KAmod RPI 485 CAN Hat

Description

KAmod RPI 485&CAN Hat - Module with two RS485 interfaces and a CAN interface for Raspberry Pi

KAmod RPI 485&CAN Hat allows you to easily expand Raspberry Pi 5 computers with two RS485 interfaces and one CAN 2.0B interface. The interfaces contain extensive protection circuits and are galvanically isolated from the control circuits, which guarantees stable operation and resistance to interference and failures. The module has been designed to be compatible with Raspberry Pi series boards not only in version 5. It is controlled via 2 SPI interfaces, available on the 40-pin RPi connector, and in many other boards, e.g. Arduino, STM32, etc.

Basic features and parameters

• 2 RS485 interfaces – controlled by SC16IS752 controller (SPI→2xUART)
• 1 CAN 2.0B interface – controlled by MCP2515 controller (SPI→CAN)
• RS485 interfaces equipped with 2 isolated ADM2483 transceivers
• CAN interface equipped with isolated TJA1052 transceiver
• RS485 and CAN interfaces galvanically separated from control circuits
• Possibility to connect 120 Ω terminating resistors to each interface line
• ​​Maximum RS485 interest communication speed: 500 kbps
• Maximum CAN interest communication speed: 1 Mbps
• Control via two SPI interfaces operating with 3.3 V voltage
• Automatic control of RS485 transceiver transmission direction
• Power supply 5 V/0.3 A taken from the Raspberry Pi board or from an additional source
• Optional power input adapted to a voltage in the range of 8...32 V
• Stabilized power output 5 V, max 0.5 A
• Easy installation on Raspberry Pi 5, also in the version with the RPi Active Cooler radiator
• Can work with many boards from the Raspberry Pi family and others equipped with SPI interfaces operating at a voltage of 3.3 V
• Module dimensions 65x56 mm, height approx. 15 mm (and a connector under the board with a height of approx. 13 mm)

Standard Equipment

Code	Description
KAmod RPI 485&CAN Hat	Assembled and started module
Mounting Kit	Set of screws and spacers to attach the overlay to the Raspberry board

Block diagram

Circuit diagram

The circuit diagram of the KAmod RPI 485&CAN Hat module can be downloaded here: KAmod RPI 485&CAN Hat diagram

RS485 Interfaces

Interface	Element	Function
RS485-1	Connector 3x1,2,54 mm pins R1J1	Connecting a 120 Ω terminating resistor to the RS485-1 bus line, when the jumper is placed on pins 2-3
	Connector Phoenix MC 3.81 mm R1J2	Main RS485-1 bus connector, pin 1 – GND; pin 2 – B(-); pin 3 – A(+)
	Connector 3x1, 2.54 mm pins R1J3	Additional RS485-1 bus connector, pin 1 – GND; pin 2 – B(-); pin 3 – A(+)
	LED D7	The diode lights up to indicate data transmission/reception on the RS485-1 interface signal lines
RS485-2	Connector 3x1,2,54 mm pins R2J1	Connecting a 120 Ω terminating resistor to the RS485-2 bus line, when the jumper is placed on pins 2-3
	Connector Phoenix MC 3.81 mm R2J2	Main RS485-2 bus connector, pin 1 – GND; pin 2 – B(-); pin 3 – A(+)
	Connector 3x1 pins, 2.54 mm R1J3	Secondary RS485-2 bus connector, pin 1 – GND; pin 2 – B(-); pin 3 – A(+)
	LED D7	The diode lights up to indicate data transmission/reception on the RS485-2 interface signal lines

The RS485 interfaces are controlled by ADM2483 transceivers, which also provide galvanic separation between the control signals and the RS485 bus lines.

The bus lines are marked as: A(+), B(-) and GND ground and are available on the Phoenix MC connector (R1J2, R2J2) and on goldpin pins with a standard 2.54 mm pitch (R1J3, R2J3). Their arrangement is shown in the drawing and is described on the bottom side of the module board.

The RS485 bus lines are equipped with circuits protecting against overvoltages. Putting a jumper on pins 2-3 of RxJ1 allows you to connect a 120 Ω terminating resistor between lines A and B of the interface.

