HW 2.1 Diagramm

Vorweg muss ich darauf hinweisen, dass noch kein Prototyp hergestellt und somit die Funktionalität des Gesamtgerätes noch nicht getestet wurde. Dies ist nur ein theoretischer Vorschlag, der Fehler enthalten kann.

Die vorgeschlagene Vorrichtung hat die folgenden Merkmale:

• Drehzahlregelung von 3 Motoren 24V=
• Lesen von 4 + 2 Sensoren mit 24V-Amplitudenimpulsen
• Lesen von 2 Sensoren mit 5-V-Amplitudenimpulsen
• Ansteuerung von 2 Stellmotoren
• wodurch die Busse I2C / 3,3 V und SPI / 3,3 V auf einem separaten Klemmenbrett verfügbar sind.

Abb. 1 - HW-Schema Version 2.1

 Das Schema ist in fünf Funktionsblöcke unterteilt.

1) Eingangsblock von der Motoreinheit EGIS (Block of inputs from the Egis motor unit)

Dieser Teil ist im Wesentlichen derselbe wie für die HW-Version 1.0. Eingangsimpulse mit einer Amplitude von 24 V durch ein Widerstandsnetzwerk von 1 k5, 560 R und 680 R versorgen die LEDs im PC844-Optokoppler. Dieser Optokoppler schafft eine galvanische Trennung des Raspberry-Pi-Busses und wandelt die Impulsgröße auf 3,3 V um. Sowohl Impulse von EPR-203-Sensoren als auch von Origin-Schaltern werden auf die gleiche Weise verarbeitet. Der Unterschied zu HW 1.0 liegt in den GPIOs, die zur Verarbeitung dieser Signale verwendet werden. Alle Eingänge zum Raspberry Pi setzen eine Softwareaktivierung der internen Pullup-Widerstände voraus.

2) Block der Ausgänge zur Motoreinheit EGIS (Block of outputs to the Egis motor unit)

Das Signal vom GPIO versorgt die LEDs im PC844-Optokoppler. Der Optokoppler schafft eine galvanische Trennung des Raspberry-Pi-Busses und wandelt die Größe der Signale auf TTL-5-V-Pegel um. Diese Signale steuern die beiden Leistungsschaltbrücken L6203 und über sie die Drehrichtung und Drehzahl der Motoren in der EGIS-Einheit. Für die Pins GPIO12 und GPIO 13 wird die HW-PWM-Signalerzeugung verwendet.

Die beiden genannten Bausteine ​​ersetzen die ursprüngliche Geräte-HW-Version 1.0. Andere Blöcke bilden bereits Erweiterungen, die nicht in der HW-Version 1.0 waren.

3) Block der Ein-/Ausgänge des dritten Motors 24V= (Block of inputs/outputs of aditional motor 3)

Die Steuerung der dritten Engine ist die gleiche wie bei den EGIS-Engines. Das HW-PWM-Signal vom GPIO 19 und das Drehrichtungssignal gehen über den Optokoppler PC844 zur Dual-Power-Schaltbrücke L6203. Es steuert die Drehrichtung und -geschwindigkeit des dritten Motors. Die Impulse der Sensoren dieses Motors werden über die Optokoppler den GPIO-Eingängen des Raspberry Pi zugeführt.

4) Steuerblock für zwei Stellmotoren (Block of two servo motors)

Das Signal zur Ansteuerung der Servomotoren wird über softwaregenerierte PWM-Pulse erzeugt. Dieses Signal wird über den Optokoppler PC844 galvanisch getrennt, auf 5V-Pegel gewandelt und dem Steuereingang des Stellmotors zugeführt. Die Polarität dieses Signals ist wichtig, was durch die Widerstände 3k3 und 100R sichergestellt wird.

5) Block von Sonderbussen (Block of special buses)

Dieser Block ist nur eine kabelgebundene Verbindung des I2C- und SPI-Busses des Raspberry Pi mit dem Ausgangsklemmenblock. Notiz!!! Diese Busse sind nicht galvanisch getrennt und unvorsichtiger Umgang kann den Raspberry Pi beschädigen. Beachten Sie, dass alle diese Pins mit maximal 3,3 V betrieben werden. Beim Umgang mit ihnen sind die Grundsätze des Umgangs mit elektrostatisch empfindlichen Bauteilen zu beachten.

Die GPIO-Nutzung unterscheidet sich von der HW-Version 1.0. Daher kann auch die für HW 1.0 vorgesehene SW für dieses neue Design nicht verwendet werden. Eine Übersicht über die neue GPIO-Nutzung finden Sie in der folgenden Abbildung.

Abb. 2 - Neue Verwendung von GPIO

Die verwendeten Komponenten sind Standardausführungen mit einer Toleranz von 10 % und müssen nicht besonders ausgewählt werden. Alle Widerstände sind für 0,4W Last, metallisiert, im Gehäuse 0207/10. Alle Kondensatoren können Keramik- oder Folienkondensatoren für Spannungen über 50 V sein. Allerdings muss das PCB-Design die unterschiedlichen Abmessungen der Kondensatoren berücksichtigen. TTL 7404 Wechselrichter können in jeder Variante sein. Ich habe mich für die klassische Schraubklemme Wago W237 entschieden.

Die 24V-Quelle muss auch genügend Reserve für einen eventuellen dritten Motor haben. Drei L6203-Schaltkreise ermöglichen das Schalten von bis zu 3 x 5A, das ist eine Gesamtleistung von bis zu 360W. Aber ich weiß nicht, wie groß ein Kühler für den Dauerbetrieb einer so großen Leistung sein muss. Neben dem Raspberry Pi muss die 5V-Quelle auch die 2 Servomotoren fest anziehen. Die Raspberry Pi-Version muss 4 HW-PWM-Kanäle haben (bisher 3 verwendet). Als Speicher für die Software reicht eine gewöhnliche SD-Karte. Eine über USB angeschlossene SSD ist nicht erforderlich, erhöht jedoch die Geschwindigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Computers. Die Gesamtübersicht des verwendeten Materials findet sich in der folgenden Tabelle.