Ненавязчивая автоматизация ректификационной установки

Всех с Новым 2022! Всем всего позитивного и побольше!

Четвертая малинка выполнена на базе SoC BCM2711. Документацию на периферию BCM2711 можно найти здесь. Там много изменений, но для нас важно одно: в отличие от третьей, в четвертой малинке линии BSC выведены на GPIO10 (SDA) и на GPIO11 (SCL). В третьей малике это, соответственно, GPIO18 и GPIO19. Это нужно учесть при разводке платы расширения малинки. Для универсальности платы расширения, видмо, нужно предусмотреть какие-нибудь перемычки или переключатели.OldBean, 16 Дек. 21, 10:31

Вовремя заметил! Хорошо перечитал пост... Добавил на свой вариант платы расширения два штекера HDR-M под перемычки.

Считаю, пора переходить к законченным элементам системы.
Начну с платы расширения RPi-3/4 под P2P. Получается такая схема:
Schematic_Expansion board P2P DC_DC HiLink_2022-01-14 1.pdf
На RJ45 такая распиновка, без RES и INT:
1 - +5в по витой паре
2 - SDA
3 - +5в по витой паре
4 - SCLGND
5 - GND
6 - GND SCL
7 - +PoE
8 - +PoE
На плате есть место под бюджетные DC/DC преобразователи HiLink (HLK-20D2405C - 20 Вт; HLK-30D2405C - 30 Вт) с 24в (РоЕ) на 5в, с которого будет питаться малинка, но, 5в на витую пару с этой платы не планирую заводить .
У кого есть поправки к схеме?

BogAD, предполагается, что все платы будут подключаться к базовому только через RJ45?
Хорошо, из линий данных Вы оставили только SDA/SDL, а где линия Zero? Она вроде для всех силовых модудей нужна...

а где линия Zero?ekochnev, 14 Янв. 22, 15:17

Все просто!
"Патчкорд данных", так обозначим витую пару кат.5е RJ45, от "Базы с RPi" (I2C, 5v, PoE) приходит на "Универсальную базу модуля" PoE-I2C на один из разъемов RJ45, которые включены параллельно. Это позволяет продолжить линию другим пачкордом на следующую "Универсальную базу модуля" или подобный блок с усилителем ISO1540QDQ1. Ну и где-то эта линия завершиться в пределах наших желаний.
Я предлагаю "раскидать и объеденить" по функционалам исполнительные модули.
К примеру "Силовой модуль", который стоит рядом с кубом. В нём размещаем основной блок питания PoE и все силовые платы коммутаций силовых цепей (ТЭНы, клапана), модуль замера RMS и дифавтомат. Возможно и UPS там же будет.
Т.к. линия Zero нужно только в пределах данного модуля, спрашивается, зачем ZERO пускать по патчкорду данных? Я не думаю, что ещё где-то, помимо силового модуля, понадобится еще Zero. Мы лучше организуем типа "miniCREATE" в пределах данного силового модуля и по нему будем пропускать Zero и не пустим эту шину в патчкорд данных. Для этого очень классно подойдет ленточный шлейф на 10 проводов. А уже к этому шлейфу мы будем подключать платы с AtMega.
Еще будут измерительный модуль, модуль перистальтического насоса, модуль фракционного отбора.

Платы AtMEGA сделал универсальные с 14 портами ввода-вывода, которых, думаю, будет за глаза под любой наш модуль существующий и который ещё создастся при развитии нашего проекта. К необходимым портам ArMEGA на плате коммутируем исполнительные или измерительные устройства - готовые твердотельные реле или свои симмисторные модули, модуль RMS, модуль управления и контроля дифавтомом, плата с разъемами под датчики температуры, сервопривод фракционника, т.д. и т.п.

Схемы PoE-I2C и AtMEGA-board приложил для начала
Своеобразный LEGO. Можно комновать как угодно.
Я уже все платы отрисовал на 90%...