Interfejs CAN

Interfejs	Element	Funkcja
CAN	Złącze Szpilki 3x1,2,54 mm CJ1	Dołączenie rezystora terminującego 120 Ω do linii magistrali CAN, gdy zworka założona na szpilkach 2-3
	Złącze Phoenix MC 3,81 mm CJ2	Główne złącze magistrali CAN, styk 1 – GND; styk 2 – CAN L; styk 3 – CAN H
	Złącze Szpilki 3x1, 2,54 mm CJ3	Dodatkowe złącze interfejsu CAN, szpilka 1 – GND; szpilka 2 – CAN L; szpilka 3 – CAN H
	Dioda LED D10	Świecenie diody sygnalizuje nadawanie/odbieranie danych na liniach interfejsu CAN

Interfejs CAN jest sterowany transceiverem typu TJA1052, który zapewnia jednocześnie separację galwaniczną pomiędzy sygnałami sterującymi, a liniami magistrali CAN.

Linie magistrali są oznaczone jako: CAN H, CAN L oraz masa GND i są dostępne na złączu typu Phoenix MC (CJ2) oraz na szpilkach goldpin (CJ3) o standardowym rastrze 2,54 mm. Ich rozmieszczenie zostało pokazane na rysunku oraz jest opisane na dolnej stronie płytki modułu.

Linie magistrali CAN są wyposażone w obwody chroniące przed przepięciami. Założenie zworki na szpilki 2-3 CJ1 pozwala na dołączenie rezystora terminującego 120 Ω pomiędzy linie CAN H i CAN L.

Sterowanie RS485

Interfejsy RS485
Sygnał sterujący	Funkcja
MOSI1 (SPI 1)	Wejście danych SPI kontrolera SC16IS762, połączone do GPIO20 RPi (pin 38 złącza J3)
MISO1 (SPI 1)	Wyjście danych SPI kontrolera SC16IS762, połączone do GPIO19 RPi (pin 35 złącza J3)
SCLK1 (SPI 1)	Wejście sygnału zegarowego SPI kontrolera SC16IS762, połączone do GPIO21 RPi (pin 40 złącza J3)
RS CE	Wejście aktywujące interfejs SPI kontrolera SC16IS762
	Domyślnie połączone do GPIO07 (pin 26 złącza J3) - Zwarta zwora JP3
	Opcjonalnie połączone do GPIO18 (pin 12 złącza J3) - Zwarta zwora JP4
RS INT	Wyjście przerwania IRQ kontrolera SC16IS762 połączone do GPIO24 (pin 18 złącza J3)

Wszystkie sygnały sterujące są wyprowadzone na złączu J1 (40-stykowe, kompatybilne z płytkami Raspberry Pi) oraz na złączu szpilkowym J2. Rozmieszczenie sygnałów zostało pokazane na poniższym rysunku, dodatkowo sygnały na złączu J2 są opisane na dolnej stronie płytki KAmod RPI 485&CAN Hat.

Interfejsy RS485 są realizowane poprzez kontroler SC16IS762, opis działania tego układu jest dostępny w dokumentacji producenta.

Sterowanie CAN

Interfejs CAN
Sygnał sterujący	Funkcja
MOSI0 (SPI 0)	Wejście danych SPI kontrolera MCP2515 połączone do GPIO10 RPi (pin 19 złącza J3)
MISO0 (SPI 0)	Wyjście danych SPI kontrolera MCP2515 połączone do GPIO09 RPi (pin 21 złącza J3)
SCLK0 (SPI 0)	Wejście sygnału zegarowego SPI kontrolera MCP2515 połączone do GPIO11 RPi (pin 23 złącza J3)
CAN CE	Wejście aktywujące interfejs SPI kontrolera MCP2515
	Domyślnie połączone do GPIO08 (pin 24 złącza J3) - Zwarta zwora JP1
	Opcjonalnie połączone do GPIO07 (pin 26 złącza J3) - Zwarta zwora JP2
CAN INT	Wyjście przerwania IRQ kontrolera MCP2515 połączone do GPIO25 (pin 22 złącza J3)

Wszystkie sygnały sterujące są wyprowadzone na złączu J1 (40-stykowe, kompatybilne z płytkami Raspberry Pi) oraz na złączu szpilkowym J2. Rozmieszczenie sygnałów zostało pokazane na poniższym rysunku, dodatkowo sygnały na złączu J2 są opisane na dolnej stronie płytki KAmod RPI 485&CAN Hat.

