Detalji za dizajniranje hardwarea KC868-A6

Kincony se odlikuje zavidnom vještinom, razvija nove kontrolere poput Lego kockica – svaki mjesec novi model. Očito nemaju zamora. To bi nazvali:

„Kontinuitet razvoja i sposobnost prepoznavanja novih trendova.“

To jest, nastavit će nas zadovoljavati svojim novim uređajima za automatizaciju. Ovo je sjajna vijest, ali postoje još bolje vijesti: Kincony reagira na zahtjeve korisnika da poboljšaju svoje proizvode i razviju nove. Ovakva praksa se rijetko sreće kod drugih proizvođača. Kincony programeri su upoznati sa zahtjevima i potrebama za dodavanje kontrolera zaslona, mogućnost povezivanja bežičnih modula LoRa i nRF24, priključci na ploči zasebnih Serijskih, I2C i SPI konektora, dodavanje sata u stvarnom vremenu (RTC) – a ovdje ispred mene leži KC868-A6, u kojem su prisutne sve te želje. Naravno, nije ovo kraj razvoja, postoji niz novih ideja koji će biti realizirani u sljedećim modelima kontrolera…

Kincony KC868-A6

KC868-A6 ostavlja dojam “KC868-A4 na steroidima” – svejedno, ali malo bolje, malo veće i “jače” – više digitalnih ulaza i releja, više ulaza za senzore, dodan je zaslon, mogućnost povezivanja bežičnih nRF24 i LoRa modula, zasebnih konektora Serijska, I2C i SPI sučelja, sat u stvarnom vremenu (RTC) i RS485 sučelje.

A4 i A6 za usporedbu

Izostanak poput piezokeramične zujalice, IR dioda i modula od 433 MHz mogu se smatrati beznačajnima, iako mi je osobno žao zujalice – prikladno je s njim obavijestiti o raznim alarm događajima. Unatoč značajnim koracima u pravom smjeru, KC868-A6 još uvijek ne doseže počasnu titulu “Sveobuhvatnog kontrolora naših snova” – inženjeri Kinconyja tradicionalno ignoriraju potrebu za hardverskom Watchdog funkcijom na A6 kontroleru. Možda ću jednog dana moći doprijeti do programera i prenijeti im ovu dobru ideju. Kao i obično za seriju KC868, ovo je ESP32 modul u modifikaciji ESP-WROOM-32 sa svim svojim ugrađenim mogućnostima (Wi-Fi, Bluetooth, dvije MCU jezgre, 4 MB EEPROM memorije itd.). Osim toga, KC868-A6 sadrži:

6 digitalnih opto-izolirana ulaza (“suhi kontakt”)
4 analogna ulaza 0-5 V
2 analogna izlaza (DAC) 0–10 V
6 releja 10A 220V (NE, COM, NC)
2 kontakta za spajanje temperaturnog i drugih senzora
Serijski poveznik
I2C konektor
nRF24L01 Poveznik (SPI)
LoRa konektor (SPI)
RS232 priključak (DB9)
RS485 priključak
Prikaz (SSD1306)
RTC DS1307 (+ ležište za bateriju – CR1220)

Malo više detalja o tome što sve to znači i što nam daje:

Serijski priključak. Mogućnost povezivanja različite opreme (komponenti) koja radi na ovom protokolu, kao i mogućnost povezivanja “partnerskog” MCU-a.

I2C priključak. Isto kao i serijski.

Poveznik nRF24L01. Mogućnost integracije u sustav desetaka (ako ne i stotina) bežičnih senzora, aktuatora, pokazatelja itd. Kao i mogućnost korištenja ovog konektora za povezivanje SPI komponenti (umjesto nRF24L01).

Detaljnije: ako na kontroleru postoji nRF24, tada KC868-A6, na primjer, više ne podržava 6 releja, već može podržati rad desetaka (stotina) bežičnih releja. Što sam kontroler i njegove mogućnosti dovodi na potpuno drugačiju razinu.

I još više: uz odgovarajuću softversku podršku (kontrola isporuke paketa, ponovno slanje, šifriranje itd.), Bežične nRF24 (kao i LoRa) veze mogu biti gotovo jednako pouzdane kao i žičane.

LoRa konektor. Isto kao i nRF24, plus cijeli kompleks mogućnosti povezanih s LoRa-specifičnostima: velike komunikacijske udaljenosti itd.

RS485 sučelje. Standardni RS485 priključak za spajanje raznovrsnih uređaja preko ovog protokola.

Ekran. Kao što sam ranije napomenuo u jednom od članaka, “kontroler sa zaslonom mnogo je zanimljiviji od istog, ali bez zaslona.” Nadalje, ostaje samo za vaše dizajnerske sposobnosti (odlučiti što, kada i kako izvesti na njega).

RTC DS1307. Dugo očekivani RTC na kontroleru (ko je je radio prave projekte, moći će cijeniti njegovu prisutnost). Istina, provedba je bila malo razočaravajuća, ali o tome ćemo detaljno govoriti u nastavku.

