接口说明 CAN 总线接口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 RS4

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念醒靳
5 years ago
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1 RS485 CAN HAT 用户手册产品概述 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 通信功能特点基于树莓派接口设计, 适用于 Raspberry Pi Zero/Zero W/Zero WH/2B/3B/3B+ 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 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 : SN65HVD 收发器 : SP3485 产品尺寸 : 65mmx30mm 固定孔通经 : 3.0mm 1

2 接口说明 CAN 总线接口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 总线接口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 2

3 硬件说明 1.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 3

4 2.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 +3.3 V 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 的电阻从硬件说明得知 :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 4

5 硬件自动控制 : 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 5

6 树莓派使用安装必要的函数库需要安装必要的函数库 (wiringpi bcm2835 python 库 ), 否则以下的示例程序可能无法正常工作安装方法详见 : 如若使用 python 库, 装完上述基本的库之后, 还有如下库需要安装 sudo apt-get install python-pip sudo pip install python-can 在官网上找到对应产品, 在产品资料打开下载路径, 在 wiki 中下载示例程序 : 得到解压包, 解压并将程序复制到树莓派中 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 vi /boot/config.txt 在最后一行加入如下 : dtparam=spi=on dtoverlay=mcp2515-can0,oscillator= ,interrupt=25,spimaxfrequency= 保存退出后, 重启树莓派 : 6

7 sudo reboot 重启后, 运行命令查看是否初始化成功 : dmesg grep -i '$can\ spi$' 将会有如下的打印信息 : 如果不接上模块可能提示如下 : 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把两个模块的 H 与 L 对应连接 C 语言例程浏览目录 : 接收 : 进入目录 :cd /RS485_CAN_HAT_code/can/c/receive 编译 :make 执行 :sudo./can_receive 此时, 接收程序是阻塞的, 直到读取到数据就结束发送 : 进入目录 :cd /RS485_CAN_HAT_code/can/c/send 编译 :make 执行 :sudo./can_ send 7

8 此时接收接收到对应的 id 的报文 : Python 例程浏览目录 : 先运行接收 : sudo python can_reveive.py 发送端 : sudo python can_send.py 8

9 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 与基于 wiringpi 库开发程序前置工作由于树莓派默认的串口是用于调试信息, 需要释放串口 : 执行如下命令进入树莓派配置 sudo raspi-config 选择 Interfacing Options ->Serial, 禁用串口登陆 shell, 使能串口接口 : 9

10 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 把两个模块的 A,B 对应连接 WiringPi 程序查看目录 : 接收 : 进入目录 :cd /RS485_CAN_HAT_code/can/c/receive 编译 :make 执行 :sudo./can_receive 此时, 接收程序是阻塞的, 直到读取到数据就结束发送 : 进入目录 :cd /RS485_CAN_HAT_code/can/c/send 编译 :make 执行 :sudo./can_ send 此时接收端接收到数据 : 10

11 Python 例程浏览目录 : 先运行接收 : sudo python reveive.py 发送端 : sudo python send.py 11

12 代码分析 CAN 分别提供了两种例程, 一个 C 语言, 一种 python; C 语言使用了 socket-can 编程,python 也采用了类似的的库 C 语言对于 c 语言, 使用的是类似 linux 中网络编程的技巧, 使用套接字来进行控制如果你了解 linux 网络编程, 那么这里是类似的 :Socketcan 套接字是 Linux 下 CAN 协议的实现方法在发送之前要先创建一个 can 设备, 因为前面只是启用 MCP2515 内核 : system("sudo ip link set can0 type can bitrate "); system("sudo ifconfig can0 up"); 第一步 : 打开套接字 s = socket(pf_can, SOCK_RAW, CAN_RAW); 如果失败了会返回 -1 第二步 : 指定设备 can0 strcpy(ifr.ifr_name, "can0"); ret = ioctl(s, SIOCGIFINDEX, &ifr); 第三步 : 将套接字绑定在 CAN 接口 addr.can_family = AF_CAN; addr.can_ifindex = ifr.ifr_ifindex; ret = bind(s, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); 第四步 : 设置规则, 不接收数据包, 只发送 setsockopt(s, SOL_CAN_RAW, CAN_RAW_FILTER, NULL, 0); 第五步 : 设置发送的数据 struct can_frame frame; frame.can_id = 0x123; frame.can_dlc = 8; frame.data[0] = 1; frame.data[1] = 2; frame.data[2] = 3; 12

