В своей работе я часто делаю прототипы устройств для умного дома на базе Z-wave. Проект Z-Uno упрощает этот процесс до уровня Arduino. Я подключил совместимые датчики, установил к ним готовую библиотеку и написал сотню строк кода.
Получено сертифицированное устройство, совместимое с другими устройствами Z-Wave. Но главный недостаток – нестандартная печатная плата.
А весь огромный парк плат расширения для Ардуино можно использовать только подключив его проводами.
Поэтому появление щитового устройства Z-Uno было вопросом времени.
Проведя «тщательный анализ» работы за последние годы, выяснилось, что практически для каждого устройства необходимо организовать питание, соединить датчик и исполняемое устройство, а также написать программу, в которой необходимо настроить работу.
с подключенной периферией.
Пусть Щит решит эти типовые проблемы, и у меня появится больше времени для творчества и радостей жизни!
Описание устройства
Коротко о том, что «на борту» устройства:- 4 силовых транзистора, каждый до 15А.
Они могут управлять светодиодной лентой или использоваться в качестве реле или диммера.
- 4 ЦАП для управления диммерами с входом 0-10В с максимальным током 30 мА;
- приемопередатчик RS-485;
- линия с подтягивающим резистором 4,7 кОм для подключения датчиков по шине OneWire;
- 4 АЦП с индивидуальным набором делителей, для измерения напряжений до 3,3В, 5В, 12В;
- под макетную плату выделяется небольшая площадь, на которой можно распаять простую схему.
Устройство питается напряжением 3-24В (DC-DC MC34063), клеммники dg127-5.08-02p-14-00ah рассчитаны на ток до 15А.
Поскольку все транзисторы подключены к одной клемме, это является узким местом, ограничивающим максимальный ток для всей платы.
Остаётся либо распределить 15 А между всеми транзисторами, либо использовать только один на 15 А.
Жаль, что на больший ток нельзя установить клеммник для «земли» — блок уже не помещается в корпус по DIN рельс.
Печатная плата состоит из 4 слоев.
Для обеспечения сильноточных транзисторов была заказана нестандартная сборка печатной платы.
Наружные слои фольги толщиной 18 микрон, для пайки небольших микросхем, а внутренние силовые слои - 105 микрон.
Чем толще слой фольги, тем шире должны быть дорожки на печатной плате и зазоры между ними.
На заводе изготовление таких плат занимает гораздо больше времени.
Часть управления диммерами 0-10В была значительно переработана.
Эти диммеры принимают аналоговый сигнал 0–10 В или 1–10 В (поддерживаются оба варианта).
Чем выше напряжение, тем ярче горит подключенная к нему лампочка (прибор).
Лишь немногие производители делают в корпусе более одного диммера.
Часто встречаются задачи по управлению 2,4,10 диммируемыми лампами.
Проще использовать одно устройство, чем десять.
Первая версия устройства имела один канал и имела очень низкий выходной ток при плохо прогнозируемом напряжении.
Преимущество схемы только одно: она стоит в несколько раз меньше, чем то, что делается сейчас.
Но есть и существенный недостаток.
Использовать практически невозможно.
Хотя можно добавить третий транзистор в режиме повторителя, чтобы нагрузка не влияла на выходное напряжение, было решено пойти более традиционным путем.
Купил несколько устройств управления диммерами 0-10В.
В разобранном виде.
Оказалось, что все они используют комбинацию ЦАП+ОПА (операционный усилитель).
Я остановился на DAC102S085CIMM + LM358AD. Операционный усилитель может выдавать ток до 30 мА.
На его выходное напряжение не влияет напряжение питания всей платы.
Оно может быть от 12 до 24В.
ЦАП работает через SPI. Чтобы установить новое напряжение, нужно отправить 2 байта.
Очень просто.
Жаль, что из-за нехватки микросхем в мире не удалось установить 4-канальную микросхему.
По цене и доступности выгоднее было использовать два двухканальных.
Мне хотелось бы вспомнить одну историю.
Когда-то я разработал устройство с батарейным питанием, работающее по сети RS485. Тогда я уже знал, что существуют решения по защите чипа драйвера от всякого рода помех из достаточно длинной сети.
Но здесь, как и везде.