Добавлено через 8мин.:

Да, забыл указать. На схеме платы AtMEGA есть перемычка J1, которая подключает порт PD0 к 6 линии (ZERO) miniCREATE, если AtMEGA будет прошиваться под задачи обработки данных по линии Zero. В других случаях порт PD0 можно задействовать под другие цели, убрав перемычку...

На RJ45 такая распиновка, без RES и INT:BogAD, 14 Янв. 22, 15:04

К сожалению, Вы зачем-то поменяли уже ранее (еще в ноябре прошлого года) согласованную распиновку RJ-45: пин 1 это +5V для питания логики, пин 2 - SDA, пин 3 - земля и пин 6 - SCL. Остальные две витые пары (пины 4, 5 и 7, 8 ) - на усмотрение разработчика. В результате на уровне i2c-сети наши решения получились несовместимыми. Это и неудобства и потенциальные риски КЗ для коллег, которые, возможно, захотят повторить какие-то решения нового варианта LEGO :(

---

PS
Схема платы расширения малинки у меня уже готова и отработана на макете. Печатные платы (1-вариант) тоже сделаны, но я не стал их распаивать, т.к. заказал второй вариант разводки. Ну, более качественную. К сожалению посылка с платами второго варианта разводки застряла в Новогодние каникулы где-то на складе в Москве. Возможно, ямщики еще не опохмелились... ;))) Картинки (на всякий случай, может быть Вы что-нибудь поменяете, если еще не поздно) выкладываю сейчас, а текстовку выложу когда придет второй вариант плат, запаяю комплектующие и проверю все.

Вот интересно, а ваши варианты с нестандартной распиновкой RJ45 требуют для соединения изготовления специальных патч-кордов. Ничего не сгорит ели кто-нибудь воткнет стандартный патч-корд? Там ведь провода пар по хитрому обжимаются...

Вот интересно, а ваши варианты с нестандартной распиновкой RJ45 требуют для соединения изготовления специальных патч-кордов.ekochnev, 14 Янв. 22, 21:17

В том варианте, который мы согласовали раньше как раз используется стандартная распиновка витых пар. Т.е. подходят любые стандартные патч-корды для Ethernet, которые продаются в магазинах. Причем, как с двумя витыми парами (4 провода), так и с четырьмя (8 проводов).

приходит на "Универсальную базу модуля" PoE-I2C на один из разъемов RJ45, которые включены параллельно. Это позволяет продолжить линию другим пачкордом на следующую "Универсальную базу модуля" или подобный блок с усилителем ISO1540QDQ1.BogAD, 14 Янв. 22, 16:08

Можно и не ставить по два разъема RJ-45 на платы. Есть сплиттеры для кабелей Ethernet, которые позволяют реализовать любую физическую топологию сети. ИМХО, это более гибкое решение, если, например, нужно сделать небольшую "звездочку" для группы устройств, локализованных где-то в одном/другом месте.

У кого есть поправки к схеме?BogAD, 14 Янв. 22, 15:04

Линии SDA и SCL малинки-мастера уже подтянуты к +3.3V резисторами 1.8k. Поэтому резисторы R5 и R6 можно не ставить (в этой схеме).

Добавлено через 4ч. 56мин.:

Еще одно небольшое замечание по поводу линии/сигнала ZERO.

В силовых модулях PDM и PWM, для управления симисторами, используются оптотиристоры с детекторами нуля (например, MOC3083). Т.е. управляющий микроконтроллер должен успеть принять решение и подать управляющий сигнал на затвор симистора до нуля сетевого напряжения. В варианте LITE процесс принятия решения инициируется внешним прерыванием от переднего фронта импульса сигнала ZERO, генерируемого модулем "Датчик RMS". В конструктиве с крейтом использование отдельной выделенной линии ZERO для этого сигнала было вполне оправдано. В распределенном же (сетевом) варианте (LEGO) это не так. Разумнее будет поставить простейшие детекторы нуля (резистор 82k 2Вт + оптопара PC814) в каждом модуле, требующем синхронизации с сетью ~220V. Точности таких детекторов вполне хватает для указанных выше задач.