13 frame.data[3] = 4; frame.data[4] = 5; frame.data[5] = 6; frame.data[6] = 7; frame.data[7] = 8; 第六步 : 发送数据 nbytes = write(s, &frame, sizeof(frame)); 通过 write() 函数将发送的数据写入套接字中, 如果失败了会返回 -1, 成功返回写入的字节数因此可以通过这个来判断是否发送成 : if(nbytes!= sizeof(frame)) { printf("send Error frame[0]!\r\n"); system("sudo ifconfig can0 down"); } 第七步 : 关闭套接字和 CAN 设备 close(s); system("sudo ifconfig can0 down"); 如果不关闭 CAN 设备, 那么下次发送会提示总线忙对于接收而言 : 在绑定套接字的时候不一样 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; } 可以定义接收规则 : 只接受 ID 为 0X123 的报文 : 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)); 读取使用 read(): nbytes = read(s, &frame, sizeof(frame)); 将会返回读取到的字节数更多 socket-can 的编程请参考 : 13

14 Python 使用 python 例程, 确保以及安装了 python-can 库与 c 语言类似的都是要先创建 can 设备 : os.system('sudo ip link set can0 type can bitrate ') os.system('sudo ifconfig can0 up') 第一步 : 连接到 CAN 总线 can0 = can.interface.bus(channel = 'can0', bustype = 'socketcan_ctypes')# socketcan_native 第二步 : 创建信息 msg = can.message(arbitration_id=0x123, data=[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7], extended_id=false) 第三步 : 发送信息 can0.send(msg) 最后同样要关闭 can 设备 os.system('sudo ifconfig can0 down') 接收数据 : msg = can0.recv(10.0) recv() 中定义超时接收时间更多请参考 : RS485 分别提供了两种例程, 一中基于树莓派 wiringpi 库, 一种 python; wirngpi 第一步 : 设置接收与发送 : 从硬件说明得知 :SP3485 芯片的 RE 与 DE 管脚是设置接收与发送 ; #define EN_ if(wiringpisetupgpio() < 0) { //use BCM2835 Pin number table printf("set wiringpi lib failed!!! \r\n"); return -1; } else { 14

15 printf("set wiringpi lib success!!! \r\n"); } pinmode(en_485, OUTPUT); digitalwrite(en_485,high); 这里配置成发送, 这里的 Pin18 管脚是 BCM 编码, 对于 wiringpi 而言可以使用 bcm 管脚编码也可使用 wiringpi 编码的管脚,wiringPiSetupGpio() 是设置采用 BCM 编码,wiringPiSetup() 是设置成 wiringpi 编码第二步 : 创建文件描述符, 打开串口文件 /dev/ttys0, 并设置波特率 : if((fd = serialopen ("/dev/ttys0",9600)) < 0) { printf("serial err\n"); return -1; } 第三步 : 发送数据 serialflush(fd); serialprintf(fd,"\r"); serialputs(fd, "12345"); serialflush() 是清除串口中全部数据, 等待发送给定设备 serialprintf() 类似 printf 函数, 可以将需要发送的数据绑定到文件描述符上 ; serialputs() 将以 nul 结尾的字符串发送到由给定文件描述符标识的串行设备 ; 由于接收端的 serialgetchar(fd) 函数返回串行设备上可用的下一个字符, 是一个比较坑的函数, 因此发送端主动发送一个 \r 字符来抵消掉这个现象 ( 如果您有更好的解决方法请联系我们 ) 更多操作函数, 请参考 Python 对于 python 控制 RS485 就比较简单了, 即直接操作串口 : 同样的打开串口文件并设置波特率 : t = serial.serial("/dev/ttys0",115200) 设置需要发送的数据 command = ["a","b","c",",","1","5",0x24,0x48] 15

16 把数据写入串口文件中, 将返回写入的字节数 : len = ser.write(command) print("len:"),len 读取 : 返回缓存区中的字节数 ser.inwaiting() 读取指定字节的数据 : ser.read(ser.inwaiting()) 16

4 CAN 总线协议的层次结构与前面介绍的简单总线逻辑不同,CAN 是一种复杂逻辑的总线结构从层次上可以将 CAN 总线划分为三个不同层次 : (1) 物理层在物理层中定义实际信号的传输方法, 包括位的编码和解码位的定时和同步等内容, 作用是定义不同节点之间根据电气属性如何进行位的实际传输

4 CAN 总线协议的层次结构与前面介绍的简单总线逻辑不同,CAN 是一种复杂逻辑的总线结构从层次上可以将 CAN 总线划分为三个不同层次 : (1) 物理层在物理层中定义实际信号的传输方法, 包括位的编码和解码位的定时和同步等内容, 作用是定义不同节点之间根据电气属性如何进行位的实际传输 CAN 总线 CAN 是控制器局域网络 (Controller Area Network,CAN) 的简称, 由德国 BOSCH 公司开发, 并最终成为国际标准 (ISO 11898-1) CAN 总线主要应用于工业控制和汽车电子领域, 是国际上应用最广泛的现场总线之一 1 CAN 总线简介 CAN 总线是一种串行通信协议, 能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制 CAN 总线的应用范围很广,

接口说明 CAN 总线接口 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 RS4

接口说明 CAN 总线接口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 RS4