Схема HW 2.1

Прежде всего, я должен указать, что прототип еще не изготовлен, и поэтому функциональность устройства в целом еще не проверена. Это только теоретическое предложение, которое может содержать ошибки.

Предлагаемое устройство имеет следующие особенности:

• регулирование скорости вращения 3 моторов 24В=
• считывание 4 + 2 датчиков с импульсами амплитуды 24 В
• считывание 2 датчиков с импульсами амплитуды 5 В
• управление 2 серводвигателями
• делая шины I2C/3.3V и SPI/3.3V доступными на отдельной клеммной колодке.

Рис. 1 - Аппаратная схема версии 2.1

 Схема разделена на пять функциональных блоков.

1) Блок входов от моторного блока EGIS (Block of inputs from the Egis motor unit)

Эта часть в основном такая же, как и для HW версии 1.0. Входные импульсы амплитудой 24В через сеть сопротивлений 1к5, 560Ом и 680Ом питают светодиоды в оптроне РС844. Эта оптопара создает гальваническую развязку шины Raspberry Pi и преобразует размер импульса в 3,3 В. Одинаково обрабатываются как импульсы от датчиков ЭПР-203, так и от переключателей Origin. Отличие от HW 1.0 заключается в GPIO, используемых для обработки этих сигналов. Все входы в Raspberry Pi предполагают программную активацию внутренних подтягивающих резисторов.

2) Блок выходов на моторный блок EGIS (Block of outputs to the Egis motor unit)

Сигнал от GPIO питает светодиоды оптопары PC844. Оптопара создает гальваническую развязку шины Raspberry Pi и преобразует размер сигналов в уровень TTL 5V. Эти сигналы управляют двумя силовыми коммутационными мостами L6203 и через них направлением и скоростью вращения двигателей в блоке EGIS. Для контактов GPIO12 и GPIO 13 используется аппаратная генерация ШИМ-сигнала.

Упомянутые два блока заменяют оригинальное аппаратное обеспечение устройства версии 1.0. Другие блоки уже образуют расширения, которых не было в HW версии 1.0.

3) Блок входов/выходов третьего двигателя 24В= (Block of inputs/outputs of aditional motor 3)

Управление третьим двигателем такое же, как у двигателей ЭГИС. Сигнал HW PWM от GPIO 19 и сигнал направления вращения проходят через оптопару PC844 на двойной мост переключения питания L6203. Он управляет направлением и скоростью вращения третьего двигателя. Импульсы с датчиков этого мотора подаются на входы GPIO Raspberry Pi через оптопару.

4) Блок управления двумя серводвигателями (Block of two servo motors)

Сигнал для управления серводвигателями создается с помощью программно генерируемых ШИМ-импульсов. Этот сигнал гальванически развязан оптопарой PC844, преобразован в уровень 5В и подан на управляющий вход серводвигателя. Важна полярность этого сигнала, что обеспечивается резисторами 3к3 и 100Ом.

5) Блок специальных автобусов (Block of special buses)

Этот блок представляет собой просто проводное соединение шины I2C и SPI Raspberry Pi с выходным клеммным блоком. ВНИМАНИЕ!!! Эти шины не имеют гальванической развязки, и неосторожное обращение может привести к повреждению Raspberry Pi. Обратите внимание, что все эти контакты работают при максимальном напряжении 3,3 В. При работе с ними необходимо соблюдать принципы работы с компонентами, чувствительными к электростатическому заряду.

Использование GPIO отличается от HW версии 1.0. Поэтому даже ПО, предназначенное для HW 1.0, нельзя использовать для этого нового дизайна. Обзор нового использования GPIO показан на следующем рисунке.

Рис. 2 - Новое использование GPIO

Используемые компоненты имеют стандартную конструкцию с допуском 10 % и не требуют их специального подбора. Все резисторы на нагрузку 0,4Вт, металлизированные, в корпусе 0207/10. Все конденсаторы могут быть керамическими или фольгированными на напряжение более 50В. Однако конструкция печатной платы должна учитывать разные размеры конденсаторов. Инверторы TTL 7404 могут быть в любом исполнении. Я выбрал классическую винтовую клеммную колодку Wago W237.

Источник 24 В также должен иметь достаточный резерв для возможного третьего двигателя. Три цепи L6203 позволяют коммутировать до 3х5А, то есть суммарная мощность до 360Вт. Но я не знаю, насколько большой кулер нужен для непрерывной работы такой большой мощности. В дополнение к Raspberry Pi, источник 5V также должен надежно затянуть 2 серводвигателя. Версия Raspberry Pi должна иметь 4 канала HW PWM (пока используются 3). Для хранения программного обеспечения достаточно обычной SD-карты. SSD-накопитель с USB-подключением не обязателен, но он повысит скорость, надежность и срок службы компьютера. Общий обзор использованного материала представлен в следующей таблице.