@sitist2

Коллеги, приветствую!

Для своего дома разрабатываю контроллер. Про сам контроллер пока не говорю по причине его незавершенности, а вот модуль ввода-вывода хочу предоставить на суд общественности.

Динный модуль предназначен для организации 16 дискретных входов и 16 дискретных выходов. Первоначально предназначался для работы в структуре "умного дома", но может использоваться в любых системах, например для организации управления нагрузкой.
Входы реализованы как обычные TTL с подтяжкой к +5в. Так же на каждый вход установлены конденсаторы на землю для компенсации дребезга контактов и защиты от небольших наведенных импульсных помех.
Выходы реализованы на сборках Дарлингтона ULN2003А. Это позволяет управлять мощной индуктивной нагрузкой: до 0,5А до 50В. Несколько выходов выполнены с повышенной нагрузочной способностью – до 1А. Примененные сборки содержат в схеме защитные диоды, поэтому прямо к выходу модуля можно подключать мощные реле.
Для увеличения числа входов-выходов в конструкции модуля предусмотрено каскадное подключение последующих модулей. Для этого на плате разведены соответствующие разъемы: достаточно соединить плоским 10-жильным шлейфом выход первого модуля со входом второго. Подключать можно до 4 модулей. В принципе, должно работать и больше, но я просто не проверял.
Ниже приведены схемы отдельно блока ввода и блока вывода. Обе эти схемы объединены на печатной плате, рисунок которой так же привожу.
Питается данный модуль от +5В. Ток потребления не более 250мА. Напряжение +5В может подаваться как на отдельный разъем на плате, так и через шлейф. Так же на модуль подается напряжение для управления силовой нагрузкой (COMMON). Если вы планируете применять 5-вольтовые реле или иную пятивольтовую нагрузку, можно поставить перемычку между COMMON и +5В.
УПРАВЛЕНИЕ.
Для индикации активных выходов используются светодиоды LED1-LED16. Если индикация не нужна, то их можно заменить перемычками.
Для управления модулем используется шина SPI. Про нее писать не буду. Все уже толково описано до меня (ссылка). Скажу что используется пять ног МК для управления, независимо от количества этих модулей:
1. SCK – это тактовые импульсы
2. MISO – MasterInpyt – это выход модуля и вход МК
3. MOSI – MasterOutput – это вход модуля и выход МК
4. SS1 – это сигнал выбора модуля ввода
5. SS2 – это сигнал выбора модуля вывода.
Можно дергать этими ногами программно, но лучше использовать аппаратную поддержку МК. Это есть и в МК от ATMEL (в частности в Arduino) и в МК от TI (в той же LaunchPad).
Примеры ПО я приведу чуть позже. Пока же прошу опытных коллег оценить схемотехнику, ну и отвечу на все вопросы. Фотографии готовой платы вы увидите ниже.
В архиве все, включая плату в формате SprinLayout.
Надеюсь, что это описание поможет желающим автоматизировать свой дом.

0

@sitist2

Архив со всеми материалами к первому посту.
[220.18 Кб]

[133.14 Кб]

0

@drvtos

Привет, коллега!

Предложенный к обсуждению модуль нарывается на возражения и замечания :)

Ну, такая схемотехника может использоваться в пределах платы или соседних плат одного устройства. При передаче сигналов на расстояние уже нескольких метров все очень ненадежно.
Кроме того, есть датчики (или другие источники дискретных сигналов), которым подтяжка к +5 не нужна или даже вредна.
Мое решение: независимые оптопары. Полная свобода полярности сигналов, широкий диапазон напряжений накачки, защита модуля ввода от глупостев, которыми може обрасти входной сигнал (типа наводок или 220 В).

Ну, можно и так. Хотя включение выхода регистра через светодиод и без балластного резистора удивляет.
Можно несколько выходов просто на реле сделать. Или все, что еще кашернее. Ты же говоришь об универсальном модуле?

Вообще, задача непростая по простой причине: универсальность суть штука относительная. Вот скажи в начале, что делаешь конкретно для себя - я бы и не стал по кнопочкам стучать, дело хозяйское. Но претензия на универсальность сразу порождает вопросы. На которые, согласен, однозначного ответа и нет. То, что в одной системе гут, в другой смерть :)

0

@Omkit5o

ULN2003A имеет встроенный резистор ~3к, так что ладно (хотя самому тоже не понравилось сначала).
И ТС отписал же, что универсальный делает для себя.