Кстати, синхронизация с сетью необходима не только для PDM (Брезенхема). Ее желательно использовать и в модулях PWM (ШИМ). Иначе подсчитанная длительность импульсов ШИМ будет отличаться от реальной на неконтролируемую случайную ошибку длительностью до 10 мсек (один полупериод сети).

В том варианте, который мы согласовали раньше как раз используется стандартная распиновка витых пар. Т.е. подходят любые стандартные патч-корды для Ethernet, которые продаются в магазинах. Причем, как с двумя витыми парами (4 провода), так и с четырьмя (8 проводов).OldBean, 15 Янв. 22, 01:14

Проверил, да это так, кроме случая когда возьмут стандартный патч-корд с кроссовой обжимкой. Тогда получаем короткое замыкание: +5 на одном конце (пин 1) напрямую замыкается на землю на другом конце (пин 3)

Добавлено через 10мин.:

Точнее получаем переполюсовку питания на втором конце: +5 на одном конце (пин 1) напрямую замыкается на землю на другом конце (пин 3), а земля на первом конце (пин 3) соединяется с +5 на другом (пин1). Нужен какой-то защитный диод по питанию для исключения этого

кроме случая когда возьмут стандартный патч-корд с кроссовой обжимкойekochnev, 15 Янв. 22, 09:17

В наши дни такой раритет еще нехило поискать придется... :)))

Еще небольшой комментарий.

О преемственности решений LITE (вариант LITE с крейтом) и LEGO (распределенный/сетевой вариант автоматики)

На данный момент эти решения полностью совместимы. Как на уровне железа, так и на уровне ПО. Для подключения крейта к I2c-сети достаточно изготовить простейший адаптер (для соединения линий +5V, SDA, земли и SCL крейта с разъемом RJ-45). У меня он сделан просто на кусочке макетки:

При подключении крейта к i2c-сети через такой адаптер, малинка увидит все модули, воткнутые в крейт и, естественно, датчики подключенные к хабам. Функциональность библиотеки lite.py полностью сохраняется. Можно работать с модулями крейта по i2c-сети точно так же, как и из малинки, которая подключена непосредственно к шине крейта. Это удобно, в частности, если малинка должна управлять несколькими установками или когда хочется разместить малинку в стороне от установки. Для примера, на рисунке ниже вариант "кластерной" топологии i2c-сети. С двумя подключенные кластерами. Один кластер - это старый знакомый крейт, которые у меня используется для ректификации сырца, а второй кластер - макетка с двумя МК, выполняющими функции как мастера, так и слейва в i2c-сети (она использовалась при изучения работы пиринговой i2c-сети).

Как видно из скриншота ниже, все модули (и которые в крейте и новые) видны в одном адресном пространстве i2c-шины №1.

На RJ45 такая распиновка, без RES и INT:
1 - +5в по витой паре
2 - SDA
3 - +5в по витой паре
4 - SCL
5 - GND
6 - GND
7 - +PoE
8 - +PoEBogAD, 14 Янв. 22, 15:04

Это я силно очепятался! Правильно так, в схемах и разводки тоже...

1 - +5в по витой паре
2 - SDA
3 - +5в по витой паре
4 - GND
5 - GND
6 - SCL
7 - +PoE
8 - +PoE

К сожалению, Вы зачем-то поменяли уже ранее (еще в ноябре прошлого года) согласованную распиновку RJ-45: пин 1 это +5V для питания логики, пин 2 - SDA, пин 3 - земля и пин 6 - SCL.OldBean, 14 Янв. 22, 18:13

Да, Сергей, 3 пин у меня переобозвался...
Посчитал, что с SDA и SCL в пару лучше пустить 5В. Так и паразитной емкости к земле поменьше. Помню, ты сетовал что 5в по 1 жилке в прошлом варианте отдал. А тут от int b res отказались, вои и сподвигло чуток сменить. Белосиний - Синий отвел под GND, Белокоричневый - коричневый РоЕ.

