Praktické provedení HW 1.0
Pro uvedený HW jsem navrhl plošný spoj. Snažil jsem se jej vymyslet tak, aby ho byl schopen vyrobit i zručnější amatér v domácích podmínkách. Proto jsem volil pouze jednostrannou desku pro plošné spoje. Rozmístění součástek není optimální a jsou potřeba dvě drátové propojky.
Datové spoje, které nepřenáší žádné větší proudy, jsou kresleny červenou barvou a na jejich šířce příliš nezáleží. Napájení motorů je kresleno modrou barvou a mělo by být pokud možno co nejsilnější, odhadem tak kolem 1mm.
Na prvním obrázku je pohled na plošný spoj ze strany součástek. Na druhém obrázku je samostatný plošný spoj. Je to pohled zespodu, proto je zrcadlově převrácený. Na třetím obrázku je znázorněno rozmístění součástek s jejich označením.
Obr. 1 - Plošný spoj ze strany součástek
Obr. 2 - Plošný spoj ze strany spojů
Obr. 3 - Rozmístění součástek na desce s plošnými spoji
A tady je už hotový prototyp. Plošný spoj jsem dělal sám doma tak říkajíc „na koleně“, takže jsem prověřil, že je opravdu tímto způsobem svépomocí vyrobitelný.
V jednom integrovaném obvodu PC844 ještě zůstaly nevyužité dva optočleny. Součástky kolem nich jsem neosazoval, ale plošný spoj je už připravený. Po doplnění odporů lze využít další dva spínací vstupy na portech GPIO24 (PIN18) a GPIO25 (PIN22). Jako spínač lze využít jakýkoliv mechanický model. V tom případě by bylo vhodné doplnit filtrační kondenzátory, jako jsou na vstupech Origin. Při použití elektronického spínacího prvku je nutné myslet na to, že navazující odporová síť je připojená na napětí +24V a spojuje se se zemí zdroje 24V. Zem zdroje 24V a zem Raspberry Pi se nesmí v žádném případě propojit.
Obr. 5 - Hotové zařízení ve vodotěsné krabici
Celé zařízení bude umístěno ve venkovním prostředí blízko EGIS pozicionéru na nosném stožáru. Proto jsem koupil plastovou vodotěsnou instalační krabici o rozměrech 300x220x120mm s krytím IP65. To by mělo jako ochrana před deštěm stačit. Do krabice jsem umístil dvojitou zásuvku 240V, která napájí Raspberry Pi a spínaný zdroj 24V. Ve spodní stěně krabice jsou umístěny tři průchodky pro kabely - napájecí kabel 240V, ethernetový kabel a kabely propojení s pozicionérem.
21.10.2020 Dodatek.
Možná jsem nesprávně pochopil technický termín "vodotěsný". Myslel jsem si, že do vodotěsného prostoru se nemůže dostat voda. Omyl. Jde o to, že jakmile se ve vodotěsném prostoru voda objeví, už se není schopna dostat ven. :-)
Po dvou měsících používání pozicionéru EGIS s mým ovládacím zařízením se něco pokazilo. Zařízení přestalo fungovat. Po otevření vodotěsné krabice jsem zjistil, že je uvnitř půl litru vody. Raspberry Pi bylo definitivně utopené a musel jsem ho vyhodit. Spínaný zdroj po vysušení běží, ale můj HW ovládající motory je mrtvý. Celý vnitřní prostor jsem vysušil, znovu jsem krabici uzavřel a vše ještě překryl igelitem. Přesto, že následující dva dny nepršelo, byly po opětovném otevření krabice uvnitř kapky vody. Zdá se, že kolem plochých kabelů vedoucích k pozicionéru EGIS jsou mezerky, kudy se dovnitř dostává vlhký vzduch. A to stačí k tomu, aby z něj postupem času pomalu kondenzovaly kapičky vody.
To by znamenalo, že krabici je potřeba utěsnit opravdu hermeticky, aby dovnitř nemohl pronikat ani vzduch. Minimálně by bylo potřeba utěsnit průchodky s kabely nějakým lepidlem. I přes toto opatření netuším, jestli se přes gumové těsnění vodotěsné krabice dovnitř nemůže vlhký vzduch dostat. Spolehlivějším řešením by spíš bylo ve spodní části krabice vyvrtat větrací otvory, kudy by mohla případná voda odtékat. A celou konstrukci opatřit další ochranou proti přímému dešti. Ale vzhledem k tomu, že mám uvnitř síťové napětí 240V, se mi tato situace vůbec nelíbí.
Proto radši využiji toho, že necelých 10 m od pozicionéru mám přístupnou půdu domu. Až ovládací jednotku opravím, nechám ji umístěnou v suchu pod střechou. Tím si ověřím, jestli je celá soustava funkční i pří propojení přes 10 m dlouhé kabely. Zároveň budu mít k dispozici chráněné pracoviště, kde půjde pokračovat ve vývoji ovládací jednotky. Už začínám připravovat HW konstrukci číslo 2.
29.11.2020 Dodatek.
Podařilo se mi opravit mé "utopené" ovládání. Koroze přerušila pár cest na plošném spoji, takže je stačilo nahradit drátěnými propojkami. Opravené ovládání jsem už nechtěl vracet zpět do venkovního prostředí. Hlavně proto, že vyvíjím prototyp nové verze HW 2.0 , takže potřebuji mít možnost pracovat na jednotce i za nepříznivých klimatických podmínek. Proto jsem ovládací jednotku umístil na půdu a s motorovou jednotkou EPR-203 ji propojil 10 m dlouhými kabely.
Jsem si vědom toho, že datové kabely od čidel a od spínačů nulových poloh by měly být stíněné. Ale zajímalo mne, jak budou tyto vstupy řídící jednotky odolné proti rušení. Hodnota "logické 1" = 24V je poměrně hodně. Takže jsem předpokládal, že odolnost proti rušení by měla být dostatečná, i když jsou kabely dlouhé 10 m a svázané blízko sebe. A to se také potvrdilo. I takto zapojená opravená jednotka funguje zcela správně.
Nejsem si ale jistý, jestli stejnou kabeláž bude možné použít i pro HW 2.0. Tady budou motory napájeny impulzy o amplitudě 24V a to už bude vytvářet dost silné rušení. Na vstupech do řídící jednotky by se mohly objevit falešné impulzy. Tomuto nebezpečí nahrává i fakt, že impulzy z čidel mají frekvenci 400 Hz. Když jsem diskutoval s Jeffem o vhodné frekvenci pro PWM řízení motorů, dozvěděl jsem se, že on používá 500 Hz. Což je dost blízká frekvence. Nechci z toho zatím dělat žádné ukvapené závěry, ale v tomto případě už asi bude potřeba datové kabely stínit.
Obr. 8 - Provizorní vývojové pracoviště
Pro opravenou ovládací jednotku jsem tedy zřídil na půdě nedalekého domu provizorní vývojové pracoviště. Díky tomu nemusím jednotlivé komponenty vracet do stísněného prostoru původní krabice a kabely jsou volně přístupné pro připojení prototypu nového HW 2.0. Počasí mě nebude zdržovat od práce, ale stejně si musím pospíšit, než příjdou velké mrazy. Tak snad už brzy ...