Капля 8266

Универсальный блок Капля 8266. Часть 1

День добрый.

Прежде всего, хочу выразить свою благодарность создателям, а также всем разработчикам,  участвующим в проекте по созданию программного обеспечения  “FLProg.”

Действительно программа позволяет быстро и без  особых познаний в языках создавать небольшие системы автоматики с широкими возможностями. Программа “FLProg.” позволяет работать с  широко распространенными, недорогими, легкодоступными модулями, выпускаемыми серийно,  такие как модули  Arduino и ESP. Также немаловажно то, что на просторах интернета есть много информации о работе с ними.

Все это выше перечисленное и зародило идею о создании небольшого универсального модуля, который мог бы справиться с решением разносторонних задач по автоматизации.

Методикой его изготовления в домашних условиях (сборка на коленках), схемами, и GERBER  файлами для заказа плат в Китае  я и хочу поделиться.

В общем, не судите строго за дизайн, название ( Капля 8266) и конструкция пришла как то внезапно.

Вид спереди           Вид сбоку  

Вид на внутренние поверхности (ESP12F)

Вид на внутренние поверхности (ARDUINO NANO)

 

Назначение:

Использование в различных схемах автоматизации технологических процессов, например таких как:  

  • Автоматика небольших твердотельных котлов (контроль,  управление разряжением и подачей воздуха в топку,  контроль температуры воды в контуре,  загазованность, аварийная сигнализация и т.  Д.)
  • Автоматика на даче или огороде ( Полив растений, контроль и управление проветриванием теплиц и т. Д.)
  • Умный дом и все что связано с ним.
  • Автоматика устройств которые перемещаются в пространстве ( Телеги силосные)
  • Автоматика, использующая RFID считыватели.
  • Автоматика использующая WIFI и GSM.

Цель:

  • Создать универсальный модуль, который мог бы выполнять функции управляющего контроллера или устройство сбора информации и управления.
  • Комплектация модуля, должна быть зависимой от поставленной задачи по автоматизации.
  • Использовать возможность замены управляющих модулей ARDUINO NANO, ESP12F на другие вновь созданные устройства.

Задачи:

  • Крепление модуля должно осуществляться на DIN рейку 35мм.
  • Написание программ для модуля должно происходить в программе FLProg, но не исключать возможность программирования в других средах.
  • Гальваническая изоляция внешних цепей от контроллера.

И так для того чтобы начать изготовление этого устройства необходимы GERBER файлы для заказа в Китае печатных плат.  Они расположены в двух архивах:

GERBER KaplyaBrain8266.zip

GERBER KaplyaShasy8266.zip

Просто надо скачать и сделать заказ на изготовление плат, собственно неважно даже где.

Конструкция устройства подразумевала использование различных модулей, электронных компонентов и других вещей выпускаемых промышленностью. Ссылки по которым делались заказы перечислены  в   Детали на заказ.txt . Все заказанные детали были удачно доставлены в течении 4 недель.

Мне пришел заказ из Китая через  3,5 недели качество мне нравиться.  Вот так это выглядит.

Заказ представляет собой 2 упаковки по 10 плат размером  100Х100 мм.

При заказе изготовитель спросит подтверждение на распилку плат на кусочки, я отказался и распилил сам в ручную,  использовал  круги отрезные FIT  с алмазным напылением.  Дело нудное но не долгое.

На фотографии есть пометки,  для каких целей предназначены платки. В данной части описание я буду знакомить с двумя основными платами  (KaplyaBrain8266) и (KaplyaShasy8266).  Описания других плат будит в другой части, когда у меня появятся детали, и возможность спаять и испытать их.

 В двух словах о них:

  • (KaplyaAnalog) – 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).
  • (KaplyaRS485)-плата гальванической развязки RS Данная плата предназначена для совместной работы с преобразователем USB-TTL . Реализован  пин  приема/ передачи RE/DE. Осталось за малым найти программиста, чтобы этот пин начал работать в программах.
  • (KaplyaDIP)-плата переходник позволяющий устанавливать модули ESP12F и подобные в макетные платы с шагом 2.54.

 

Описание конструкции модуля.

Общие данные.

Изначально планировалось создать устройство, которое работало только на основе модулей  ESP. В процессе экспериментов оказалось, что неплохо бы иметь на борту возможность установки модулей  Arduino, что дало бы большую универсальность  данной конструкции. В качестве такого модуля был выбран  ARDUINO NANO.

Конструкция устройства (Капля 8266) состоит из двух плат  KaplyaBrain8266 и KaplyaShasy8266. Компоненты электрических схем сгруппированы  таким образом, что можно было бы использовать эти платы как совместно с друг другом, так и независимо от себя, то есть являются функционально завершенными блоками.

(KaplyaBrain8266) – плата на которой установлены модули ARDUINO NANO, ESP, SIM800L, реализованы шины с гальванической развязкой I2C, SPI и гальванически развязанных RS485 -2шт. гнездо для подключения RFID RC522 по шине SPI.

(KaplyaShasy8266) –Плата на которой установлена микросхема MCP23017, а также 16 универсальных входов, с гальванической изоляцией, и возможностью переделки их в дискретные выхода.  Микросхема MCP23017 связана с KaplyaBrain8266 по шине I2C,  что  дает возможность использовать ее автономно для расширения количества входов/выходов. Тем не менее, есть ограничения:  на шину I2C нельзя повесить более 8 устройств на основе MCP23017 и общая емкость шины с подключенными к ней нагрузками не должна превышать  400pf (документация на микросхему ADUM1251).

Принципиальные схемы можно скачать по следующим ссылкам:

(KaplyaBrain8266 princip)– принципиальная схема.

(KaplyaShasy8266 princip)– принципиальная схема.