Вот интересно, а ваши варианты с нестандартной распиновкой RJ45 требуют для соединения изготовления специальных патч-кордов. Ничего не сгорит ели кто-нибудь воткнет стандартный патч-корд? Там ведь провода пар по хитрому обжимаются...ekochnev, 14 Янв. 22, 21:17

Не, все должно быть хорошо. Даже если вы случайно скоммутируете в изернет-порт любого сетевого устройства, порт не сгорит.

Линии SDA и SCL малинки-мастера уже подтянуты к +3.3V резисторами 1.8k. Поэтому резисторы R5 и R6 можно не ставитьOldBean, 15 Янв. 22, 01:14

Спасибо! Исправлю...

Проверил, да это так, кроме случая когда возьмут стандартный патч-корд с кроссовой обжимкой. Тогда получаем короткое замыкание: +5 на одном конце (пин 1) напрямую замыкается на землю на другом конце (пин 3)
Точнее получаем переполюсовку питания на втором конце: +5 на одном конце (пин 1) напрямую замыкается на землю на другом конце (пин 3), а земля на первом конце (пин 3) соединяется с +5 на другом (пин1). Нужен какой-то защитный диод по питанию для исключения этогоekochnev, 15 Янв. 22, 09:17

Я опечатался... Исправил пост...

Схема платы расширения малинки у меня уже готова и отработана на макете. Печатные платы (1-вариант) тоже сделаны, но я не стал их распаивать, т.к. заказал второй вариант разводки.OldBean, 14 Янв. 22, 18:13

Да... и я тоже поиздержался со своей спешкой. Изготовил 2 варианта, и не только расширения малинки, а все "кубики" LEGO, если не ошибаюсь - их 10!

В принципе они нормальные, но подоспел 3 вариант без int, res и на SO1540. Так что все что связано с RJ45 уже перерисовал и буду заказывать чуть позже.
Надо определиться с модулем контроля и отключения дифавтомата.

Посчитал, что с SDA и SCL в пару лучше пустить 5В. Так и паразитной емкости к земле поменьше.BogAD, 16 Янв. 22, 19:33

В результате "убили" возможность использования стандартных 4-х проводных патч-кордов. Ну не всем же нужно PoE с 24-вольтами. С Вашей распиновкой пользователь с 4-х проводным кабелем вообще остается без сигнальной земли

Александр, а почему Вы упорно не хотите использовать витые пары каким-нибудь "естественным" образом, например, так?
1 - +5в витая пара 1
2 - SDA витая пара 1
3 - GND (сигнальная земля, которая от +5V) витая пара 2
4 - GND +5V или PoE витая пара 3, если нужна дополнительная мощность по питанию
5 - +5V или PoE витая пара 3, если нужна дополнительная мощность по питанию
6 - SCL витая пара 2
7 - GND +5V или PoE витая пара 4, если нужна дополнительная мощность по питанию
8 - +5V или PoE витая пара 4, если нужна дополнительная мощность по питанию

Такая распиновка совместима во всеми стандартными прямыми распиновками RJ-45. Как 4-проводных кабелей, так и 8-проводных. Кроме этого, появляется возможность использования двух полноценных витых пар (3-я и 4-я пары) по любому другому назначению, не связанному с PoE. Например для дополнительных (локальных) шин i2c, если мастеров слишком много и все они, прямо-таки, рвутся надолго захватить общую i2c-шину.

И еще вопрос - как будете реализовывать RES (если i2c-сеть "встала колом"), если не планируете подавать питание i2c-сети от платы расширения малинки?

PS
А кросс можно не рассматривать. Сейчас это, все-таки, экзотика. Его специально нужно делать для совсем древнего оборудования.

А кросс можно не рассматривать. Сейчас это, все-таки, экзотика. Его специально нужно делать для совсем древнего оборудования.OldBean, 17 Янв. 22, 02:50

Тем не менее, бывают еще ошибки обжимки когда люди сами обжимают. Может все-таки на дополнительных платах для исключения выгорания чипа предусмотреть какой-нибудь диод Шоттки на линии +5в если случайно питание туда из-за кривого патч-корда пришло "наоборот"?