ESP32. O ESP32 i njegovom sučelju i komunikacijskim mogućnostima, uopće ne treba razgovarati o tome se detaljno pisalo na puno mjesta. Općenito, KC868-A6 u pravim rukama je moćan alat za razvoj procesa automatizacije (glavno je da postoji ideja i projekt). A sada prelazimo na upoznavanje s izgledom kontrolera KC868-A6.

Izgled i uređaj

Kao što kažu, “skromno, ali ukusno”, izgled Kincony KC868-A6 se ne ističe, ali kontroler izgleda prilično lijepo i funkcionalno. Osobno mi se sviđa kućište i sa stajališta dizajna i sa stajališta funkcionalnosti: konektori za vanjske priključke, mjesto za zaslon, prikladni pričvršćivači i jednostavnost rastavljanja, visokokvalitetna plastika, metalni pričvršćivači za vijke i ventilacijske otvore, mogućnost ugradnje na DIN tračnicu ili bilo koju površinu – sve je vrlo, vrlo dobro, izvedeno. Pogled na kontroler s uklonjenim poklopcem – iznutra uočavamo isti pristup dizajnu Kincony uređaja kao i kod dosadašnjih modela, sve radi uredno i funkcionalno. Posebno zadovoljstvo daje prisutnost slobodnog prostora u kućištu – možete sigurno postaviti dodatnu ploču s potrebnim komponentama, pričvrstiti je na gornji poklopac i spojiti na glavnu ploču kabelima. Na kućištu KC868-A6 može se vidjeti priključke digitalnih i analognih ulaza, DAC, RS232 i RS485 priključke, kao i dodatke za pričvršćivanje kontrolera na DIN-tračnicu.

Tehnologija KC868-A6

Sada prijeđimo na bliže upoznavanje s KC868-A6 i analizu pojedinih dijelova ovog uređaja. Prvo, pogled odozgo. Odmah upadaju u oči brojni dodaci i poboljšanja, u usporedbi s A4. Pogled na ploču odozdo. Nema se što puno komentirati, sve je vidljivo kao na dlanu.

Napajanje

Standard za energetski podsustav serije KC868: koristi istosmjerni pretvarač XL1509-5 za dobivanje napona od 12 V i 5 V i linearnog regulatora LM117-3V3 za generiranje napona od 3,3 V. Konektor za spajanje žica napajanja je pomaknut na drugu stranu u odnosu na prijašnje kontrolere. Napajanje KC868-A6:

ESP32 Core

Ovdje je sve jednostavno – standard, koji je već postao klasičan za seriju KC868, mjesto modula ESP-WROOM-32 na ploči je standardno kao i na dosadašnjim pločama. Ti su i kondenzatori filtra za napajanje, koji se nalaze u blizini ESP32. Antena Wi-Fi modula nalazi se u blizini antene nRF24L01 (ako je koristite) – ovdje morate biti sigurni da ne ometaju jedni druge tijekom rada, budući da oba modula rade u rasponu od 2,4 GHz. Shematski dijagram i pinout ESP32 jezgre kontrolera:

USB/CH340

Podsustav za povezivanje s računalom i programiranje kontrolera. Mini-USB konektor zamijenjen je modernijim Tip-C, nakon čega slijedi CH340C s odgovarajuća dva gumba – “RESET” i “USER” (“DOWNLOAD”). Shematski dijagram podsustava USB/CH340 kontrolera:

Digitalni ulazi (DI)

6 ulaza je definitivno bolje od 4 na KC868-A4. KC868-A6 ima 6 digitalnih opto izoliranih ulaza sa optocouplerima EL357. Interakcija s ESP32 je obavljena proširenjem digitalnih ulaza/izlaza s I2C sučeljem PCF8574P, što štedi oskudne GPIO, iako pogoršava performanse ulaza KC868-A6 i donekle komplicira programiranje.

Analogni ulazi (ADC)

KC868-A6 ima 4 analogna ulaza 0-5V. Signali se dovode na ulaze, četverostrukim operacijskim pojačalom LM224 i Schottky DIODAMA BAT54S. Tu se formira napon VCC 12V. Shematski dijagram analognog ulaznog podsustava:

Analogni izlazi DAC

Formiranje analognih izlaznih signala 0-10 V provodi se dvostrukim operacijskim pojačalom LM258DR pogonjenim 12V/ GND. U konektoru P6, DAC izlazi su usklađeni s ulazima senzora (temperatura itd.). Shematski dijagram podsustava DAC kontrolera:

Releji

Relejni podsustav zauzima polovicu kontrolera Kincony KC868-A6. Održavanje releja 6 provodi se čipom 74HCT14 s obrnutim Schmitt okidačima i ULN2003A s Darlington tranzistorskim nizovima. Na ploči se nalaze LED diode indikatora koje signaliziraju trenutno stanje releja. Interakcija s mikrokontrolerom ESP32 provodi se pomoću digitalnog ulazno/izlaznog ekstendera s I2C sučeljem PCF8574P. Relejni izlazi imaju sva 3 kontakta (NO, COM, NC), što im omogućuje da se u potpunosti koriste u različitim krugovima opterećenja napajanja. Također u ovoj verziji kontrolera, relejni krugovi su zamjenjeni snažnijim, u usporedbi s onima na KC868-A4. Shematski dijagram relejnog podsustava:

Senzori (temperatura/vlažnost)

KC868-A6 ima 2 konektora za spajanje temperaturnih i drugih senzora (možete spojiti sve prikladne senzore ili skupove senzora, samo treba znati da su svi kontakti na ploči s napon od 3V).