0

@sitist2

Ну для этого я и написал! Мой опыт разработки невелик, поэтому от критики и советов бывалых не отказываюсь.
Сразу поясню назначение моего модуля: модуль разработан для работы в составе "умного дома". Служит в основном для управления освещением, системой вентиляции, сопряжения с системой охранно-пожарной сигнализации.
Универсальный - потому как жестко к конфигурации и типам входных датчиков и выходных исполнительных элементов не привязан.
Ну, такая схемотехника может использоваться в пределах платы или соседних плат одного устройства. При передаче сигналов на расстояние уже нескольких метров все очень ненадежно.
Кроме того, есть датчики (или другие источники дискретных сигналов), которым подтяжка к +5 не нужна или даже вредна.
Мое решение: независимые оптопары. Полная свобода полярности сигналов, широкий диапазон напряжений накачки, защита модуля ввода от глупостев, которыми може обрасти входной сигнал (типа наводок или 220 В).

В общем, я тоже вначале склонялся к опторазвязке. Но провел натурные испытания, которые показали хорошие результаты в отдельно взятом доме. Сразу скажу - использовал витую пару. Рядом с силовыми кабелями по возможности старался входные цепи не прокладывать. Поэтому сделал так.

Очень хочу увидеть ваш вариант на оптопарах. Вопрос цены - важен. Поэтому прошу указывать наименование для возможности оценки. Еще один аспект - я пытаюсь приспособить плату для корпуса с установкой на DIN-рейку. Максимальный размер платы: 83 на 132мм.
Ну, можно и так. Хотя включение выхода регистра через светодиод и без балластного резистора удивляет.
Можно несколько выходов просто на реле сделать. Или все, что еще кашернее. Ты же говоришь об универсальном модуле?

Как уже отметил коллега, ULN2003A содержит на входе резистор 2,7КОм, я когда это увидел в даташите, то решил сэкономить немного места на плате. Мне кажется, что это красивое решение и, в общем, штатное. Я не прав?

Реле на плате просто не поместится, хотя был и такой прототип. А к такой плате подключается стандартное реле от Finder, например.


http://**************************/download/file.php?id=13759&sid=f1dae51965d652dea9ba98132014515e

Либо еще какой-либо исполнительный механизм. Это я считаю универсальным решением.

drvtos"]Вообще, задача непростая по простой причине: универсальность суть штука относительная. Вот скажи в начале, что делаешь конкретно для себя - я бы и не стал по кнопочкам стучать, дело хозяйское. Но претензия на универсальность сразу порождает вопросы. На которые, согласен, однозначного ответа и нет. То, что в одной системе гут, в другой смерть :)[/QUOTE]
Про применение я уже писал.
Хочу разработать модуль, который можно использовать для большинства домов. Который сможет повторить не специалист, а просто рукастый мужик.
Который не сгорит от неправильной коммутации, ну или будет очень просто ремонтироваться.
Все еще жду ваших советов по улучшению конструкции.

0

@drvtos

Итак, по входам. Свожу 2 твоих абзаца:
Раскручивая от последнего, смею заявить, что модуль с ТТЛ-уровнями по входу трудно назвать надежным и ремонтопригодным. То, что ты провел натуриспытания в пределах одного дома, не отменяет факта, что и дома бывают разные, и рукастость у мужиков не всегда дружит с головой. И поведет он рядом силу и сигнал... И при монтаже забудет выключить питание... И просто перепутает полярность какой-то линии... Везде пиздец крадется незаметно.
Потому - оптопары. Причем, мое небезаппеляционное ИМХО, что сама по себе гальваническая развязка - не главное. Главное, чтобы сигнал приходил на низкое входное сопротивление (это раз), мог быть перевернут - и ничего не горело (это два), мог иметь активный уровень в широком диапазоне (это три), мог порождаться как датчиком с NPN-выходом, так и с PNP-выходом (это бонус). Всем этим критериям удовлетворяет оптопара.

Если не собираешься ругаться, давай на "ты". Четче видно, обращаешься ко всем или ко мне. С учетом того, что современные люди уже стали забывать, в каких случаях надо писать "вы" с большой буквы :)
Ну, похоже, именно ко мне. Так, какой-такой "мой вариант"? Он общеизвестен. Влом даже рисовать: по входу резистор, потом параллельно вход оптрона и защитный диод обратной полярности (оптроны не любят высокого обратного). Вот и весь хер до копейки! Ну, поставь параллельно кондер на входе - но особой необходимости нет. Еще можно выпендриться и разбить резистор пополам, кагбе по плюсу и по минусу поставить, а оптрон с защитным диодом посередке.
Схема понятна? И, заметь, она рабочая. У меня работают промышленные устройства, в которых по несколько десятков таких входов... Ну, тысяч 20 каналов суммарно, хотя это грубая оценка. Проводка - никаких витых пар, многожильный кабель. Ну, стараемся его параллельно с силой не тянуть, но в жизни там всякое бывает. И что? Проблем с ложными срабатываниями нет. Я вот вчера разминал свои кости, ездил на ремонт дозатора 1999 года выпуска. Да какой там ремонт! Гирьку кинул, калибранул, да и дело с концом. Работает, голубчик, фасует пельмени на радость трудящимся...
Убедил, что сам по себе оптрон - вещь?
Осталось убедить, что не те бабки считаешь:
Для любой интеллектуальной системы, которую ты сможешь освоить в производстве, стоимость железа (на уровне комплектовки платы ввода-вывода) должна быть пренебрежительно мала. Или ты свои мозги не ценишь.
Для повторяющих... Знаешь, честно: никто не уверен, что тебя будут повторять. Ты сделай сначала, а потом думай о том, кто и с какими затратами это повторит. Систем-то умного дома - море израилеванное :)
Я бы не мелочился сейчас.

Не согласен. Плата на ДИН-рейке, а реле где? Почему в том же ящике не ставить реле? А если так - то оно может быть и на плате. Кстати, обвес реле для его установки на ДИН-рейку, стоит значительно больше, чем само реле (на примере Релполовских RM96, RM84 и т.п.). Поэтому впаивать в плату дешевле.
Да, на ДИН-рейку реле - хорошо по соображениям ремонтопригодности. Но мой скромный опыт подсказывает, что ресурс реле в "умном доме" выработается нескоро...
В общем, здесь хозяин-барин. По реле. А вот оптроны - очень советую.

0

@sitist2

Спасибо большое за конструктив!
Реле, как я и писал, устанавливаются рядом на DIN-рейку. Если делать как у меня - то можно легко отделить силовую часть от слаботочной. Хоть в разные шкафы установить. Поэтому я остановлюсь на своем варианте выходов.
Про оптроны - убедил, конечно. Правда видимо придется переезжать на smd, а это для повтора не айс..
Еще хочу задать вопросы по схемотехнике входа на оптроне. Подскажи пожалуйста:
1. В чем смысл разбитого на две части резистора? Я не проникся..
2. На какой ток, вернее как правильно рассчитывать сопротивление?
3. Совет по выбору оптрона?
4. Ну с диодом я сам разберусь..

0

@drvtos

1. Нет смысла. Можно шоворить о помехоустойчивости симметричных приемников, но здесь это ни к чему.
2. Беру свои записи, снимал для оптрона 4N38. Ужасно малый CTR - от 10%. Но уже при 3 мА на входе на нагрузке 5-10 кОм выделяется нормальный сигнал а развивается мысль, что увеличение нагрузки до 100 кОм позволяет вообще в микротоки уйти. Поэтому мой вариант - порядка 2,5 кОм на входе позволяют работать при входных напряжениях от 12 до 24 В. Но можно работать и с 5 В на входе - только поставить нагрузку в несколько десяткоа килоом (и не шунтировать их сильно).
3. Да по нигазину :) Какие легко купить. Ты же о повторении говоришь. Та же серия 4N25...38, те же H11A1..., H11L1..., H1G1... и еще 100500 типов. Есть там и просто оптопары, есть с дарлингтоном на выходе, есть с триггером Шмитта, фронты красивые...
4. Ну и ладно :)

0

@sitist2

Спасибо!
Прочел пять раз ссылку. Вроде осознал.
Завтра куплю TLP521-4 и смакетирую.
Схему я правильно понял?
У меня получается при указанных номиналах на входе при 5-24в ток соответственно 2-10мА. А на выходе при 5в ток 0,5мА - это нормально?

0

@drvtos

Ну, если тебя не напугали изыски коллеги YurkoM, то так и оставь. Вполне годная схема.
И прикинь, как удобно, если не пожадничаешь и оставишь независимые 2 клеммы на каждый вход: подключаешь самые разные датчики с практически любой накачкой. Кста, на крайние клеммы можно вывести свою накачку, на случай, если датчик пассивный и он не против, чтобы его накачали :)
Последовательно с оптроном можешь предусмотреть светодиод. Он вполне неплохо светится при таких токах. Но это уже на любителя.

