微雪RS485 CAN HAT

作者: YottaYuan | 来源:发表于2020-03-12 18:41 被阅读0次

产品概述

RS485 CAN HAT 是微雪电子为树莓派开发的一款的带 RS485 和 CAN 通信功能的扩展板，具备 RS485、CAN 通信功能。

特点

基于Raspberry Pi 40pin GPIO接口，适用于Raspberry Pi系列主板
具备CAN功能，使用SPI接口CAN控制器MCP2515，搭配收发器SN65HVD230
具备RS485功能，使用UART控制，半双工通讯，收发器为SP3485
板载TVS(瞬态电压抑制管)，RS485通讯可有效抑制电路中的浪涌电压和瞬态尖峰电压，防雷防静电
预留控制接口，方便其他控制器控制
提供完善的配套资料手册(提供wiringPi与python例程)

产品参数

工作电压： 3.3V
CAN控制芯片： MCP2515
CAN收发器： SN65HVD230
485收发器： SP3485
产品尺寸： 65mmx30mm
固定孔通经： 3.0mm

接口说明

CAN总线

| 功能引脚 | 树莓派接口（BCM） | 描述 |
| 3V3 | 3V3 | 3.3V电源正 |
| GND | GND | 电源地 |
| SCK | SCK | SPI时钟输入 |
| MOSI | MOSI | SPI数据输入 |
| MISO | MISO | SPI数据输出 |
| CS | CE0 | 数据/命令选择 |
| INT | 25 | 中断输出 |

RS485总线

| 功能引脚 | 树莓派接口（BCM） | 描述 |
| 3V3 | 3V3 | 3.3V电源正 |
| GND | GND | 电源地 |
| RXD | RXD | 串口接收 |
| TXD | TXD | 串口发送 |
| RSE | 4 | 设置收发 |

对于RSE引脚，可以选择不使用，模块出厂默认使用的是硬件自动接收与发送。

硬件说明

CAN总线

CAN 模块的功能是处理所有 CAN 总线上的报文接收和发送。报文发送时，首先将报文装载到正确的报文缓冲器和控制寄存器中。通过 SPI 接口设置控制寄存器中的相应位或使用发送使能引脚均可启动发送操作。通过读取相应的寄存器可以检查通讯状态和错误。会对在 CAN总线上检测到的任何报文进行错误检查，然后与用户定义的滤波器进行匹配，以确定是否将报文移到两个接收缓冲器中的一个。
由于树莓派本身并不支持CAN总线，因此使用SPI接口的CAN控制器，搭配一个收发器完成CAN功能。 Microchip 的 MCP2515 是一款CAN协议控制器，完全支持 CAN V2.0B 技术规范。该器件能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。 MCP2515 自带的两个验收屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文，因此减少了主单片机（MCU）的开销。MCU通过SPI接口与该器件连接,即树莓派通过SPI接口连接芯片，对于树莓派使用该芯片不需要编写驱动，只需要打开设备树中的内核驱动即可使用。

RS485 CAN HAT MCP2515.png
更多详细请参考数据手册；
SN65HVD230 是德州仪器公司生产的 3.3V CAN 收发器，该器件适用于较高通信速率、良好抗干扰能力和高可靠性 CAN 总线的串行通信。SN65HVD230 具有高速、斜率和等待 3 种不同的工作模式。其工作模式控制可通过 Rs 控制引脚来实现。CAN 控制器的输出引脚 Tx 接到 SN65HVD230 的数据输入端 D，可将此 CAN 节点发送的数据传送到 CAN 网络中；而 CAN 控制器的接收引脚 Rx 和 SN65HVD230 的数据输出端 R 相连，用于接收数据。