Serijski priključak

Zasebni serijski priključak (GPIO12, 13) za spajanje odgovarajuće opreme (sve komponente koje rade na ovom protokolu ili “partnerski” MCU). Odvojeni konektori s različitim sučeljima na ploči – je uvijek dobro i može se pozdraviti prisustvo zasebnog serijskog konektora na KC868-A6.

RS232 priključak

Unatoč što kontrolor KC868-A6 posjedujeu RS485, developeri su ostavili komponente ploče (čip SP3232EEN) i DB9 konektor sučelja RS232. Očigledno, je povezivanje putem RS232 i dalje popularno kod povezivanja različite opreme na kontrolere. Shematski dijagram podsustava RS232:

RS485 priključak

Prijašnji nedostatak RS485 priključka kod ranijih KC868 kontrolera je sada riješen.

RS485 omogućava povezivanje odgovarajućih senzora i opreme koji podržavaju RS485 i ModBus protokol.

Ovaj podsustav osigurava upravljački program i međuspremnik sučelja MAX13487EESA i međuspremnik 74LVC1G125.

Shematski dijagram podsustava RS485:

I2C konektor

Odvojeni konektori sa sučeljima na ploči uvijek su dobra stvar. Zasebni I2C konektor je sasvim pohvalno riješenje. Na njega se može spojiti dodatne komponente kompatibilne s I2C-om i značajno proširiti funkcionalnost kontrolera.

Bežični (nRF24 i LoRa)

Jedna od važnih karakteristika KC868-A6 je mogućnost povezivanja nRF24 i LoRa modula. To značajno proširuje funkcionalnost kontrolera – postaje moguće kontrolirati desetke i stotine bežičnih senzora i aktuatora. Kao što se može vidjeti, nemoguće je koristiti i nRF24 i LoRa u isto vrijeme, mogu se koristiti samo odvojeno. To jest, morate odabrati korištenje određene bežične mreže. Umjesto bežičnih nRF24 i LoRa modula (ako po dizajnu trebate spojiti neku opremu sa SPI sučeljem na kontroler). Shematski dijagram povezivanja bežičnih modula nRF24 i LoRa (SPI sučelje). Popularni modul nRF24L01, koji se (uspješno) koristi u tisućama projekata. Ništa manje popularan i ne manje omiljen LoRa modul, koji se također uspješno koristi u mnogim projektima. A sada možete povezati ove prekrasne module s KC868-A6 i učiniti ga sistemom za upravljanje bežičnom IoT mrežom.

Prikazna jedinica (SSD1306)

Zaslon je ono što je Kincony kontrolerima toliko nedostajalo, a sada možete povezati popularni SSD1306 zaslon s KC868-A6 i na njega prenijeti sve potrebne informacije. Usput, nije potrebno koristiti SSD1306, možete povezati bilo koji zaslon s I2C sučeljem. Na primjer, neki se prikazuju s većim zaslonom od SSD-a1306. Također možete koristiti priključak za prikaz za povezivanje druge I2C opreme ako zaslon nije potreban u vašem projektu. Shematski dijagram veze prikaza: I2C se prikazuje SSD1306.

Također popularan i koristi se u mnogim projektima. Pristupačan, jeftin i podržan u obliku softverskih biblioteka.

RTC (Sat u stvarnom vremenu)

Još jedan koristan dodatak KC868-A6 je RTC (Sat u stvarnom vremenu). Konačno, Kincony je dodao ovaj podsustav na svoju ploču. Neću govoriti o važnosti RTC-a u stvarnim projektima, samo ću napomenuti da je to u mnogim slučajevima izuzetno korisna, pa čak i nužna funkcija. Od nedostataka implementacije možemo primijetiti korištenje DS1307 čipa, koji je poznat po netočnosti i velikim odstupanjima vremena od stvarne vrijednosti. To ograničava uporabu ovog rješenja, iako je takav RTC još uvijek bolji od nikakvog. No i ovo se može riješiti periodičnim preuzimanjem točnog vremena sa nekog od vremenskih servera. Ali Kincony je obećao popraviti i u sljedećim revizijama ploče staviti normalan RTC čip DS3231 s točnijim satom. Oba čipa su kompatibilna sa softverom, tako da će prijelaz na novu ploču biti bezbolan. Shematski dijagram podsustava sata u stvarnom vremenu: