메인 모듈 GO-Pi-Zero-M — 이더넷·CAN·RS-485와 절연 설계

1부에서 시스템 구성을 봤습니다. 이번엔 메인 모듈입니다.

GO-Pi-Zero-M은 75 × 81.5 mm 4층 보드입니다. 상위 시스템과 연결되는 유일한 모듈이라 통신이 셋 올라갑니다.

케이스를 씌운 메인 모듈

케이스를 씌운 앞면입니다. 이더넷(ETH), RS-485 3핀, 주소용 로터리 두 개, 상태 표시등 세 개, 그리고 아래쪽에 DC 입력 2핀이 나옵니다.

케이스를 벗긴 메인 모듈

안쪽 기판입니다. 이 그림의 실크 글자는 참고용이고, 아래 사양은 설계 파일에서 뽑은 값입니다.

통신 세 가지

통신	구성	연결 대상
이더넷	`W5500` + RJ45	상위 시스템, 사내 네트워크
CAN	`MCP2515` + `SN65HVD230`	옆에 붙는 서브 모듈들
RS-485	`MAX485`	현장 계측기·인버터 등

컴퓨트는 40핀 헤더에 얹습니다. Pi Zero 규격 자리라 같은 형상의 모듈을 바꿔 끼울 수 있습니다. 지금 올라가 있는 것은 Luckfox Lyra Zero W입니다.

라즈베리파이 Zero 2 W가 품절되면서 대체품을 찾다 고른 보드이고, 대체 보드 평가와 벤치마크를 이 판 위에서 돌렸습니다. 그 글의 커널 재빌드도 이 보드의 W5500과 MCP2515를 eth0·SocketCAN으로 올리기 위한 작업이었습니다.

세 통신이 각각 다른 데로 갑니다. 이더넷은 위로, CAN은 옆으로, RS-485는 현장으로. 절연을 어디에 걸지도 이 방향에 따라 갈립니다.

절연은 현장으로 나가는 선에

RS-485 포트는 전기적으로 완전히 떠 있습니다.

B0505S-1WR2   절연 DC-DC   → 절연측 전원 CH1_5V / CH1_GND 생성
MAX485        RS-485       → 통째로 절연측에서 동작
6N137 x2      포토커플러    → 송신·수신을 각각 건넌다
TVS x2                     → 절연측 접지 기준 보호

전원은 절연 DC-DC로 띄우고, 신호는 포토커플러 두 개가 TX와 RX를 따로 넘깁니다. 현장 장비와 접지 전위가 다르거나 그쪽에서 서지가 올라와도 이쪽 로직까지 넘어오지 않습니다.

입력 전원도 절연형입니다. 24 V를 5 V로 내리는 VRB2405YMD-6WR3이 1500 VDC 절연이라, 현장 24 V와 보드 로직이 애초에 떠 있습니다.

선	어디로	절연
24 V 입력	현장 전원	절연 DC-DC (1500 VDC)
RS-485	현장 장비	절연 DC-DC + 포토커플러
이더넷	상위 네트워크	RJ45 내장 트랜스포머
CAN	옆 모듈	같은 함체·같은 접지라 걸지 않음

밖과 닿는 선은 전부 떠 있고, 함체 안에서만 도는 CAN만 안 걸었습니다. 부품을 많이 쓰는 게 아니라 어디가 위험한지로 정했습니다.

전원 구성

24 V 입력  ->  VRB2405YMD-6WR3 (절연 6 W, 5 V 1.2 A)  ->  +5V
                                LD1117S33             ->  +3V3
                                B0505S-1WR2 (절연)     ->  CH1_5V (RS-485 전용)

모듈 버스로 +5V와 +3V3을 함께 내보냅니다. 서브 모듈은 이 전원을 받아 자기 레귤레이터로 다시 만듭니다.

주소는 손으로 정합니다

로터리 스위치가 두 개입니다. 각 4비트, 합쳐서 8선이 컴퓨트 모듈 GPIO로 곧장 들어갑니다. 중간에 확장 칩이 없습니다.

스위치 하나가 한 자리씩 맡으니 두 자리 숫자를 손으로 돌려 국번을 정합니다. 현장에서 노트북 없이 주소를 바꿀 수 있고, 설정이 보드에 물리적으로 남습니다.

보호와 신호 처리

TVS P6KE8.2CA 4개 — 외부로 나가는 선의 서지 보호
바리스터·커먼모드 초크 — 전원 입력단 노이즈 대응
BSS123 3개 — 컴퓨트 모듈의 3.3 V I²C를 모듈 버스 쪽으로 넘기는 레벨 시프터

I²C는 컴퓨트 모듈 쪽이 3.3 V이고 모듈 버스 쪽은 전압이 다를 수 있어서, MOSFET 하나로 만드는 양방향 레벨 시프터를 SDA·SCL·RESET에 하나씩 붙였습니다.

사양 정리

항목	값
크기	75.0 × 81.5 mm
층수	4층
부품	170개
네트	116개
입력 전원	24 V (18~36 VDC), 절연 6 W
통신	이더넷 · CAN · RS-485
주소	로터리 스위치 2개 (2자리)
모듈 버스	16핀 커넥터 1개

3부에서는 옆에 붙는 서브 모듈 세 종류를 봅니다.

🔧 GO 모듈형 IO 시리즈: 1부 — 시스템 구성 · 2부 — 메인 모듈 · 3부 — 서브 모듈 3종 · 4부 — 사양과 확장

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