У нас появился постоянный читатель, которого мы сильно зауважали всей командой, ведь именно он упрекнул нас (и по делу), мол, много слов, а где ТТХ контроллера?
Начнём с оправданий. Психологи говорят, что это неправильно: никогда не оправдывайтесь, ибо вы признаете тем самым вину, а мы её очень даже признаём. Мы посчитали, что сходу вываливать на читателей нашего канала ТТХ было бы неверно. Решили начать с изложения идеи и истории развития нашего устройства, если будет угодно — с ФИЛОСОФИИ данной разработки. Этим мы объясняем стиль нашей первой статьи. Любая разработка должна начинаться с рассуждения, и оно должно быть разумным.
Готовы перейти от философии к техническим подробностям.
Базовая плата
Всем известно, что сейчас творится с рынком элементной базы, и, проектируя устройство, нужно быть готовым, что та или иная микросхема будет недоступна. Знаем, что у ряда коллег по цеху возникли именно такие проблемы. Мы же хотим наших клиентов радовать отгружаемым в срок оборудованием, поэтому базовая плата содержит только линии питания и разъёмы для установки различных модулей и субмодулей.
Базовая плата имеет различные исполнения, она легко настраивается под требования клиентов, есть как минимум 3 типовых варианта исполнения. Приведем описание одного из таких типовых вариантов. Справа выведены разъёмы для установки модулей, слева по всем правилам питание и элементная база для периферии.
Касательно периферии, для версии К1 v5 параметры следующие: 1 RS-485 (изолированный), 1 RS-485 (неизолированный), 1 Ethernet (изолированный), 1 USB host (неизолированный), 1 USB 2.0 (micro-B) и 1 дискретный/импульсный (неизолированный), разъём для SD карты и ввод для напряжения питания контроллера.
Количество входов под датчики — 62, фактически к контроллеру можно подключить порядка 32 датчиков. Почему не точно 32? Ряд датчиков могут использовать более, чем 2 линии для подключения, и наоборот — на вход 1Wire можно повесить десятки датчиков.
Часто клиенты задают вопрос: какая частота опроса субмодулей? Согласно спецификации Modbus, датчик опрашивается до 350 мс, средняя скорость опроса всех датчиков — от 0,5 до 5 сек, при этом её можно улучшить или приоритизировать при кастомизации проектного решения, всё зависит от количества и типов датчиков. Тот же датчик температуры 1Wire отвечает на запрос порядка 0,5 секунды.
Диапазон входного напряжения питания постоянного тока от 9 до 32В. Средняя потребляемая мощность (режим передачи данных) — не более 2,5 Вт. Поставлена защита от неправильного подключения, также применили ряд решений из GPS трекеров по стабилизации питания.
При проектировании шины обмена данных с субмодулями мы заложили три линии. Мы не стали останавливаться на каком то одном интерфейсе, заложили сразу несколько, из-за этого на плате появились 9 рядов по три разъема. Пришлось учесть все правила трассировки сигнальных линий и линий питания. В результате на шине есть USB, SPI , UART, I2C, напряжения питания для субмодулей и для измерения электрических параметров. Слева мы заложили дополнительный 10-й слот для модулей связи. На текущий момент есть есть модули Lora, WiFi и LTE.
На базовую плату могут быть установлены два типа головных модуля — с микроконтроллером и процессором. Микроконтроллерное семейство на базе STM.
Головной модуль
Процессорный модуль реализован на SITARA AM3352 CORTEX-A8, на нём установлен Linux, что предлагает большой выбор для инженеров, начиная от библиотек CODESYS и заканчивая скриптами на Python.
Исполнение модулей с микроконтроллерным управлением реализовано на базе STM32H7ХХХХ и STM32F7ХХХХ. Если честно, не от хорошей жизни данная вариантность, но в результате мы можем относительно легко подстраиваться под реальности складских и логистических возможностей в нашей стране. В перспективе можно ставить любой, в том числе и отечественный микропроцессор. Доработка модулей занимает порядка двух недель.
Для версии Linux выведены 2 Ethenet интерфейса, реализованных на чипах LAN8710AI-EZK, скорость обмена данными по интерфейсу Ethernet 10/100 Mбит/с.
Блок питания
Мы предусмотрели возможность установки в корпус модуль блока питания. Модуль выполнен на базе преобразователя Mornsun LDE20-20B05, он позволяет запитывать модуль по трём фазам, т.е. на двух фазах пропадает питание, контроллер сигнализирует и продолжает работать.
Чтобы не запутаться в терминологии, мы разделили модули и субмодули. Модули — питания и процессорные, субмодули обеспечивают подключение датчиков.
Субмодуль Fider
Пожалуй, самый интересный. Это субмодуль учёта и контроля качества электроэнергии переменной сети. Относительно простой по схемотехнике, построен на базе чипа Atmel M90E32AS (Microchip Technology). Знаем различных производителей, которые устанавливают данный чип в свои электросчётчики. Количество токовых каналов — 4 (3 фазы и ноль). Диапазон измерения напряжения — до 400В. Диапазон измерения частоты 45-65 Гц, точность измерения — 1%, если нужна большая точность, то её можно улучшить путём процесса калибровки. Параметры, которые контроллер выдает на базе регистровой карты, следующие:
· Активная мощность по каждой фазе;
· Полная мощность по каждой фазе;
· Реактивная мощность по каждой фазе;
· Напряжение на каждой фазе;
· Активная энергия каждой фазы;
· cos(φ) каждой фазы;
· Полная энергия каждой фазы.
Схемотехника модуля достаточно простая, можно открыть даташит на микросхему.
Далее мы расскажем о других наших модулях и их характеристиках — универсальный аналого-дискретный субмодуль ввода и субмодуль дискретного вывода.
Информацию о контроллере К1 можно найти на сайте: https://k1.edcteam.ru/
