Капля 8266. Часть 5

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:

(KaplyaAnalog princip.pdf)

Перечень компонентов, и вид на плату со стороны TOP, BOT можно скачать одним архивом:

(KaplyaAnalog.zip)

 

Реализация токовых выходов 4…20мА.

Схема токовых выходов состоит из двух функциональных узлов:

  1. 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

  1. 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:

Вид со стороны TOP

Вид со стороны BOT

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:

(KaplyaAnalogСборка.zip)

 

 

Тестирование аналоговых выходов.

Тестирование аналоговых выходов будим производить при помощи миллиамперметра на нагрузке 150ом и напряжении питания ОУ -12в.

Для этого делаем следующие действия:

  1. На плату (KaplyaShasy8266.pcb) устанавливаем плату (RKaplyaAnalog.pcb).
  2. Затем на плату (KaplyaShasy8266.pcb) устанавливаем плату (RKaplyaBrain8266.pcb).
  3. Скачиваем программу (HMI Modbus TCP, Bluetooth Free) и устанавливаем её на телефон или планшет. По этой ссылке есть даже видео как ей пользоваться.
  4. Скачиваем архив с тестовой программой и видеороликом теста. (KaplyaAnalogTestESP12F.zip).
  5. Распаковываем, заливаем скетч в мозг Капли8266 не забывая установить сетевые настройки.
  6. С учётом сетевых настроек создаём небольшую программку для передачи переменной модулю Капля 8266.
  7. Включаем модуль, подключаем тестер, запускаем программу, двигаем движок на экране планшета и видим изменения показаний тестера.
  8. 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.


0

Publication author

offline 4 months

kaplya

Avatar 8
Comments: 0Publics: 7Registration: 06-02-2019

Leave a Comment

Войти с помощью: 
Authorization
*
*
Войти с помощью: 
Registration
*
*
*
*
Войти с помощью: 
Password generation