Универсальный блок Капля 8266. Часть 2

Часть 2

В этой части будет рассказано об основных функциональных узлах устройства.

Для того чтобы было легче воспринимать, необходимо открыть следующие схемы:

(Схема подключения Капля 8266.pdf) – отображает имена сигналов на клеммнике.

(KaplyaBrain8266 princip)– принципиальная схема.

(KaplyaShasy8266 princip)– принципиальная схема.

 

Реализация RS485

	Pin               NodeMCU V3.0		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO14	D5	RS458-1 – CS – изолированный	D13	RS458-1 – CS – изолированный
IO12	D6	RS458-1 RX  – изолированный	D12	RS458-1 RX  – изолированный
IO13	D7	RS458-1 – TX – изолированный	D11	RS458-1 – TX – изолированный
IO2	D4	RS458-0 – CS – изолированный	D8	RS458-0 – CS – изолированный
RXD	D9	RS458-0 RX  – изолированный	TX1	RS458-0 RX  – изолированный
TXD	D10	RS458-0 TX   – изолированный	RX0	RS458-0 TX   – изолированный

 

Интерфейс  RS485 собран по классической схеме на базе микросхемы ADM485.  Режим приема/передачи  (pin RE/DE) реализован программно. В программе FLProg не забываем включать его. Также FLProg может использовать RS485-0 в двух режимах Serial com и Software com. Имеются разъемы (J7, J8) для установки терминальных резисторов  120 Ом. На плате RKaplyaShasy8266.pcb установлены защитные супрессоры на 6,8 вольт.

Гальваническая изоляция реализована в двух вариантах:

1. На оптопарах PC817 или подобных (U13-U18).  Достоинства – очень низкая цена, недостатки – скорость обмена ограничена  38400. На практике этого в полнее достаточно, так как условиях сильных электромагнитных помех на производстве скорость 9600 считается оптимальной.
2. На микросхеме ADUM1251 и оптопарах PC817 (U9, U10 и U13, U15 соответственно). Достоинство – скорость обмена  115200, недостатки – цена.

При установки микросхем U19, U20 (ADM485) наименование цепей клемм разъемов устройства будит выглядеть, как отображено на схеме подключения (Схема подключения Капля 8266.pdf).

 

Реализация  Кольцо

	Pin               NodeMCU V3.0		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO14	D5	RS458-1 – CS – не используется	D13	RS458-1 – CS – не используется
IO12	D6	RS458-1 RX  – изолированный	D12	RS458-1 RX  – изолированный
IO13	D7	RS458-1 – TX – изолированный	D11	RS458-1 – TX – изолированный
IO2	D4	RS458-0 – CS – не используется	D8	RS458-0 – CS – не используется
RXD	D9	RS458-0 RX  – изолированный	TX1	RS458-0 RX  – изолированный
TXD	D10	RS458-0 TX   – изолированный	RX0	RS458-0 TX   – изолированный

 

Интерфейс  Кольцо можно реализовать, если не устанавливать микросхемы ADM485 (U19, U20) и резисторы R42-R45, а также установить за место микросхем (U19, U20) перемычки между пинами 1-7 и 4-6, соответственно для каждой микросхемы.  

Режим приема/передачи  сигналы (RS458-0 – CS  и RS458-1 – CS ) для интерфейса  не нужны, а значит оптопары  (U13, U15) можно не ставить. Тем не менее, установив оптопары,  мы получим два независимых гальванически изолированных дискретных выхода.   Также FLProg может использовать RS485-0 в двух режимах Serial com и Software com.  Гальваническая изоляция реализована на микросхеме ADUM1251  (U9, U10).

При реализации интерфейса Кольцо  наименование цепей клемм разъемов устройства будит выглядеть, как отображено на схеме подключения (Схема подключения Капля 8266.pdf).

