Дата публикации: 29.04.2021
В этой статье я постараюсь подробно объяснить что и как устроено и почему именно так. Для полного понимания текста необходимо загрузить из GIT Схема и печатная плата . Ссылка на GIT так же находится в файловом архиве.  

В качестве центрального процессора применен модуль ESP32WROOM. 
ESP32WROOM 
           В связи с тем что мы все равно используем печатную плату собственного производства, нет смысла приобретать полный комплект типа ESP32DevkitV1.
Элементов в схеме применяется не много, поэтому самостоятельная сборка устройства не  должна вызывать проблем. Элементы на плате расположены свободно, пайка элементов не должна так же вызывать затруднения. 

    Обзор схемы начнем с питания. Я буду выкладывать фрагменты схем, Вы же можете руководствоваться полной схемой.
Питание
            Питание модуля 5 вольт 1 ампер (надеюсь мощности будет достаточно) подается на  круглое гнездо J8. С разъема напряжение поступает на транзистор VT5. Данный транзистор служит в качестве защиты от не правильной полюсовки питания. Обычно для этой цели применяют диод, но на диоде очень большое падение напряжения. На полевом транзисторе падение значительно меньше, что очень важно при питании 5 вольт. С транзистора напряжение поступает на само самовосстанавливающийся предохранитель. Работает он по принципу - при прохождении большого тока, структура расплавляется и разрывает соединение. При охлаждении структура восстанавливается и снова проводит ток. Были сообщения в интернете, что после восстановления такой предохранитель работает хуже, но мне не приходилось это проверять. И последний барьер защиты - двунаправленные диод на 5 вольт.        
      При подачи напряжения больше 5 вольт, диод должен замкнуть цепь питания. Это вызовет срабатывание предохранителя. Таким образом, возможно удастся защитить модуль от полного выгорания.  Конечно, лучше было бы применить преобразователь DC/DC с большим входными диапазоном. Такой преобразователь я применяю в больших контроллерах, но в данном случае решено было сэкономить. Будьте внимательны при подключении питания. Далее по цепи установлен стабилизатор AMS1117 на 3,3 вольта для питания основной схемы. на выходе стабилизатора установлен светодиод VD9 для индикации наличия питания. Если же Вам потребуется вывести индикатор на панель устройства, воспользуйтесь разъемом подключения светодиода VD10.                   Устанавливать оба светодиода не обязательно. Это касается и других узлов. В схеме есть небольшая избыточность и применение различных вариантов работы схемы. Это связано с тем, что данный модуль является тестовым, на котором будут отрабатываться различные варианты работы схемы.
           С работой узла питания разобрались, можно переходить к центральному модулю U4 (ESP32 WROOM).  Всем хорош модуль, но выводов у него все таки ограничено.
Центральный
Рассмотрим назначение выводов. Питание +3V3 вольта и "общий" в особых объяснениях не нуждаются. 

Вход EN - это по общепринятому наименованию - "Сброс" или "Reset".
Следующие четыре входа  VP, VN, A6, A7 могут работать только на вход. В нашем случае мы их используем в двух вариантах. Первый - применяем для адресации модуля. Для этого установлены два двойных переключателя.

Адресация

              Для установки шестнадцатеричного кода номера  применяются переключатели SW1, SW2. Если при монтаже не найдется таких переключателей, не беда. Установите штырьки для съемных перемычек J3-J6 и ими устанавливайте требуемый номер. Нужна ли эта опция, пока не известно. Поэтому для этих входов предназначена вторая функция - контроль входных сигналов. Для цифровых сигналов установлен подтягивающая сборка резисторов RN1. Но если нужно контролировать аналоговые сигналы, подтягивающие резисторы необходимо отключить. Для отключения, необходимо разрезать соединяющие дорожки на перемычках JP3, JP4.
Параллельно входам  VP, VN подключен диод  VD2 защиты входов от статического электричества.


К входам TX0, RX0  подключен преобразователь USB->UART. Здесь еще одна интрига. В качестве такого преобразователя в фирменных модулях применяется микросхема СР2102. Корпус у нее малогабаритный  с металлической подложкой. Не каждый сможет запаять такой корпус. Поэтому было принято решение продублировать этот узел микросхемой попроще в монтаже - CH340G. Устанавливать нужно только одну из выше указанных микросхем. Должен заметить что этот вариант применения второй микросхемы не тестировался. Как он будет работать пока не понятно. Проблема в том что кроме преобразования сигналов TX, RX эти микросхемы вырабатывают сигналы управления программированием (загрузкой программ в модуль). Это сигналы DTR и RST. Подаются эти сигналы на транзисторную схему переключения модуля в режим программирования. 
Схема фрагмента управления программированием.

Прог.

Если по какой либо причине этот узел работать не будет, применяем стандартные действия. Сначала нажимаем и удерживаем кнопку "BOOT", затем кратковременно нажимаем кнопку "RESET". Модуль переведен в режим программирования и готов принимать программы.
К разъему USB подключен диод  VD1 защиты входов от статического электричества.


Вторые входа RX2, TX2 подключены к преобразователю канала RS485. Выхода преобразователя выведены на выходной разъем. Если в процессе эксплуатации окажется, что RS485 применятся не будет, а необходимо, к примеру подключить модуль GPRS. В этом случае микросхему MAX485 не устанавливаем, а перемычки JP1, JP2 замыкаем. В этом случае на разъем будут подаваться сигналы RX2, TX2. 

 Светодиод VD4 выполняет такую же функцию, как синий светодиод на фирменном модуле.

В модулях ESP32 почему то нет встроенных таймеров даты и времени.  Поэтому пришлось применить микросхему DS3231MZ (укороченную).  Дежурное питание часов от батарейки CR1220. Часы подключены к шине I2C. К этой же шине подключен буфер на микросхеме P82B715TD. Буферированные сигналы I2C выведены на выходной разъем. Применение буфера позволит подключать различные датчики на расстоянии не менее 3 метров. Без буфера это расстояние составляет всего 30-40 см.

В случае применения только одного модуля без дополнительных, необходимо что бы он все таки смог чем то управлять. Для этого установлены два 5 вольтовых реле с ключами управления на транзисторах ВС847В (VT3, VT4). Параллельно катушкам реле установлены диоды защиты VD6, VD7. При отключении реле на катушках наводятся импульсы обратной полярности свыше 200 вольт, что может  вывести транзисторные ключи из строя. 

Ну и как же без дисплея?  Без дисплея, конечно, можно обойтись. Но все же гораздо приятнее смотреть на прибор, когда на нем отображается какая то информация. Ну хотя бы на время программирования и отладки. Понятно, что при работе в системе постоянное наблюдение не требуется. Надеюсь, все управление будет перенесено на смартфон. Но иногда, все же не плохо было бы посмотреть на текущее состояние системы, какие модули подключены, а какие "отвалились" по не понятной причине. Надеюсь, что все будет работать стабильно.

Дисплей применен типа TFT2,4 ILI9341 SPI с тачскрином.  Для управления дисплеем применены выхода CS, SCK, MISO, MOSI, D/C, Reset. Для управления тачскрином дополнительно применяются вывода T_CS, T_IRQ, а для управления SD картой еще и вывод SD_CS. 

Назначение выходных контактов разъемов J2, J7 указано возле этих разъемов.

Установка платы рассчитана в корпус 115х90х40 устанавливаемый  на DIN рейку. Кроме этого на нем предусмотрены отверстия для монтажа в шкафу или на стену.
Корпус

Обзор схемы закончен.









 
   

  

Название файла Описание Скачать


Комментарии:

Назад в раздел