Тем не менее, бывают еще ошибки обжимки когда люди сами обжимают. Может все-таки на дополнительных платах для исключения выгорания чипа предусмотреть какой-нибудь диод Шоттки на линии +5в если случайно питание туда из-за кривого патч-корда пришло "наоборот"?ekochnev, 17 Янв. 22, 05:44

На любые ошибки очень трудно сделать адекватную защиту. Если невнимательный коллега любит трудности, то зачем же ему мешать?

Тем не менее, конечно, источник питания i2c-сети (впрочем, как любой нормальный современный источник питания) должен иметь защиту от КЗ. А на любом устройстве, подключаемом к такой i2c-сети (с питанием), должна стоять стандартная защита от перенапряжения и переполюсовки питания. В этом случае при подключении кроса вместо прямого кабеля ничего страшного не произойдет.

PS
Лучше, конечно, полевики, а не Шоттки. Шоттки - это потери напряжения. От полувольта и выше.

В результате "убили" возможность использования стандартных 4-х проводных патч-кордов. Ну не всем же нужно PoE с 24-вольтами. С Вашей распиновкой пользователь с 4-х проводным кабелем вообще остается без сигнальной землиOldBean, 17 Янв. 22, 02:50

Даже если учесть, что кому-то лень обжимать самостоятельно патч-корды, или обжимки нет, то соотвенно покупать готовый патч-корд. А магазине я ни когда не видел 4-х проводные патчи. Зато 8-проводные от 20 см до 5 метров (а то и поболее) свободно продают и на любую цену. Самую дешевую витую пару 2PR Cat.5e (2 пары) используют провайдеры для прокладки до абонента. Скорость конечно ни когда не будет более 100 мб/с.
Сергей, готов открыть диспут, что это не тот случай включать экономику!
Я не беру кабель кат.6, т.к. совсем не бюджет. А на 5 категорию жилы имеют диаметры по калибрам AWG - (American Wire Gauge - американский калибр проводов):
23 AWG = 0,573 мм;
24 AWG = 0,511 мм;
25 AWG = 0,455 мм.
Т.е. на самой тонкой жилке 25 AWG, это 0,163 мм2 (округлил в большую сторону), к примеру на 5 метрах нагрузка в 5Вт (5В 1А) даст падение 1.123 В (22.459 %)!!!
А при 24 В на той же длине тоже 1.123 В, но это 4.679 %.
Если запаралелим пары (общее сечение 0,325 мм2), 0.563 В (11.264 %) и 0.563 В (2.347 %) соответственно. Ну это на чистой меди...
А если поднять ток до 5А на 24В (120Вт), то на по одной витой паре в 5м будет падение 2.816 В (11.733 %). Т.е. 21В, что любой DC/DC конвертер легко компенсирует и выдаст чёткие 5В.
Это я к тому, что основная нагрузка по питанию должна идти по PoE, а 5в по витой паре, я так думаю, нужно питать только SO1540.

Да... еще хотел поделиться мыслями: в этом случае можно легко организовать бесперебойное питание по РоЕ (24в). Нужен китайский BMS 5s (400руб), баттарея последовательных 6 Li-ION аккумуляторов и поднять напряжение РоЕ до 25,2В и всё! Самый бюджетный бесперебойник! Аккумуляторы можно использовать БУ-шные из старых буков, с боле-менее нормальной емкостью. Это нам даст возможность подержать систему при краткосрочных попаданиях напряжения.