 

Реализация  шины I2C

	Pin               NodeMCU V3.0		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO4	D2	I2C – изолированный SDA	A4	I2C – изолированный SDA
IO5	D1	I2C- изолированный  SKL	A5	I2C- изолированный  SKL

 

Интерфейс  шины I2C  собран по классической схеме на базе микросхемы ADUM1251.  Собственно она сама по себе и является микросхемой гальванической развязки и разрабатывалась для этих целей и подобных шин.  Следует не забывать,  что на данную шину производитель этой микросхемы накладывает ограничение на длину.  Длинна  линии зависит от емкости,  и эта емкость не должна превышать  400pF.   Данный  интерфейс реализован на микросхеме U4 расположенной на плате RKaplyaBrain8266.pcb.

При реализации интерфейса шины I2C.  наименование цепей клемм разъемов устройства будит выглядеть, как отображено на схеме подключения (Схема подключения Капля 8266.pdf).

 

 

Реализация  шины SPI

	Pin               NodeMCU V3.0 распиновка		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO14	D5	SPI SCK  – изолированный	D13	SPI SCK  – изолированный
IO12	D6	SPI MISO – изолированный	D12	SPI MISO / RS458-1 RX  – изолированный
IO13	D7	SPI  MOSI – изолированный	D11	SPI  MOSI – изолированный
IO10	SD3	как выход SPI  RST – изолированный	D9	как выход SPI  RST- изолированный
IO15	D8	как выход SPI  SDA (SS) -изолированный	D10	как выход SPI  SDA (SS) – изолированный

 

Интерфейс  шины SPI реализован сам по себе,  как продукт реализаций вышеописанных интерфейсов, оставалось только установить разъем  J6  на плате RKaplyaBrain8266.pcb, для подключения считывателя RFID RC522. Следующим этапом появилась возможность подключения к этому разъему микросхемы 74HC595 расположенной на плате RKaplyaAnalog.pcb.

На  таблице расположенной выше приведены сигналы, используемые этой шиной.  Также, можно увидеть что, все сигналы изолированные, это относиться к клеммам расположенным на плате RKaplyaShasy8266.pcb, но не к разъему  J6  на плате RKaplyaBrain8266.pcb для подключения считывателя RFID RC522.  Шина SPI не предназначена для передачи сигналов на дальнее расстояние, но в пределах модуля позволяет связать между собой многие полезные устройства.

Исходя из выше изложенного,  при использовании шины SPI  разъем  J6  на плате RKaplyaBrain8266.pcb установку далее перечисленных компонентов производить нельзя:

(U18, R29, U10, U16, R31, U15, R30, U11, R24, R34, U12, R25, R35, U20, R41, R43, R45)

 

 

Реализация  интерфейса  1-Wire

	Pin               NodeMCU V3.0 распиновка		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO12	D6	SPI MISO / RS458-1 RX  – изолированный	D12	SPI MISO / RS458-1 RX  – изолированный
IO4	D2	I2C – изолированный SDA	A4	I2C – изолированный SDA
IO5	D1	I2C- изолированный  SKL	A5	I2C- изолированный  SKL
RXD	D9	RS458-0 RX  – изолированный	TX1	RS458-0 RX  – изолированный

 

В вышеприведенной таблице приведены наименования сигналов, которые могут использоваться для реализации интерфейса 1-Wire. Гальваническая изоляция реализована на микросхемах ADUM1251 (U4, U9, U10), Жёлтым цветом выделен сигнал которым можно воспользоваться только при условии, если U4 будет вот такой микросхемой: ADUM1250. Также необходимо обратить внимание, что при использовании сигналов IO12, RXD необходимо проделать следующие действия:

 Не устанавливать микросхемы ADM485 (U19, U20) и резисторы R42-R45 в зависимости от того какой сигнал планируется использовать, а также установить за место микросхем (U19, U20) перемычки между пинами 1-7 и 4-6, соответственно для каждой микросхемы.

 

Реализация сторожевого таймера WDT.

Сторожевой таймер реализован на плате RKaplyaBrain8266.pcb на базе микросхемы SA555.

Подробное описание работы и на стройки этого чудного устройства прекрасно изложено в статье на сайте FLProg.  Ознакомиться с ним можно сдесь:  WDT

Немного от себя: стробирующие импульсы  (STROBE) поступают через микросхему шинного формирователя U3,  который в свою очередь получает его с ноги микроконтроллера GPIO5.