RS485 CAN HAT SN65HVD230.png

RS485总线

SP3485接口芯片是一种RS-485驱动芯片。用于RS-485通信的低功耗收发器。采用单一电源+3.3V工作，采用半双工通讯方式。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端；(RE) ̅和DE端分别为接收和发送的使能端，当(RE) ̅为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A-B>+0.2V时，RO输出逻辑1；当A-B<-0.2V时，RO输出逻辑0。A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。

RS485 CAN HAT 485.png
其中：SP3485芯片的RE与DE管脚是设置接收与发送；
本模块默认的出厂设置是采用硬件自动的收发，也可以选择软件上控制管脚来选择发送与接收，可以通过焊接板上的0欧姆电阻来选择控制方式。
硬件自动控制：

RS485 CAN HAT 485SR.png
数据接收：P_TX此时为高电平, 为休闲状态。这时候三级管导通，SP3485芯片的RE引脚为低电平，数据接收使能，RO开始接收数据，将485AB口接受到的数据传到MCU。
数据发送：P_TX会有一个下拉的电平，表示开始发送数据，此时三极管截止，DE引脚为高电平，数据发送使能。此时，如果发送的数据为‘1’的时候，三极管会处于导通，虽然接收会变为有效状态但由于芯片在发送阶段时是高阻状态，所以还是保持发送状态，正常传输‘1’。
注意：使用自动收发由于三级管的通断的速度问题，会导致自动收发的波特率无法做到太高，如果需要很高的波特率建议使用收动收发。

树莓派使用

安装库

安装BCM2835，打开树莓派终端，并运行一下指令

wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.60.tar.gz

tar zxvf bcm2835-1.60.tar.gz
cd bcm2835-1.60/
sudo ./configure
sudo make
sudo make check
sudo make install
更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/

安装wiringPi

sudo apt-get install wiringpi

对于树莓派4B可能需要进行升级：
wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb
gpio -v
运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错

python

sudo apt-get update

sudo apt-get install python-serial
sudo pip install python-can

下载例程

在树莓派终端运行：

sudo apt-get install p7zip-full

wget http://www.waveshare.net/w/upload/d/de/RS485_CAN_HAT_Code.7z
7z x RS485_CAN_HAT_Code.7z -r -o./RS485_CAN_HAT_Code
sudo chmod 777 -R RS485_CAN_HAT_Code/

CAN使用

本演示程序使用了两个树莓派以及两个RS485 CAN HAT模块
提供python与c语言程序

前置工作

将模块插在树莓派上，然后修改开机脚本config.txt

sudo nano /boot/config.txt

在最后一行加入如下：

dtparam=spi=on

dtoverlay=mcp2515-can0,oscillator=12000000,interrupt=25,spimaxfrequency=2000000

其中oscillator=12000000，是板载的晶振大小12M，如下图

RS485 CAN HAT cry12.png

如果购买日期早于2019年8月份，请使用下面的：

如图，红色框内为8M的晶振

RS485 CAN HAT cry.png

dtparam=spi=on

dtoverlay=mcp2515-can0,oscillator=8000000,interrupt=25,spimaxfrequency=1000000

保存退出后，重启树莓派：

sudo reboot

重启后，运行命令查看是否初始化成功：

dmesg | grep -i '(can|spi)'

RS485 CAN HAT CAN1.png
如果不接上模块可能提示如下：

RS485 CAN HAT CAN2.png
请检查是否连接上模块。是否开启SPI并开启MCP2515内核驱动。是否进行重启。
确定好两边树莓派都这样处理了，把两个模块的H与L对应连接
如果使用的是其他的CAN设备，确定连线H-H,L-L即可