(KaplyaBrain8266.zip)  – архив принципиальная схема, монтажные схемы слоев TOP  и BOT, перечень компонентов устанавливаемых на плату.

(KaplyaShasy8266.zip) – архив принципиальная схема, монтажные схемы слоев TOP  и BOT, перечень компонентов устанавливаемых на плату.

ВНИМАНИЕ

На первый взгляд может показаться, что на принципиальных схемах все компоненты электрических цепей соединены в одну кучу или запараллелены между собой и вся схема представляет собой сплошное короткое замыкание. Связано это с тем,  что устройство (Капля 8266) разрабатывалось как универсальное, и по этим принципиальным схемам изготавливались печатные платы. В связи с этим запрещается устанавливать все компоненты из перечня компонентов  “ДНОВРЕМЕННО” не разобравшись в работе принципиальной электрической схеме.

Для упрощения понимания принципиальных схем на ее полях оставлены комментарии. Далее будут представлены  2  таблицы, позволяющие упростить изучение данных схем.

ПРЕДУПРИЖДЕНИЕ :  Если вдруг показалось, что на принципиальных схемах слишком много оптопар и микросхем участвующих в цепях гальванической развязки, а также резисторов подтяжек и блокировочных конденсаторов, то не стоит ими пренебрегать. В противном случае можно оказаться участником паранормальных исследований например как этих: (Raspberry Pi зависает от фотовспышки).

 

Ниже приведена таблица, которая отображает некоторые из возможных конфигурации платы (KaplyaBrain8266) применяемых для решения часто возникающих задач.

Таблица 1 –   (Конфигурация KaplyaBrain8266.xlsx)

На основании этой таблицы и принципиальной схемы можно подобрать необходимые компоненты для сборки устройства под сои задачи. Данная таблица не ограничивает возможности данного устройства.  Например,  можно  установить вместо микросхем ADUM1251, микросхему ADUM1250, и реализовать 2 канала 1-Wire. Вместо модулей ARDUINO NANO или ESP12 другие модули самостоятельного изготовления например AЦП, или микроконтроллеры STM32. Фантазия бесконечна, а потому и описать все сложно.

В связи с тем, что программа FLProg  использует библиотеки Arduino ide, о которой на просторах интернета писалось очень много, можно узреть что, некоторые пины модулей, микросхем и т. д. зарезервированы под определенные задачи.  В ниже приведенной таблице отображено соответствие ног и их назначение для модулей ARDUINO NANO или ESP12.

Таблица 2 –   (Распиновка ESP8266 и Arduino .xlsx)

Из таблицы видно, что существуют  колонки  NodeMCU V3.0 и ESP12F, на самом деле это одно и тоже, просто одно является частью другого.  При прошивки скетча в Каплю 8266 я выставляю NodeMCU V3.0 .

 

Если все выше описанное не вызывает вопросов, то следующий раздел можно пропустить.

Описание поэтапной сборки устройства.

Для того, чтобы было более наглядно, в процессе сборки делались фотографии и некоторые простенькие программки,  для тестирования железа написанные на FLProg.  Так как устройство поддерживает работу разных модулей  ARDUINO NANO и  ESP12F, то и разложено будит все по своим архивам.

1 Этап.

 Устанавливаем на плату  элементы минимальной комплектации. При данной комплектации можно только заливать прошивку в модули.

(ARDUINO NANO минимальная комплектация.zip)

(ESP12F минимальная комплектация.zip)

 

2 Этап.

 Устанавливаем на плату  элементы двух RS485 и элементы их гальванической развязки . При данной комплектации устройство может работать как управляющий контроллер по RS485, а совместно с ESP12F как мост.

(ARDUINO NANO+2RS485.zip)

(ESP12F+2RS485.zip)

3 Этап.

 Добавляем на плату  элементы шины I2C с  гальванической развязкой . При данной комплектации устройство может выполнять предыдущие функции, а также  работать с устройствами поддерживающими эту шину например вот такой маленький как на фотографии в архиве выдержал температуру на улице -32С, хотел испытать при  -45С, но не успел, уехал в командировку, а когда приехал снова потеплело.

(ARDUINO NANO+2RS485 +I2C.zip)

(ESP12F+2RS485 +I2C.zip)

4 Этап.

 Добавляем на плату  элементы аппаратного сторожевого таймера.  Те,  кто не верит в зависание микроконтроллеров, элементы может не устанавливать.

(ARDUINO NANO+2RS485 +I2C +WDT.zip)

(ESP12F+2RS485 +I2C +WDT.zip)

5 Этап.

 Добавляем на плату  элементы  в зависимости от поставленных задач, пользуясь принципиальной электрической схемой. Особое внимание необходимо уделять питающим цепям , так как различные модули имеют разные напряжения питания. Вот например фотографии различных устройств.

На фотографиях видно, что не установлены  элементы, относящиеся к RS485 -1, в связи с тем что ноги модулей ARDUINO NANO и  ESP12F заняты модулем SIM800L или считывателем  RFID RC522.

(ARDUINO NANO+2RS485 +I2C +WDT +SIM800L.zip)

 (ESP12F+1RS485 +I2C +WDT +SPI RC522.zip)

6 Этап.

 Устанавливаем на плату  (KaplyaShasy8266)  элементы согласно поставленной вами задачи. В моей задаче требовалось реализовать контроль 8 датчиков с выходным сигналом 220в AC.  А также иметь 2 линии RS485. Собственно как это выглядит можно посмотреть в архиве.

(KaplyaShasy8266  -8входов 220В.zip)

 

7 Этап.

Установка в корпус.

(Сборка.zip)

********************************************************************************

Продолжение следует в следующих частях.


4

Publication author

offline 3 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