0

@sitist2

Все ясно. Спасибо огромное!
Даже и не знаю, как к тебе обращаться. Спасибо, drvtos!
После тестов и изготовления платы выложу документацию.

0

@drvtos

Успехов! Пусть твой дом будет умнее, чем у соседа (хохляцкая мечта в новых реалиях)

0

@sitist2

drvtos, подскажи пожалуйста!
При анализе схемы опторазвязки, как 5 сообщениями выше, выяснил, что вход срабатывает начиная от 3,5В.
Я вот думаю что когда прилетит 220В, то ток будет 100мА и оптопаре конец.
Вопрос: есть резон увеличить R1 вдвое? При этом минимальное напряжение срабатывания возрастет вольт до 7-8, но 220В, теоритечески, оставят устройству шанс на выживание. Ну и естественно мощность R1 увеличить до ватта.
?

0

@drvtos

Ну, там зависимость нелинейная, не забываем про напряжение на самом светике, которое практически не изменится. Хотя, похоже, ты это учел.
КАРОЧИ, конечно можно подобрать резистор для оптимальной зоны работы

0

@VyvotzorD

Ну... э... а микросхемы-то лучше запаять все таки на плату. Лично сам сталкивался, когда из-за панельки в схеме заводился шайтан, которого не удавалось изгнать бубнами и плясками очень долгое время. Я не настаиваю, просто были случаи ловли схемой глюков из-за плохого контакта в панельках.

0

@sitist2

Ну, там зависимость нелинейная, не забываем про напряжение на самом светике, которое практически не изменится. Хотя, похоже, ты это учел.
КАРОЧИ, конечно можно подобрать резистор для оптимальной зоны работы
"Учел" - это громко сказано. Скорее - "Предположил" 8)
Я, как раз, проверил пороги экспериментально.
Я больше опасаюсь как раз за нелинейность, хотя в ДШ параметры СД указаны явно и я в расчете учитывал макс. значение. Проверил - работает.
Мне нужен как раз совет человека, который на практике использует такие схемы - есть ли резон так защищаться или это уже паранойя?

To VyvotzorD: это же отладочная плата. В серийных конечно панелек не будет. Хотя для ремонтопригодности подумываю оптопары на входе оставить в панельках. Это же не советские панельки 8)

0

@drvtos

Ну, так ты теперь и есть "который на практике" :) думаешь, я там много исследовал...
Защищаться от 220 В надо с умом. Взвешенность как раз в том, что нужно определить, возможно ли в цепи наличие такого напряжения. И аргументы типа "а вдруг кто-нить подаст 220" - это излишество. А вот если в правильно собранной и подключенной схеме на твой вход может попаать 220 - тогда да, следует обпрезервативиться.

А панельки... Мы ставили процы на панельки, сначала 40-ножечные, потом атмелы 2051. Реально большого гемора не было. Хотя наши устройства и вибрацию терпят, и пыль. Вот ты говоришь, "ремонтопригодность". А тоже палка о двух концах. Давай сравнивать цену твоего решения:

1) ставишь на панельки. То есть, каждое устройство становится на сколько-то рублей дороже. И, заметь, это твои деньги, ты их сразу вкладываешь при выпуске.
Сгорела микруха - проще менять. Да. Но если на месте эксплуатации ее будут менять, тогда уж совсем хорошо. А если тебе пришлют в ремонт - затраты на доставку на ремонт, на диагностику - неизмеримо выше, чем затраты на "сдуть и впаять". Так что... небольшой выигрыш.

2) впаиваешь. Отлично, девайс дешевле. А ремонт - чуточку дороже ("сдуть и впаять" добавляется). Но даже этот чуток - оплачивает заказчик. Понимаешь, к чему я? Не вижу смысла ставить на панельки, вот к чему. Поэтому уже и не ставлю.

ДОБАВИЛ: И девайсы должны быть определенной степени надежности. Чтобы сам ремонт требовался нечасто. Иначе - ставь на панельки или впаивай - все равно заказчик гавном твою плату считать будет. Тогда все мои рассуждения - фтопку

0

@sitist2

Спасибо!
Скоро предоставлю на обозрение устройство.

0

@Гарнист

А панелька снижает надёжность.

0

@drvtos

Нет, я не о том. Я говорю, что даже в предположении 100%-й надежности панельки ее нет смысла ставить в девайс, где замена вставленного не будет неимоверно частой или будет все равно выполняться в ремонтной организации. А некоторое (субъективно - совсем небольшое) снижение надежности девайса из=за конечной надежности реальных панелек - еще +1 аргумент против их использования.

0