C

阻塞接收，树莓派打开终端，运行：

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/CAN/wiringPi/receive/

make clean
make
sudo ./can_receive

接收程序是阻塞的，直到读取到数据就结束。

RS485 CAN HAT CAN reveive.png

发送，树莓派打开终端，运行：

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/CAN/wiringPi/receive/

make clean
make
sudo ./can_send

RS485 CAN HAT CAN send.png

此时接收接收到对应的id的报文：

RS485 CAN HAT CAN reveive1.png

python

树莓派打开终端，运行：

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/CAN/python/

先运行接收：
sudo python can_reveive.py
发送端：
sudo python can_send.py

RS485使用

本演示程序使用了两个树莓派以及两个RS485 CAN HAT模块
提供python与wiringPi语言程序

前置工作

开启Uart接口

打开树莓派终端，输入以下指令进入配置界面

sudo raspi-config

选择Interfacing Options -> Serial，关闭shell访问，打开硬件串口

</pre>

L76X GPS Module rpi serial.png

然后重启树莓派：

sudo reboot

打开/boot/config.txt文件，找到如下配置语句使能串口，如果没有，可添加在文件最后面。

enable_uart=1

对于树莓派3B用户，串口用于蓝牙，需要注释掉：

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

然后重启树莓派：

sudo reboot

确定好两边树莓派都这样处理了，把两个模块的A与B对应连接
如果使用的是其他的485设备，确定连线A-A,B-B即可

C

阻塞接收，树莓派打开终端，运行：

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/485/WiringPi/send

make clean
make
sudo ./485_receive

接收程序是阻塞的，直到读取到数据就结束。

RS485 CAN HAT 485 receive.png

发送，树莓派打开终端，运行：

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/485/WiringPi/send

make clean
make
sudo ./485_send

此时接收端接收到程序

RS485 CAN HAT 485 receive2.png

python例程

cd RS485_CAN_HAT_Code/RS485_CAN_HAT_Code/485/python/

先运行接收：
sudo python reveive.py
发送端：
sudo python send.py

故障排查

如果485通信不正常，请分步调试：

确定树莓派的硬件版本，如果是树莓派ZERO/3B，则程序中的串口需要修改成/dev/ttyAMA0；
确定485的A,B是否与控制的485设备A,B一一对应；
可以先使用USB to 485设备与RS485 CAN HAT通信，保证树莓派的设置没有问题；

原理图

Can485原理图.JPG

485Demo

receive.py

# -*- coding:utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import serial
import time

#if use half-auto, EN_485 = LOW is Receiver, EN_485 = HIGH is Send
MODE = 0 #mode = 0 is full-guto, mode = 1 is half-auto
if MODE == 1:
    EN_485 =  4
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(EN_485,GPIO.OUT)
    GPIO.output(EN_485,GPIO.HIGH)

ser = serial.Serial("/dev/ttyS0",115200,timeout=0.01) #receive data once every 0.01S 
print ser.portstr

ser.flushInput()

data = ""
print("You can always receive data, press Ctrl + C to exit")
while 1: 
    while ser.inWaiting() > 0:
        data = ser.readline()
    if data != "":
        print(data)
        data = ""

send.py

# -*- coding:utf-8 -*-
import RPi.GPIO as GPIO
import serial

#if use half-auto, EN_485 = LOW is Receiver, EN_485 = HIGH is Send
MODE = 0 #mode = 0 is full-guto, mode = 1 is half-auto
if MODE == 1:
    EN_485 =  4
    GPIO.setmode(GPIO.BCM)
    GPIO.setup(EN_485,GPIO.OUT)
    GPIO.output(EN_485,GPIO.HIGH)

ser = serial.Serial("/dev/ttyS0",115200,timeout=1) 
print ser.portstr

command = "hello world"
print("send:"),command  
len = ser.write(command)    
print("len = "),len

print("You can always send data, press Ctrl + C to exit")
while 1:
    strInput = raw_input('enter some words:')  
    ser.write(strInput)

ser.flush()

485_receive.c

#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>     //exit()
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/time.h>