Чем выше защита, тем дороже.
Мне разрешили на входе микросхемы установить самое дешевое в виде быстродействующих ТВС-диодов (очень немногие производители устройств для умного дома предусматривают хоть какую-то защиту).
Они защищают от очень коротких скачков высокого напряжения.
На этапе тестирования устройства, на базе заказчика, на моих глазах перестала работать сеть из 6 устройств.
В сети было мое устройство и еще 5 клиентских устройств.
Покупные устройства стоят недешево.
Причем эти устройства работали не только с моим, но и между собой работали хорошо.
Оказалось, что, скорее всего, кто-то задел провод рукой и «сжег» вход «В» пяти устройств, но мое устройство выжило.
Так как затронутые устройства работали от 5В, мое от 3В, то для связи между собой им была нужна только одна линия, а мою они уже не понимали.
Экономика – очень жестокая наука.
Но очень хочется, чтобы устройства стоимостью более 10 000 рублей имели защиту, которая стоит минимум 5 рублей.
Установка перемычек
Z-Uno Shield – многофункциональное устройство.Выбор и настройка используемых функций осуществляется программно и через установку соответствующих перемычек.
Из-за большого количества перемычек было решено использовать для них штифты с шагом 2мм.
С ними очень неудобно работать голыми руками, но они позволяют сэкономить место на печатной плате.
Группа перемычек «1».
Отключает питание между Z-Uno и платой расширения: 5В и 3,3В.
Это было сделано по просьбе пользователей, которые боялись подключать Z-Uno к компьютеру через USB для прошивки, с подачей питания на плату расширения.
Группа перемычек «2».
Нужен для снижения потребления карты расширения в режиме батареи.
При этом выходит из строя блок питания и некоторые контакты микросхемы ЦАП.
Во всех остальных случаях вы можете оставить его.
Группа перемычек «3» и «4».
Управление клеммными колодками «7, RS-A» и «8, RS-B».
Их можно настроить для прямого подключения к Z-Uno и использовать в качестве UART или более традиционных контактов ввода-вывода.
Или можно подключиться через микросхему ST1408ABDR и получить интерфейс RS-485. В случае питания от батареи вы можете значительно снизить потребление, отключив питание интерфейсного чипа.
Пока я писал эту статью, наша команда протестировала 3 типа микросхем.
Более того, все они были протестированы, но нам пришлось искать новые и повторять тестирование, поскольку они исчезли из продажи.
Группа перемычек «5».
Используется для настройки делителей напряжения для входа АЦП в Z-Uno. АЦП работает с напряжением до 3,3В, но с помощью делителей можно выбрать три диапазона: - от 0 до 3,3В; - от 0 до 5В; - от 0 до 12В.
Если выбрать диапазон от 0 до 5В и попытаться измерить сигнал от 0 до 12В, то выйдет из строя ножка микроконтроллера, а возможно и весь микроконтроллер.
Отдельно хотелось бы отметить, что показания АЦП не нужно переводить в вольты.
Это уже удобно сделано в библиотеке, которая идет в комплекте с Z-Uno. Подключил выход диммера ко входу АЦП.
На картинке показан скриншот сетевого контроллера этого устройства: 
Если необходимо собрать на макете какую-то схему и подключить к ней сигналы с клеммников, то можно отключить ЦАП и линии «11», «12» от клеммников.
Для ЦАП нужно снять все перемычки, а для остальных линий нужно отпаять или перерезать перемычки кусачками.
При этих действиях соответствующие клеммные колодки отсоединяются от Z-Uno и через монтажные отверстия их можно подключить в нужное место.
За 3 года ни разу не пользовался этой функцией.
Это должно облегчить пайку при обновлении устройства в соответствии с потребностями пользователя.
В этом случае внешний вид не сильно пострадает и устройство по-прежнему поместится в корпус.
О зданиях
Первая версия устройства поставлялась для трёх типов корпусов.
Д4МГ 
Г2104 
НУБ1057020
Но фланцевый корпус не пользовался популярностью.
Поэтому в этой версии отказались от нее, которая позволяла крепить печатную плату к герметичному корпусу G2104 всеми четырьмя винтами, а не двумя, как раньше.
Устройство фиксируется в корпусе на DIN-рейке, винты не требуются.
