Ga naar inhoud

Hardwarereferentie

Deze pagina bevat de elektrische, mechanische en omgevingsspecificaties van de HALPI2. Voor procedurele informatie (installatie, onderhoud, vervanging) zie de hardwarehandleiding. Voor details over de interfaceprotocollen zie Interfaces en connectiviteit.

Overzicht van de specificaties

Parameter Waarde
Computemodule Raspberry Pi CM5 (CM4-compatibel)
Controller van het carrierboard RP2040 (Arm Cortex-M0+, dualcore, 133 MHz)
Ingangsspanning 9–36 V DC (absoluut maximum 38,6 V, transiëntbeveiliging tot 100 V)
Stroomverbruik 250 mA in rust tot 590 mA onder belasting (12 V ingang, HaLOS zonder beeldscherm)
Instellingen stroombegrenzing 0,9 A of 2,5 A (instelbaar)
Backup met supercondensatoren 4× 25 F / 2,7 V in serie (6,25 F effectief bij max. 10,8 V)
Bedrijfstemperatuur −20 °C … +60 °C
Afmetingen behuizing 200 × 130 × 60 mm (exclusief connectoren)
Gewicht behuizing TODO
Materiaal behuizing Gepoedercoat spuitgietaluminium
Beschermingsgraad IP65
Licentie CERN-OHL-S v2 (hardware)

Elektrische specificaties

Voeding

De voeding accepteert een breed DC-ingangsbereik en levert gestabiliseerde rails van 5 V en 3,3 V voor de CM5 en de randapparatuur. De ingangsbeveiliging omvat beveiliging tegen ompoling (LM74800), overspanningsafschakeling bij 38,6 V, TVS-klemming en EMI-filtering voor common mode en differentiaal.

Parameter Waarde
Aanbevolen ingangsspanning 9–36 V DC
Absolute maximale ingangsspanning 38,6 V (continu), 100 V (transiënt, begrensd door TVS)
Maximale ingangsstroom 0,9 A of 2,5 A (instelbare stroombegrenzer)
Ingangszekering 7 A (alleen als storingsbeveiliging)
Tussenrail van 10 V 10,25 V nominaal (SiC463ED-buckconverter)
5 V-rail 5,1 V / 4 A (TPS566238, voedt de CM5 en de USB-poorten)
3,3 V-rail 3,33 V / 3 A (TPS566238, vanaf v0.6.0+ geschakeld door de controller)
UVLO-drempel van de 3,3 V-rail 4,5 V supercondensator
Vroege 3,3 V-LDO SE8633K2 (voor het opstarten van de controller en de balancer van de supercondensatoren)

Backup met supercondensatoren

De bank met supercondensatoren levert backupvoeding om bij spanningsuitval gecontroleerd af te sluiten.

Parameter Waarde
Configuratie 4× cellen van 25 F / 2,7 V in serie
Effectieve capaciteit 6,25 F bij maximaal 10,8 V
Balancering Actieve balancering
Laadspanningsbereik 0–10,8 V (bewaakt door de ADC van de controller)
Inschakeldrempel 8,0 V (instelbaar in de firmware)
Uitschakeldrempel 5,5 V (instelbaar in de firmware)

Stroomverbruik

Gemeten bij 12 V ingangsspanning met een Raspberry Pi CM5 die de HaLOS-image zonder beeldscherm (headless) draait.

Situatie Stroomafname
Systeem in rust ~250 mA
Typische belasting ~400 mA
Piekbelasting ~590 mA

Opmerking

Deze metingen zijn exclusief het verbruik van externe USB-apparaten. Elke USB 3.0-poort kan tot 0,93 A leveren, dus de totale stroomafname van het systeem hangt sterk af van de aangesloten randapparatuur.

Pinbezetting van de connectoren

Voedingsingangsconnector

Type Phoenix MC, 3,81 mm steek, 2-polig. Op het frontpaneel sluit de E7T-connector aan op deze pinheader.

Pin Functie
1 GND
2 VIN (9–36 V DC)

CAN FD-connector

Type Phoenix MC, 3,81 mm steek, 4-polig. Galvanisch gescheiden.