// if use half-auto, EN_485 = LOW is Receiver, EN_485 = HIGH is Send
#define MODE 0 //mode = 0 is full-guto, mode = 1 is half-auto
#define EN_485 4
#define UART_DEV "/dev/ttyS0"

int fd;

void  Handler(int signo)
{
    //System Exit
    printf("\r\nHandler:serialClose \r\n");
    serialClose(fd);

    exit(0);
}

int main(void)
{
    // Exception handling:ctrl + c
    signal(SIGINT, Handler);

    if(MODE == 1){
        if(wiringPiSetupGpio() < 0) { //use BCM2835 Pin number table
            printf("set wiringPi lib failed !!! \r\n");
            return 1;
        } else {
            printf("set wiringPi lib success  !!! \r\n");
        }
        pinMode(EN_485, OUTPUT);
        digitalWrite(EN_485,LOW);
    }

    if((fd = serialOpen(UART_DEV, 115200)) < 0) {
        printf("serial err\n");
        return -1;
    }
    printf("use device %s\r\n", UART_DEV);

    printf("You can always receive data, press Ctrl + C to exit\r\n");
    char str;
    for (;;) {
        str = serialGetchar(fd);
        if(str < 128) // ascii
            printf("%c", str);
        fflush(stdout); // Empty the output buffer and output the contents of the buffer
    }
    return 0;
}

485_send.c

#include <wiringSerial.h>
#include <wiringPi.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>     //exit()
#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <sys/time.h>

// if use half-auto, EN_485 = LOW is Receiver, EN_485 = HIGH is Send
#define MODE 0 //mode = 0 is full-guto, mode = 1 is half-auto
#define EN_485 4
#define UART_DEV "/dev/ttyS0"

int fd;

void  Handler(int signo)
{
    //System Exit
    printf("\r\nHandler:serialClose \r\n");
    serialClose(fd);

    exit(0);
}

int main(void)
{
    if(MODE == 1){
        if(wiringPiSetupGpio() < 0) { //use BCM2835 Pin number table
            printf("set wiringPi lib failed !!! \r\n");
            return 1;
        } else {
            printf("set wiringPi lib success  !!! \r\n");
        }
        pinMode(EN_485, OUTPUT);
        digitalWrite(EN_485,HIGH);
    }

    printf("use device %s\r\n", UART_DEV);
    if((fd = serialOpen(UART_DEV, 115200)) < 0) {
        printf("serial err\n");
        return -1;
    }

    serialFlush(fd);
    serialPrintf(fd,"\r");
    char str[] = "hello world\n";
    printf("send data：%s\r\n", str);
    serialPuts(fd, str);

    char str_buf[100];
    printf("You can always receive data, press Ctrl + C to exit\r\n");
    printf("You can enter up to %d characters\r\n", sizeof(str_buf));
    for(;;){        
        scanf("%s", str_buf); 
        strcat(str_buf,"\n"); //Add newline
        serialPuts(fd, str_buf);
    }

    serialClose(fd);
    return 0;
}

can_receive.py

import os
import can

os.system('sudo ip link set can0 type can bitrate 100000')
os.system('sudo ifconfig can0 up')

can0 = can.interface.Bus(channel = 'can0', bustype = 'socketcan_ctypes')# socketcan_native

#msg = can.Message(arbitration_id=0x123, data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], extended_id=False)
msg = can0.recv(10.0)
print msg
if msg is None:
    print('Timeout occurred, no message.')

os.system('sudo ifconfig can0 down')

can_send.py

import os
import can

os.system('sudo ip link set can0 type can bitrate 100000')
os.system('sudo ifconfig can0 up')

can0 = can.interface.Bus(channel = 'can0', bustype = 'socketcan_ctypes')# socketcan_native

msg = can.Message(arbitration_id=0x123, data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], extended_id=False)
can0.send(msg)

os.system('sudo ifconfig can0 down')

