN收发器可供选择，分别是双NXP TJA1044 CAN收发器和双NXP TJA1463 CAN - SIC收发器。不同的收发器适用于不同的应用场景，TJA1463 CAN - SIC收发器在信号强度和抗干扰能力方面可能更具优势，适用于电磁环境较为复杂的场合。

4.3 接口设计

• NFC接口：配备4 - pin JST - GH连接器，支持NFC功能，并带有外部天线接口（天线需自行配备）。NFC技术可以实现设备之间的近距离通信，如数据传输、设备配对等。
• RC - PWM接口：UCANS32K1SIC板有两个RC - PWM引脚，UCANS32K146板有一个RC - PWM引脚，并且都支持可选的外部电源输入。这使得开发板可以方便地连接电机、舵机等设备，实现对这些设备的精确控制。
• SPI、I2C和UART接口：通过通孔焊盘（适用于0.100"针脚）引出，这些接口可以方便地连接各种外设，如传感器、SD卡等。同时，这些引脚还可以重新映射为其他功能，如GPIO、ADC、定时器等，增加了开发板的灵活性。
• 电源输入：开发板支持5V电源输入，可以通过4 - pin JST - GH CAN连接器或2 - pin电源输入引脚供电。此外，RC - PWM引脚还有一个可选的电源输入，专门为3引脚连接的PWM设备（如高功率RC伺服器）供电。

五、UCANS32K1开发板的软件支持

5.1 PX4 Autopilot

PX4是一款开源的无人机和无人车飞行控制软件，UCANS32K146是其构建目标之一。虽然UCANS32K146本身不是飞行控制器，但它可以借助PX4的基础设施，实现外设驱动的通信和可移植性，从而构建分布式车辆架构。例如，在一个多无人机系统中，不同的无人机可以通过UCANS32K146开发板和PX4软件实现协同工作，共享传感器数据和控制指令。

5.2 Apache NuttX

Apache NuttX是一个强调标准合规性和小尺寸的嵌入式实时操作系统（RTOS）。UCANS32K146也是NuttX的构建目标之一，开发者可以在不依赖PX4基础设施的情况下使用NuttX。NuttX支持多种微控制器平台，包括NXP的S32K1xx系列，为开发者提供了更多的选择。在一些资源有限的嵌入式系统中，NuttX的小尺寸和低功耗特性可以满足系统的需求。

5.3 UAVCAN V1

UAVCAN是一种轻量级协议，专为航空航天和机器人应用中的可靠车内通信而设计，支持CAN总线、以太网等多种传输方式。UCANS32K1开发板支持UAVCAN V1协议，开发者可以利用其进行数据传输和通信。在一个机器人系统中，不同的模块之间可以通过UAVCAN协议进行数据交换，实现协同工作。

5.4 SocketCAN API

开发板提供了与SocketCAN API兼容的CAN驱动，利用POSIX套接字API可以方便地进行CAN应用开发。这使得开发者可以使用熟悉的编程接口进行开发，提高开发效率。在开发一个基于CAN总线的工业监控系统时，开发者可以使用SocketCAN API快速实现数据的收发和处理。

5.5 SLCAN - CAN over serial

SLCAN是一种通过串行线进行CAN通信的接口，虽然目前SLCAN支持尚未公开，但未来有望发布。这将为开发者提供更多的调试和通信方式，方便开发和测试工作。

六、开发板的使用指南

6.1 上电操作

UCANS32K146开发板有两种上电方式：一是将5V电源连接到开发板的电源引脚；二是通过JST - GH CAN连接器供电，其中CAN连接器中间的两个引脚用于CAN数据传输，外侧的两个引脚用于供电，最左边的引脚为5V，最右边的引脚为GND。开发者可以根据实际需求选择合适的上电方式。

6.2 固件烧录与调试

开发板上有一个7 - pin JST - GH连接器，集成了SWD和UART接口，用于固件烧录和串口调试。该连接器位于开发板靠近CAN连接器的一侧。对于PX4 Autopilot和Apache NuttX，都有相应的固件烧录指南可供参考。在烧录固件时，开发者需要注意选择合适的烧录工具和参数，确保烧录过程顺利进行。

6.3 示例项目

文档中提供了多个示例项目，如UCANS32K146之间的CAN - FD echo示例、UCANS32K1SIC的演示应用等。以CAN - FD echo示例为例，开发者需要下载和安装S32 Design Studio for ARM，将两个UCANS32K146开发板通过4 - wire JST - GH CAN电缆互连，并在CAN1连接器上连接CAN总线终端电阻，为引脚头提供5V电源。然后在S32 Design Studio中导入示例项目，分别为两个开发板选择合适的构建配置（NODE_A和NODE_B），进行代码编译、烧录。烧录完成后，如果开发板上靠近5V引脚的绿色LED以约1秒的间隔闪烁，则表示项目运行正常。开发者可以通过示波器或逻辑分析仪观察数据传输情况。

七、总结与展望

UCANS32K1系列CAN节点开发板为电子工程师提供了一个功能强大、灵活且易于使用的开发平台。从硬件设计来看，其丰富的接口和高性能的处理器能够满足各种不同应用场景的需求；在软件方面，支持多种开源软件和协议，为开发者提供了广阔的开发空间。无论是在无人机、无人车、工业自动化还是其他领域，UCANS32K1开发板都有着广泛的应用前景。

未来，随着技术的不断发展，UCANS32K1开发板可能会在以下几个方面得到进一步的提升：一是性能的提升，如处理器速度的提高、CAN总线传输速率的增加等，以满足更复杂、更高速的应用需求；二是功能的拓展，可能会增加更多的接口和功能模块，如更多种类的传感器接口、无线通信模块等；三是软件的优化，进一步完善开源软件的支持，提高开发的便利性和效率。

电子工程师们可以充分利用UCANS32K1开发板的优势，开发出更多创新、实用的应用系统。同时，也希望开发者们能够积极参与到开发板的社区建设中，分享经验和成果，共同推动该领域的发展。你在使用UCANS32K1开发板的过程中遇到过哪些问题？有什么独特的应用案例想和大家分享吗？欢迎在评论区留言交流。