Interfejs CAN jest realizowany poprzez kontroler MCP2515, opis działania tego układu jest dostępny w dokumentacji producenta.

Zasilanie

Element	Funkcja
Złącze J1 PWR	Opcjonalne wejście zasilania dostosowane do napięcia z zakresu 8...32 V. Zasila zintegrowany stabilizator impulsowy, który dostarcza napięcia 5 V o wydajności do 0,5 A, do zasilania komponentów modułu KAmod RPI 485&CAN Hat.
Złącze J2	Na złączu J2 dostępne jest napięcie 5 V ze zintegrowanego stabilizatora. Może posłużyć jako źródło zasilania dla dodatkowych obwodów lub modułów. Pobór prądu nie powinien przekraczać 0,5 A.
Złącze J1	Na złączu J1 dostępne jest napięcie 5 V dostarczane z płytki bazowej, np. Raspberry Pi. Napięcie to jest połączone przez diodę prostowniczą z zasilaniem 5 V modułu KAmod RPI 485&CAN Hat, zatem moduł jest zasilany z płytki bazowej, ale moduł nie może dostarczać zasilania do płytki bazowej.
Dioda LED D12	Świecenie diody LED D12 oznacza obecność zasilania

Modułu KAmod RPI 485&CAN Hat oferuje różne opcje zasilania:

• może być zasilany napięciem 5V z płytki bazowej dołączonej do złącza J1, np. Raspberry Pi. Nie jest wymagane zewnętrzne zasilanie;
• może być zasilany napięciem z zakresu 8...32 V dołączonym do złącza J1 PWR. Wtedy stabilizowane napięcie 5 V jest dostępne na złączu J2, ale nie zasila ono płytki bazowej dołączonej do złącza J1;
• może być zasilany napięciem stabilizowanym 5 V dołączony do złącza J2, ale nie zasila ono płytki bazowej dołączonej do złącza J1;

Rozmieszczenie złącz i styków oraz ich polaryzację pokazano na rysunku.

Kontrolki sygnalizujące

Kontrolka	Funkcja
D7	Świecenie diody sygnalizuje nadawanie/odbieranie danych na liniach sygnałowych interfejsu RS485-1
D5	Świecenie diody sygnalizuje nadawanie/odbieranie danych na liniach sygnałowych interfejsu RS485-2
D10	Świecenie diody sygnalizuje nadawanie/odbieranie danych na liniach sygnałowych interfejsu CAN
D12	Świecenie diody oznacza obecność zasilania

Rozmieszczenie kontrolek sygnalizacyjnych na płytce KAmod RPI 485&CAN Hat zostało pokazane na rysunku.

Konfiguracja sygnałów SPI CE

Sygnał	Funkcja
CAN CE	Wejście aktywujące interfejs SPI kontrolera MCP2515
	Domyślnie połączone do GPIO08 (pin 24 złącza J3)	Zwarta zwora JP1
	Opcjonalnie połączone do GPIO07 (pin 26 złącza J3)	Zwarta zwora JP2
RS CE	Wejście aktywujące interfejs SPI kontrolera SC16IS762
	Domyślnie połączone do GPIO07 (pin 26 złącza J3)	Zwarta zwora JP3
	Opcjonalnie połączone do GPIO18 (pin 12 złącza J3)	Zwarta zwora JP4

Moduł KAmod RPI 485&CAN Hat realizuje komunikację z płytką bazową np. Raspberry Pi poprzez dwa interfejsy SPI. Sygnały CE – Chip Enable, obu interfejsów mogą być połączone w dwóch konfiguracjach, w zależności od ustawienia zworek JP1...JP4, tak jak opisano w powyższej tabeli.

Zworki są umieszczone na dolnej stronie płytki modułu, co dokładnie obrazuje poniższy rysunek. Domyślnie połączone są zworki JP1 i JP3. W przypadku zmiany konfiguracji należy rozciąć połączone zworki i połączyć odpowiednie zworki za pomocą lutownicy i kropli spoiwa lutowniczego.