can_receive.c


```cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>

int main()
{
    int ret;
    int s, nbytes;
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    struct can_frame frame;
    
    memset(&frame, 0, sizeof(struct can_frame));
    
    system("sudo ip link set can0 type can bitrate 100000");
    system("sudo ifconfig can0 up");
    printf("this is a can receive demo\r\n");
    
    //1.Create socket
    s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
    if (s < 0) {
        perror("socket PF_CAN failed");
        return 1;
    }
    
    //2.Specify can0 device
    strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
    ret = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
    if (ret < 0) {
        perror("ioctl failed");
        return 1;
    }

    //3.Bind the socket to can0
    addr.can_family = PF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    ret = bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret < 0) {
        perror("bind failed");
        return 1;
    }
    
    //4.Define receive rules
    struct can_filter rfilter[1];
    rfilter[0].can_id = 0x123;
    rfilter[0].can_mask = CAN_SFF_MASK;
    setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, &rfilter, sizeof(rfilter));

    //5.Receive data and exit
    while(1) {
        nbytes = read(s, &frame, sizeof(frame));
        if(nbytes > 0) {
            printf("can_id = 0x%X\r\ncan_dlc = %d \r\n", frame.can_id, frame.can_dlc);
            int i = 0;
            for(i = 0; i < 8; i++)
                printf("data[%d] = %d\r\n", i, frame.data[i]);
            break;
        }
    }
    
    //6.Close the socket and can0
    close(s);
    system("sudo ifconfig can0 down");
    
    return 0;
}

can_send.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <net/if.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <linux/can.h>
#include <linux/can/raw.h>

int main()
{
    int ret;
    int s, nbytes;
    struct sockaddr_can addr;
    struct ifreq ifr;
    struct can_frame frame;
    memset(&frame, 0, sizeof(struct can_frame));

    system("sudo ip link set can0 type can bitrate 100000");
    system("sudo ifconfig can0 up");
    printf("this is a can send demo\r\n");
        
    //1.Create socket
    s = socket(PF_CAN, SOCK_RAW, CAN_RAW);
    if (s < 0) {
        perror("socket PF_CAN failed");
        return 1;
    }
    
    //2.Specify can0 device
    strcpy(ifr.ifr_name, "can0");
    ret = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr);
    if (ret < 0) {
        perror("ioctl failed");
        return 1;
    }
    
    //3.Bind the socket to can0
    addr.can_family = AF_CAN;
    addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex;
    ret = bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret < 0) {
        perror("bind failed");
        return 1;
    }
    
    //4.Disable filtering rules, do not receive packets, only send
    setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0);

    //5.Set send data
    frame.can_id = 0x123;
    frame.can_dlc = 8;
    frame.data[0] = 1;
    frame.data[1] = 2;
    frame.data[2] = 3;
    frame.data[3] = 4;
    frame.data[4] = 5;
    frame.data[5] = 6;
    frame.data[6] = 7;
    frame.data[7] = 8;
    
    printf("can_id  = 0x%X\r\n", frame.can_id);
    printf("can_dlc = %d\r\n", frame.can_dlc);
    int i = 0;
    for(i = 0; i < 8; i++)
        printf("data[%d] = %d\r\n", i, frame.data[i]);
    
    //6.Send message
    nbytes = write(s, &frame, sizeof(frame)); 
    if(nbytes != sizeof(frame)) {
        printf("Send Error frame[0]!\r\n");
        system("sudo ifconfig can0 down");
    }
    
    //7.Close the socket and can0
    close(s);
    system("sudo ifconfig can0 down");
    return 0;
}

微雪RS485 CAN HAT

产品概述

特点

产品参数

接口说明

硬件说明

CAN总线

RS485总线

树莓派使用

安装库

对于树莓派4B可能需要进行升级：

下载例程

CAN使用

前置工作

C

python

先运行接收：

发送端：

RS485使用

前置工作

开启Uart接口

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

C

python例程

先运行接收：

发送端：

故障排查

原理图

485Demo

receive.py

send.py

485_receive.c

485_send.c

can_receive.py

can_send.py

can_receive.c

can_send.c

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