Герметичный ввод предназначен для ввода силовых проводов и сигналов от датчиков или управляемых устройств в герметичный корпус.
Для этого вам придется просверлить соответствующее отверстие.
Методика производственных испытаний
На заводе после монтажа компонентов на печатные платы компоненты проходят внутренний контроль (КК).В рекламных буклетах это специалисты разного профиля, в том числе рентгенологического контроля, но на деле бывает всякое.
Самым ярким впечатлением (от Резонита) было заполнение половины печатной платы «землёным» полигоном.
Это была безобидная ошибка на тестовой партии.
Мы тоже не сразу поняли, что под маской сплошная медь.
Конечно, они переделывают свои ошибки, но на это нужно время.
И за 5 лет, что я работаю с Резонитом, они не перестают удивлять.
Вот еще один случай.
Здесь саботаж связан с затягиванием сроков.
Звонок из Резонита: «Мы обрезали провод для антенн не той длины, а остатков не хватает на все устройства.
Мы можем сами купить такую же проволоку бесплатно и доделать ее».
Это была уже финальная операция после основного редактирования, поэтому я согласился с их предложением и переключился на другой проект. Проволока есть везде, ее легко купить, она дешевая.
Какие проблемы могут возникнуть? Через полтора месяца стало интересно, почему доски так и не поступили на наш склад. В отдел закупок компании «Резонит» поступил заказ на приобретение проволоки.
Но есть один нюанс в его работе.
Они покупают все минимум на три недели.
То, что можно купить за один день в России, закупают со сроком, как с импортного склада.
Ура! Провод был установлен и отправлен на монтаж.
Не знаю каким чудом, но кто-то очень дотошный выяснил, что провод черный, а в документации написано белый.
И все действия повторялись снова.
Это была уже партия из нескольких тысяч устройств, и продленные сроки сильно ударили по нашим ожиданиям.
Каждый может совершать ошибки.
И они ошибаются.
У нас нет партии более 4000 печатных плат. Резонит очень близок нам.
Мы работаем с ним уже давно и пока не планируем его менять.
Тестирование после установки и перед продажей – очень важный этап.
Что может свести все усилия или большую их часть к нулю.
Все 4-слойные платы на Резоните проверяются на целостность трасс и короткое замыкание.
Мне предстоит проверить установку.
Если устройство выполняет все основные функции, значит, установка была проведена правильно.
Я закончил сборку прототипа стенда для проверки основных функций.
Он будет состоять из двух частей.
Первая часть проверяет работу DC-DC преобразователя.
Чтобы после подачи питания его выходное напряжение составляло 5 вольт. Если на его выходе будет 12В, то тестируемая плата испортит вторую часть стенда.
Стенд для предыдущей версии имел производительность 40-80 секунд на одно устройство.
На фото прототипы стендов в процессе сборки: 
Стенд для испытания преобразователей мощности 
Главный стенд
Из-за обилия проводов сложно что-либо понять.
Но в таком виде на нем уже можно проверить узлы.
выводы
Нам удалось сделать новую версию интересного устройства.За годы использования первой версии были выявлены недостатки и потребности в новых функциях, которые были решены в этой итерации.
Очередную статью хотелось бы написать о сборке стенда после заводских испытаний.
В связи с небольшой ожидаемой партией и желанием удешевить конечный продукт, стенд будет иметь ограниченный бюджет и будет собираться из подручных материалов.
Отдельно хочу добавить, что и Z-Uno, и Z-Uno Shield — очень дорогие устройства по сравнению с ESP32. И даже проигрывают ему в производительности.
Даже без контроллера, который еще дороже, они будут работать как обычные Ардуино.
Но если вам необходимо добавить некоторые функции в существующую систему умного дома на базе Z-Wave, то это решение может сэкономить и время, и деньги.
Теги: #Производство и разработка электроники #Сделай сам или Сделай сам #Прототипирование #Умный дом #diy-проекты #ruvds_articles #ruvds_articles #Z-wave
-
Php-Перенаправление
19 Oct, 24 -
Купонеры Мертвы. Да Здравствует Бонджойн
19 Oct, 24 -
Опросы Об Интернет-Зависимости
19 Oct, 24