Добавлено через 5мин.:

К примеру 2 варианта платы BMS 6s

...в магазине я ни когда не видел 4-х проводные патчи...BogAD, 17 Янв. 22, 09:33

Грешен, не так давно ходил по магазинам и искал именно такой кабель: чтобы было именно две пары и еще обязательно многожильными медными проводами. Изготавливал температурные датчики на DS18B20 с "хвостами", там 8-проводной кабель не нужен... Датчик кубового давления на MPX5010 у меня тоже аналогичным кабелем подключен. Так что в продаже еще встречается, хотя и реже чем 8-проводный

Грешен, не так давно ходил по магазинам и искал именно такой кабель: чтобы было именно две пары и еще обязательно многожильными медными проводами.ekochnev, 17 Янв. 22, 09:53

Не бюджетно, но хороший кабель МКЭШвнг(А)-LS 2х2х0,5 или такой вариант: КСПЭВГ 2х2х0,5 кв.мм...
А вообще я имел ввиду готовые патч-корды с обжатыми коннекторами RJ45

Не бюджетно, но хороший кабель МКЭШвнг(А)-LS 2х2х0,5 или такой вариант: КСПЭВГ 2х2х0,5 кв.мм...BogAD, 17 Янв. 22, 10:24

Спасибо, первый вариант приму на заметку. Второй вариант имхо не очень - не нравится что не витой.

Опять отвлеку вас от «высокоуровневых» обсуждений. Напомню — у меня три PDM модуля и требоалось изменить адреса двух из них в main.c. Сначала сделал это с помощью AtmelStudio и получил hex размером в 4 килобайта. Так как у OldBean hex весит 12 килобайт, решил, что что-то не так с моим. Второй hex сделал уже на малинке с помощью Geany, gcc-avr и avr-objcopy. Он получился не один в один как от AtmelStudio, но тоже 4-х килобайтным. Я им прошил PDM-ы и вот что пишет малинка:

Список устройств, обнаруженных на шине i2c и хабах:
w0 13_8_A3 PDM-контроллер [65541.5535, 255, 255]
w1 23_8_A3 PDM-контроллер [65541.5535, 255, 255]
w2 33_8_A3 PDM-контроллер [65541.5535, 255, 255]

Проверить работоспособность блочков, прошитых 4-х килобайтным hex-ом у меня пока нет возможности. Вопрос к бывалым — могут ли они также функционировать как и первый (прошитый hex-ом от Oldbean) или при таком размере hex-а этого не может быть и надо копать дальше в вопросах компилирования и сборки?

Сергей, готов открыть диспутBogAD, 17 Янв. 22, 09:33

Александр, я не собираюсь заводить диспут на эту тему. Все аргументы уже были высказаны, все расчеты и необходимые эксперименты тоже уже проделаны. Еще в прошедшем году. Если Вы собираетесь набрать современной кмоповской логики столько, что у Вас будут амперные уровни постоянных потребляемых токов - дело хозяйское. Это святое право разработчика. Единственное, что я, все-таки, так и не понял: почему на третий пин RJ-45 нельзя посадить сигнальную землю ("ответка" +5V), а дополнительное питание, если нужно, пустить по свободным витым парам? Почему Вы решили сейчас именно на этот пин посадить +5V, создав тем самым: 1) физическую невместимость форка по i2c-сети и 2) невозможность использования стандартных 4-проводных патч-кордов?

могут ли они также функционировать как и первыйNBVV, 17 Янв. 22, 12:57

Размер кода сильно зависит от опций компилятора. В частности, от режимов оптимизации. Можно оптимизировать размер кода, можно скорость выполнения и т.п. Сейчас я, пожалуй, не вспомню опции, при которых компилировались эти коды. Но если Вы изменяли только i2c-адреса модулей и компилятор не ругался, то все должно за работать.

Проверить работоспособность блочков, прошитых 4-х килобайтным hex-ом у меня пока нет возможности. Вопрос к бывалым — могут ли они также функционировать как и первый (прошитый hex-ом от Oldbean) или при таком размере hex-а этого не может быть и надо копать дальше в вопросах компилирования и сборки?NBVV, 17 Янв. 22, 12:57

Одним словом: могут!
Я тоже при компиляции получал прошивки сильно отличающиеся по размеру от вариантов Сергея. Если по исходному тексту они правильные, то после компиляции размер на работоспособность не влияет.