Необходимо обратить внимание на тот факт, что если в устройстве используется шина I2C, то в качестве стробирующих импульсов будет выступать сигнал тактовых импульсов шины I2C, если же устройство не предполагает использование шины I2C, то в программе необходимо реализовать поочередную запись 0 и 1 в  GPIO5. Далее также необходимо обращать внимание на то, что перед записью скетча в микроконтроллер необходимо снимать джемпер J5., а после прошивки устанавливать обратно. Если этого не сделать то микроконтроллер не когда не пропишется  по простой причине,  что  WDT будит его постоянно сбрасывать.

 

 

Реализация USB-TTL.

Данное устройство реализовано на основе модуля выпускаемого массовым производством, информацию о нем можно найти здесь: (USB-TTL  CP2102)

Данное устройство используется  для прошивки скетча в модуль ESP12F, установленный на плате RKaplyaBrain8266.pcb. Для прошивки модулей ARDUINO NANO он не нужен, как и не нужны транзисторы VT2, VT3 и резисторы R13-R16.

Данное устройство также используется  при создании преобразователя USB-RS485 с гальванической развязкой, реализованной на плате RKaplyaRS485.pcb.

Установку модуля USB-TTL  CP2102 на плату RKaplyaBrain8266.pcb можно производить в таком виде как он есть, но в этом случае разъем USB будет торчать из корпуса достаточно сильно. Второй вариант заключается в том, что можно удалить разъем USB и на его место впаять гребенку 4pin. , а на плате RKaplyaBrain8266.pcb установить раз]ем USBM1J.  Подобный вариант можно посмотреть на фотографиях в архивах в первой части.

 

 

Использование модуля GSM SIM800L

Модуль SIM800L  может поддерживать связь с модулями ARDUINO NANO и ESP12F по средством сигналов RX и TX. На плате RKaplyaBrain8266.pcb предусмотрено место для его установки. Также предусмотрены джемпера J2 и J3 для подключения его к разным коммуникационным портам микроконтроллера.

	Pin               NodeMCU V3.0		Pin                      Arduino nano V3
ESP8266F
IO12	D6	RS458-1 RX	D12	RS458-1 RX
IO13	D7	RS458-1 – TX	D11	RS458-1 – TX
RXD	D9	RS458-0 RX	TX1	RS458-0 RX
TXD	D10	RS458-0 TX	RX0	RS458-0 TX

 

Из выше приведенной таблицы видно, что модуль занимает один из двух коммуникационных портов, а значит что некоторые компоненты схемы устанавливаться недолжны. Это относиться к следующим элементам: (U10, U16, U18, U20 и U9, U14, U17, U19).  Также необходимо не устанавливать  компоненты обвязки, относящиеся к перечисленным  элементам пользуясь принципиальной электрической схемой.

К сожалению, в программе FLProg не предусмотрен блок предназначенный для работы с модулем SIM800L, да и наверно некогда не будит.  По этой причине о данном устройстве сказать больше нечего.

 

 

Некоторые не документированные возможности, которые никогда не войдут в описание.

Анализируя принципиальную электрическую схему не вооруженным  глазом можно заметить , что все модули имеют между собой следующие взаимосвязи:

1. Модули ARDUINO NANO и ESP12F параллельны друг другу по назначению сигналов.
2. Оба модуля имеют связь по RX и TX с модулем GSM SIM800L.
3. Модуль USB-TTL CP2102 жестко связан с модулем ESP12F.

Что же это нам дает?

Вот несколько идей:

1. Используя п.3 за место модуля ESP12F можно устанавливать практически любой микроконтроллер ATMEL, STM, и т. д. Правда, для этого придется самостоятельно изготовить не большую платку переходника на которой надо будит разместить кварц, пару конденсаторов ну и конечно же сам микроконтроллер. Для изготовления подобного переходника вполне сгодиться технология ЛУТ.
2. Используя п.1 на место модуля ARDUINO NANO можно установить платку на борту которой будит реализована схема высокоскоростного АЦП.  Правда придется там же поместить схему гальванической изоляции, иначе датчики будут оказывать негативное влияние на работу всей системы в целом.

 

 

Продолжение следует