Pin Functie
1 GND_CAN (gescheiden massa)
2 —
3 CAN_H
4 CAN_L

Met de afsluitjumper (opschrift “120R”) schakelt u een afsluitweerstand van 120 Ω tussen CAN_H en CAN_L in.

RS-485-connector

Type Phoenix MC, 3,81 mm steek, 5-polig. Galvanisch gescheiden.

Pin Functie
1 GND_RS485 (gescheiden massa)
2 RX_A_C
3 RX_B_C
4 TX_A_C
5 TX_B_C

Pinheader voor knoppen

Pinheader van 2×3 pinnen, 2,54 mm steek. Elk knoppenpaar bestaat uit GND + signaal.

Pinpaar Functie
Power Aan/uit-knop van de CM5 (dubbelklik = afsluiten, lang indrukken = geforceerd uitschakelen)
Reset Hardwarereset van de RP2040 (RUN-pin)
User Vrij configureerbaar door de gebruiker (implementatie in de firmware volgt nog)

HDMI-connectoren (HDMI0, HDMI1)

Horizontale FPC-connectoren met 20 pinnen, 0,5 mm steek (FPC0.5-SMT-20P). Elk kanaal heeft ESD-beveiliging (RCLAMP0524P) en een stroombegrensde 5 V-voeding (AP2553W6-7).

MIPI CSI/DSI-connectoren (MIPI0, MIPI1)

Horizontale FPC-connectoren met 22 pinnen, 0,5 mm steek. Elk kanaal heeft ESD-beveiliging (RCLAMP0524P). Compatibel met camera- en beeldschermmodules van de Raspberry Pi.

M.2-slot voor NVMe (PCIe M.2 M-key)

M.2 Socket M voor NVMe-SSD's, geschikt voor de formaten 2230 tot en met 2280. Aangesloten via PCIe Gen 2 x1. Bevat een eigen SUSCLK-oscillator voor compatibiliteit met suspend/resume van NVMe (toegevoegd in v0.6.1).

Ventilatorconnectoren (CM5 Fan)

PWM-ventilatorconnectoren met 4 pinnen (HC-1.0-4PLT), aanwezig aan zowel de boven- als de onderzijde van het carrierboard. Ze zijn parallel geschakeld — gebruik er slechts één tegelijk.

Pin Functie
1 +5V
2 FAN_PWM
3 FAN_TACHO
4 GND

USB 3.0-poorten

Connector Verbinding Stroombegrenzing
USB3-0 Rechtstreeks naar USB 3.0 van de CM5 0,93 A (AP22652W6-7)
USB3-1-0 USB3-hub, poort 1 (UPD720210) 0,93 A
USB3-1-1 USB3-hub, poort 2 0,93 A
USB3-1-2 USB3-hub, poort 3 0,93 A

Alle poorten hebben ESD-beveiliging (RCLAMP0524P) en filtering met ferrietkralen.

USB-poort van de controller (MCU USB)

Micro-USB-bus, uitsluitend USB 2.0 in peripheral mode. Wordt gebruikt om de firmware van de RP2040 bij te werken (flashen met UF2). Voorzien van ESD-beveiliging (RCLAMP0524P).

USB-bootpoort (USB Boot)

USB Type-C-bus, USB 2.0 in peripheral mode. Aangesloten op de USB 2.0-OTG-poort van de CM5 om vanaf een USB-massaopslagapparaat op te starten. Voorzien van ESD-beveiliging (RCLAMP0524P).

40-pins GPIO-pinheader (Raspberry Pi GPIO Header)

De GPIO-pinheader volgt de standaard 40-pins indeling van de Raspberry Pi. De volgende pinnen worden gebruikt door de randapparatuur op de HALPI2 zelf:

GPIO Pin Functie Interface Gedeeld?
2 3 I2C1 SDA Systeem-I2C Ja (adres 0x6d gereserveerd)
3 5 I2C1 SCL Systeem-I2C Ja (adres 0x6d gereserveerd)
6 31 SPI0 CS CAN FD-controller Aangepaste CS — kan samengaan met de standaard CS-pinnen
9 21 SPI0 MISO CAN FD-controller Gedeelde SPI0-bus
10 19 SPI0 MOSI CAN FD-controller Gedeelde SPI0-bus
11 23 SPI0 SCLK CAN FD-controller Gedeelde SPI0-bus
12 32 UART4 TX RS-485 Vrij als RS-485 is uitgeschakeld
13 33 UART4 RX RS-485 Vrij als RS-485 is uitgeschakeld
24 18 RS-485 EN RS-485 (handmatige modus) Vrij in de automatische modus
26 37 CAN INT CAN FD-controller Nee

Alle overige GPIO-pinnen zijn beschikbaar voor HAT's en eigen toepassingen. Zie de hardwarehandleiding voor details over de compatibiliteit van HAT's en voor instructies om ingebouwde interfaces uit te schakelen.

I2C-apparaten

Op de I2C-bus van het systeem (I2C1, GPIO 2/3) zitten de volgende apparaten:

Adres Apparaat Functie
0x4b TMP112A Temperatuursensor van het carrierboard
0x6d RP2040 Controller van het carrierboard (secondary-modus)

De I2C-bus van de controller (I2C0, intern op het carrierboard) wordt gebruikt voor HDMI DDC en de communicatie met MIPI-beeldschermen, met pull-ups van 2,2 kΩ.

Isolatiearchitectuur

De CAN FD- en RS-485-interfaces zijn galvanisch gescheiden van de rest van het systeem. Elke interface heeft een eigen gescheiden voeding (DC-DC-converter B0505S-1WR3) en signaalscheiding.

Interface Signaalscheiding Voedingsscheiding Gescheiden massa
CAN FD ISO7721DR B0505S-1WR3 GND_CAN
RS-485 TI41M31 B0505S-1WR3 GND_RS485

Dit betekent dat busstoringen, aardlussen en ruis op het CAN- of RS-485-netwerk het hoofdsysteem niet kunnen beschadigen of verstoren.

Mechanische specificaties

Behuizing

Parameter Waarde
Materiaal Gepoedercoat spuitgietaluminium
Afmetingen 200 × 130 × 60 mm (exclusief connectoren)
Gewicht TODO
IP-klasse IP65
Vrije ruimte boven het carrierboard 45 mm (biedt plaats aan maximaal 2 gestapelde HAT's)
Dekselschroeven 4× M4×10 verzonken, PH2-kop
Afdichtingsrubber Afdichtingsrubber van het deksel voor een weerbestendige afdichting
Drukvereffening Ontluchtingsplug (mag niet worden verwijderd)

Paneelposities

Het frontpaneel heeft voorgeboorde posities voor:

  • 1× E7T-voedingsconnector
  • 1× NMEA 2000-Micro-C-connector
  • 1× RJ45-ethernetaansluiting
  • 2× HDMI Type-A
  • 2× USB 3.0 Type-A
  • 1× RP-SMA-antenneconnector (voor wifi en Bluetooth)
  • 2× SMA-antenneposities (geleverd met blindpluggen)
  • 1× ontluchtingsplug
  • 3× posities voor PG7-kabelwartels (geleverd met blindpluggen)

Montage

  • Montage van het carrierboard: 4× M4×6 schroeven in de bodem van de behuizing
  • Montage van HAT's: 4× M2,5-draadinzetstukken (v0.5.0+; bij v0.4.0 moeten de moeren met de hand worden aangebracht)
  • Montage van de CM5: 4× M2,5-soldeermoeren

Warmtebeheer

De CM5 is aan de onderzijde van het carrierboard gemonteerd. De warmte van de SoC en de RP1-chipset van de CM5 wordt via thermische pads afgevoerd naar de aluminium bodem van de behuizing, die als koellichaam dient.

Component Dikte thermisch pad
SoC (BCM2712) 1 mm
RP1 2 mm
Componenten van de voeding 2 mm

De standaardbehuizing biedt passieve koeling zonder ventilator. Voor eigen behuizingen of toepassingen met een hoge omgevingstemperatuur is een PWM-ventilatorconnector met 4 pinnen beschikbaar.

Gerelateerde informatie