Konfiguracja trybu pracy RS485

Sygnał	Funkcja
RS1 DE	Sygnał sterujący transceiverem interfejsu RS485-1
	Domyślnie aktywne jest automatyczne sterowanie sygnałem TXD	Zwarta zwora JP8
	Opcjonalnie możliwe jest sterowanie sygnałem RTS	Zwarta zwora JP7
RS2 DE	Sygnał sterujący transceiverem interfejsu RS485-2
	Domyślnie aktywne jest automatyczne sterowanie sygnałem TXD	Zwarta zwora JP10
	Opcjonalnie możliwe jest sterowanie sygnałem RTS	Zwarta zwora JP9

Transceivery interfejsów RS485 wymagają sygnału sterującego nadajnikiem magistrali -aktywującego tryb nadawania. Sygnał sterujący może być uzyskiwany z sygnału danych wysyłanych na magistralę - TXD, lub może być doprowadzany niezależnie – poprzez stan linii RTS. Moduł KAmod RPI 485&CAN Hat pozwala na wybranie jednej z tych opcji dla każdego z interfejsów RS485-1 i RS485-2, poprzez ustawienie zworek JP7...JP10, tak jak opisano w powyższej tabeli.

Zworki są umieszczone na dolnej stronie płytki modułu, co dokładnie obrazuje poniższy rysunek. Domyślnie połączone są zworki JP8 i JP10 – tryb automatyczny dla obu interfejsów. W przypadku zmiany konfiguracji należy rozciąć połączone zworki i połączyć odpowiednie zworki za pomocą lutownicy i kropli spoiwa lutowniczego.

Wymiary

Wymiary płytki KAmod RPI 485&CAN Hat to 65x56 mm. Wysokość płytki to ok. 15 mm, dodatkowo złącze na dolnej stronie płytki, pasujące do płytki bazowej, ma wysokość ok 13 mm.

Uruchomienie

Uruchamiamy Raspberry Pi 5 z systemem operacyjnym zainstalowanym na karcie pamięci lub innym, nośniku. Po wyświetleniu pulpitu systemu otwieramy okno konsoli (Terminal) np. za pomocą kombinacji klawiszy Ctrl+Alt+T i wpisujemy:

sudo nano /boot/firmware/config.txt

(we wcześniejszych wersjach systemu operacyjnego plik config.txt był umieszczony bezpośrednio w katalogu /boot)

W pliku, którego treść zobaczymy, należy usunąć komentarz (usunąć znak #) z linii:

dtparam=spi=on

Natomiast, jeżeli takiej linii nie ma to należy ją dopisać.

Następnie na końcu pliku (przewijamy strzałkami do samego dołu) należy dopisać linie:

dtoverlay=mcp2515-can0,oscillator=16000000,interrupt=25,spimaxfrequency=10000000

oraz

dtoverlay=sc16is752-spi1,int_pin=24

Następnie należy zapisać zmiany za pomocą klawiszy Ctrl+O, zamknąć edytor za pomocą klawiszy Ctrl+X i uruchomić system ponownie, np. wpisując polecenie:

sudo reboot

Po wyświetleniu pulpitu systemu otwieramy okno konsoli (Terminal) np. za pomocą kombinacji klawiszy Ctrl+Alt+T i wpisujemy:

sudo dmesg | grep -i spi

Jeśli wcześniejsze etapy zostały wykonane prawidłowo powinno pokazać się takie podsumowanie:

Oznacza to, że zarówno kontroler SC16IS762, jak i MCP2515 zostały prawidłowo zainstalowane w systemie.

Przetestowanie interfejsu CAN wymaga wpisania 3 komend:

sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000
sudo ifconfig can0 up
cansend can0 000#11.22.33.44

Powinna migać dioda LED D10 sygnalizująca aktywność na magistrali CAN.
Interfejsy RS485 można przetestować z użyciem programu minicom, dla RS485-1 należy wpisać:

minicom -D /dev/ttySC0

natomiast dla RS485-2 należy wpisać:

minicom -D /dev/ttySC1

Program minicom pozwala wysyłać znaki wpisywane z klawiatury oraz wyświetla znaki odebrane przez wybrany interfejs RS485. W czasie aktywności interfejsów będą migały diody D5/D7, ale przy znacznych prędkościach transmisji, np. 115200, miganie diod LED będzie ledwo zauważalne.

Linki

• Karta katalogowa MCP2515
• Karta katalogowa SC16IS762IPW
• Karta katalogowaADM2483
• Karta katalogowa TJA1052
• Karta katalogowa TPS5401
• Model CAD (STEP)