Часть 5
В этой части будет рассказано о плате (RKaplyaAnalog.pcb).
(RKaplyaAnalog.pcb) – это плата имеет 8 аналоговых выходов с унифицированным токовым сигналом 4…20мА. с гальванической развязкой на шине I2C и 8 дискретных выходов 24в с гальванической развязкой шина SPI. Данную плату планировалось использовать для управления частотными преобразователями, и задвижками типа (belimo LM24A-SR).
Плата (RKaplyaAnalog.pcb) имеет разъёмы для установки её на плату (RKaplyaShasy8266.pcb). Также плату можно использовать автономно с другими устройствами.
Принципиальную схему можно скачать по следующей ссылке:
Перечень компонентов, и вид на плату со стороны TOP, BOT можно скачать одним архивом:
Реализация токовых выходов 4…20мА.
Схема токовых выходов состоит из двух функциональных узлов:
- Преобразователь цифрового сигнала в аналоговый (0-5 В) реализован на основе микросхемы (MCP4725). Из технического описания мы узнаем что, микросхема может выпускаться в 4 исполнениях с зашитыми в неё адресами. Определить адреса можно по коду, который написан на корпусе.
xJ – адреса 60 и 61
xP – адреса 62 и 63
xQ – адреса 64 и 65
xR – адреса 66 и 67
- Преобразователь напряжения (0-5 В) в унифицированный токовый сигнал (4…20мА) реализованный на операционном усилителе ОУ.
Постольку поскольку все 8 токовых выходов имеют одну и ту же принципиальную схему, то разберём на примере реализации ( Канала 1 Секция 1). Микросхемы U24, U33. В данной схеме ЦАП U24 питается напряжением 5в от стабилизатора питания U31 и способен на своём выходе выдавать значения напряжения от 0 до 5в. Однако, можно его запитать и от 3,3в, но для этого придётся поменять стабилизатор питания U31, DC/DC преобразователь U21 расположенный на плате (RKaplyaBrain8266.pcb) на аналогичные, но на напряжение 3,3в, а также резисторы R80-R87 с номиналом 100ом.
Преобразователь напряжения в ток собран по классической схеме на ОУ микросхема U33. Ток на выходе определяется по формуле (Iвых= Uвх/Rос).
Iвых – ток (4…20мА) протекающий через нагрузку и через защитный диод D7.
Uвх –измеренное напряжение между (10н. U33) и питанием ОУ (24V0).
Rос – резистор обратной связи R81 (R80-R87 для других каналов). Резистором Rос можно задавать верхний предел токового сигнала 20мА. Для ЦАП с выходным сигналом (0-3в) резистор целесообразней выбрать равным 100ом., а для ЦАП с выходным сигналом (0-5в) резистор должен быть 240-250ом.
Данная схема предназначена для работы с ОУ Rail-to-Rail. В моем примере был установлен вот такой операционный усилитель: (TLC2254AID).
Внимание:
На принципиальной электрической схеме и в перечне компонентов значится ОУ ( LM2902) U33-U36 и питание 24в, то есть +/-12в. Средняя точка формируется микросхемой U37 (LM358SMD). Микросхема LM2902 является операционным усилителем общего применения. На этом усилителе вы не когда не добьётесь Uвх меньше чем 1,3в, а значит и тока на выходе преобразователя 5,2мА. Тем не менее, установив этот ОУ, мы имеем некоторые преимущества по сравнению с ОУ Rail-to-Rail. Это цена, возможность работы с напряжением электрических цепей 24В, ну и доступность микросхем. Невозможность изменить нижнюю границу токового сигнала меньше 5,2мА, можно легко компенсировать путём внесения соответствующих параметров исполнительных устройств. Например, в частотных преобразователях можно задавать пределы токового входа.
При использовании ОУ Rail-to-Rail особое внимание надо обращать на напряжение питания. Например, в моем эксперименте был использован ОУ TLC2254AID с напряжением питания +/- 8В (16В). На видео я подавал на него 12В, пробовал подать и 15В, все работало.
Реализация 8 дискретных выходов.
Дискретные выхода реализованы на регистре сдвига 74HC595D. Регистр сдвига подключается к модулю по шине SPI без гальванической развязки. Со стороны выходов гальваническая развязка есть. Она реализована на оптопарах PC817. Дискретные выхода представляют собой транзистор NPN с открытым коллектором и защитным диодом для подключения низковольтных реле, или другой нагрузки с напряжением питания не более 30вольт и током 0,1А. Внешний вид платы с установленными элементами можно посмотреть здесь:
К сожалению, на данный момент написания этой статьи мне не удалось проверить работу этой схемы с модулем ESP12F, но с (ARDUINO NANO+RS485 +I2C) все же проверил, работает в штатном режиме с FLProg 4-2-4.
Внимание:
Аналоговые входа и дискретные входа имеют общий минусовой провод на плате. В связи с этим при подключении внешних цепей нужно обращать внимание на то, какое напряжение питание требуют ОУ, и какое питание требует нагрузка дискретных выходов. Если напряжения различные, то требуется напитывать их от различных блоков питания.
Сборка плат модуля Kaplya 8266
Фотографии сборки плат (RKaplyaAnalog.pcb) и (RKaplyaShasy8266.pcb) можно скачать одним архивом:
Тестирование аналоговых выходов.
Тестирование аналоговых выходов будим производить при помощи миллиамперметра на нагрузке 150ом и напряжении питания ОУ -12в.
Для этого делаем следующие действия:
- На плату (KaplyaShasy8266.pcb) устанавливаем плату (RKaplyaAnalog.pcb).
- Затем на плату (KaplyaShasy8266.pcb) устанавливаем плату (RKaplyaBrain8266.pcb).
- Скачиваем программу (HMI Modbus TCP, Bluetooth Free) и устанавливаем её на телефон или планшет. По этой ссылке есть даже видео как ей пользоваться.
- Скачиваем архив с тестовой программой и видеороликом теста. (KaplyaAnalogTestESP12F.zip).
- Распаковываем, заливаем скетч в мозг Капли8266 не забывая установить сетевые настройки.
- С учётом сетевых настроек создаём небольшую программку для передачи переменной модулю Капля 8266.
- Включаем модуль, подключаем тестер, запускаем программу, двигаем движок на экране планшета и видим изменения показаний тестера.
- Смотреть видео (Flprog5 NodeMCU3-TCP SLAVE 4725 Test).
Внимание: Все скетчи, вложенные в архивы, предназначены только для тестирования электрических цепей на платах, а также проверки целостности компонентов установленных на них, и не более того.
Publication author
