Schéma HW 2.1

Hned na začátku musím upozornit, že ještě nebyl vyroben prototyp a tedy funkčnost zařízení jako celku dosud nebyla zkoušena. Jedná se pouze o teoretický návrh, který může obsahovat chyby.

Navrhované zařízení má následující funkce:

• řízení rychlosti otáčení 3 motorů 24V=
• čtení 4 + 2 senzorů s impulzy o amplitudě 24V
• čtení 2 senzorů s impulzy o amplitudě 5V
• řízení 2 servomotorů
• zpřístupnění sběrnic I2C / 3,3V a SPI / 3,3V na samostatné svorkovnici.

Obr. 1 - Schéma HW verze 2.1

 Schéma je rozděleno do pěti funkčních bloků.

1) Blok vstupů z motorové jednotky EGIS (Block of inputs from the Egis motor unit)

Tato část je principiálně stejná jako u HW verze 1.0. Vstupní impulzy o amplitudě 24V přes odporovou síť 1k5, 560R a 680R napájí LED diody v optočlenu PC844. Tento optočlen vytváří galvanické oddělení sběrnice Raspberry Pi a převádí velikost impulzů na 3,3V.  Stejným způsobem jsou zpracované jak impulzy z čidel EPR-203 tak i ze spínačů Origin. Rozdíl oproti verzi HW 1.0 je v použitých GPIO pro zpracování těchto signálů. Všechny vstupy do Raspberry Pi předpokládají softwarovou aktivaci interních pullup rezistorů.

2) Blok výstupů do motorové jednotky EGIS (Block of outputs to the Egis motor unit)

Signál z GPIO napájí LED diody v optočlenu PC844. Optočlen vytváří galvanické oddělení sběrnice Raspberry Pi a převádí velikost signálů na úroveň TTL 5V.  Těmito signály se řídí dva výkonové spínací můstky L6203 a přes ně směr a rychlost otáčení motorů v jednotce EGIS. U pinů GPIO12 a GPIO 13 je využito HW generování signálu PWM.

Uvedené dva bloky nahrazují původní zařízení HW verze 1.0. Další bloky už tvoří rozšíření, které v HW verzi 1.0 nebylo.

3) Blok vstupů/výstupů třetího motoru 24V= (Block of inputs/outputs of aditional motor 3)

Ovládání třetího motoru je stejné jako u motorů EGIS. HW signál PWM z GPIO 19 a signál směru otáčení jdou přes oddělovací optočlen PC844 do dvojitého výkonového spínacího můstku L6203. Přes něj se řídí směr a rychlost otáčení třetího motoru. Impulzy ze senzorů tohoto motoru jsou přes oddělovací optočlen přivedeny na vstupy GPIO Raspberry Pi.

4) Blok ovládání dvou servomotorů (Block of two servo motors)

Signál pro řízení servomotorů je vytvářen pomocí softwarově generovaných pulzů PWM. Tento signál je galvanicky oddělen optočlenem PC844, převeden na úroveň 5V a přiveden na řídící vstup servomotoru. Důležitá je polarita tohoto signálu, kterou zajišťují odpory 3k3 a 100R.

5) Blok speciálních sběrnic (Block of special buses)

Tento blok je pouze drátovým propojením sběrnice I2C a SPI Raspberry Pi na výstupní svorkovnici. POZOR!!! Tyto sběrnice nejsou galvanicky oddělené a při neopatrné manipulaci hrozí poškození Raspberry Pi. Pamatujte, že všechny tyto piny pracují s napětím maximálně 3,3V. Při práci s nimi je nezbytné dodržovat zásady práce se součástkami citlivými na elektrostatický náboj.

Použití GPIO je odlišné od HW verze 1.0. Proto ani SW určený pro HW 1.0 nelze použít pro tuto novou konstrukci. Přehled nového využití GPIO je na následujícím obrázku.

Obr. 2 - Nové využití GPIO

Použité součástky jsou běžného provedení s tolerancí hodnot 10% a není potřeba je nějak speciálně vybírat. Všechny rezistory jsou na zatížení 0.4W, metalizované, v pouzdře 0207/10. Všechny kondenzátory mohou být keramické nebo fóliové na napětí větší než 50V. S rozdílnými rozměry kondenzátorů ovšem musí počítat návrh plošného spoje. Invertory TTL 7404 mohou být v libovolné variantě. Svorkovnici jsem zvolil klasickou šroubovací Wago W237.

Zdroj 24V musí mít dostatečnou rezervu i pro případný třetí motor. Tři obvody L6203 umožňují spínat až 3 x 5A, to je celkový výkon až 360W. Nevím ale, jak velký chladič je potřeba na trvalé provozování tak velkého výkonu. Zdroj 5V musí kromě Raspberry Pi bezpečně utáhnout i 2 servomotory. Verze Raspberry Pi musí mít 4 HW kanály PWM (zatím použity 3). Jako úložiště pro software stačí obyčejná SD karta. SSD disk připojený na USB není nutný, ale zvýší rychlost, spolehlivost a životnost počítače. Celkový přehled použitého materiálu je v následující tabulce.