Uniwersalny moduł zasilający

Transkrypt

1 Uniwersalny moduł zasilający MINIPROJEKTY Zasilacz jest podstawowym komponentem każdego urządzenia elektrycznego czy elektronicznego. W czasach, gdy urządzenia elektroniczne budowane są praktycznie przez każdego nawet niewtajemniczonego w elektronikę konstruktora, opisywane rozwiązanie układowe idealnie sprawdzi się, jako reduktor napięcia zasilającego. user: 0, pass: ee AVT-9 C: 000 mf C, C: 00 nf C: 00 mf US: stabilizator z serii 7xx M: mostek prostowniczy, A WEJŚCIE(AC): ARK/.0 WYJŚCIE(DC): ARK/.0 Radiator wyraźnie zaznaczono), bez elementów AVT xxxx A płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów wersję zamawiasz! (UK, A, A, B lub C). Moduł opracowano w odpowiedzi na coraz większe zapotrzebowanie na zasilacze, które mogą być wbudowane we własne urządzenie. Elementy potrzebne do budowy opisywanego modułu są popularne i łatwo dostępne. Dzięki zastosowaniu mostka prostowniczego, moduł można zasilać z transformatora, a gdy przychodzi potrzeba użycia fabrycznego zasilacza, np. impulsowego o innym napięciu niż wymagane, można podłączyć go nie przejmując się o polaryzację napięcia zasilającego. Schemat ideowy modułu pokazano na rysunku. Konstrukcja zasilacza jest WEJŚCIE- AC WEJŚCIE- M,A C 000uF C 00nF US 7xx IN OUT Rysunek. Schemat ideowy modułu zasilacza C 00nF C 00uF WYJŚCIE- DC WYJŚCIE- oparta o podstawową aplikację stabilizatora LM7xx. Napięcie przemienne z transformatora jest doprowadzone przez złącze śrubowe AC (WEJŚCIE) i podawane na mostek Graetza (M). Napięcie jest filtrowane (C, C) i stabilizowane (US, C, C). Kondensatory C i C służą do zwierania zakłóceń wysokoczęstotliwościowych. Wydajność prądowa użytego stabilizatora wynosi maksymalnie, A i zależy od wielkości zastosowanego radiatora. Schemat montażowy zasilacza pokazano na rysunku. Pomocna w montażu będzie fotografia tytułowa. Całość zmontowano na jednostronnej płytce drukowanej o wymiarach mm 0 mm. Montaż jest łatwy i nie wymaga dodatkowego komentarza, a jedynie zalecenia, aby jako ostatni zamontować kondensator, a wcześniej przykręcić układ US do radiatora. W module należy wykorzystać dowolny stabilizator z rodziny 7XX w obudowie TO-0. Bez radiatora układ scalony US może rozproszyć do ok. W mocy. Po zmontowaniu układu trzeba bardzo starannie skontrolować, czy elementy nie zostały wlutowane w niewłaściwym kierunku lub w niewłaściwe miejsca oraz czy podczas lutowania nie powstały zwarcia punktów lutowniczych. Tak zmontowana płytka stanowi kompletny moduł zasilający. W zależności od potrzeb należy zastosować transformator o odpowiedniej mocy i napięciu wtórnym. Na rysunku znajduje się widok płytki z wyszczególnieniem rozkładu wyprowadzeń złącz śrubowych AC i DC. Mavin mavin@op.pl AC M US C DC ZAS WEJŚCIE WYJŚCIE Rysunek. Schemat montażowy modułu zasilacza Rysunek. Schemat połączeń modułu zasilacza C C C ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0 7

2 Combo Audio DAC dla Raspberry PI W większości aplikacji multimedialnych Raspberry PI dobrze jest mieć dwa rodzaje wyjść sygnału audio: analogowe i cyfrowe. To ułatwia elastyczne dołączenie do domowego systemu AV. Nie są dostępne takie rozwiązania komercyjne za każdym razem trzeba składać HAT DAC i S/PDIF, co niepotrzebnie podnosi koszty. Przedstawione rozwiązanie integruje dwa układy na jednej płytce i zgodne jest z dostępnym oprogramowaniem. Schemat ideowy Combo DAC pokazano na rysunku. Sygnał wyjściowy I S ze złącza GPIO przez rezystor dopasowujący RP jest doprowadzony do nadajnika/odbiornika S/PDIF typu WM0 oraz do układu przetwornika C/A typu PCM0A. Układ PCM0A ma zintegrowany przetwornik C/A, układ PLL odtwarzający częstotliwość MCLK z BLCK, wyjściowe filtry i stopnie analogowe, przetwornicę zasilającą, czyli wszystko, co wymagane do budowy przetwornika. Dzięki temu może korzystać z sygnału I S równolegle do WM0 bez dodatkowych konfiguracji. Transceiver WM0 jest konfigurowany za pomocą I S dostępnymi w systemie Raspbian driverami. Sygnał analogowy po odfiltrowaniu (rezystory R i R, kondensatory C i C) jest dostępny na złączu OUT mini Jack. oraz OUTA typu SIP. Sygnał cyfrowy S/PDIF jest dostępny na RCA S/PDIF oraz S/PDIFA typu SIP. Powielenie złącz ułatwia okablowanie w aplikacjach wbudowanych. Zasilanie toru analogowego, cyfrowego i pompy ładunkowej jest rozdzielone, i filtrowane przez osobne obwody LC dla minimalizowania zaburzeń. Zasilanie jest zapewniane przez niskoszumny stabilizator LDO U. Układ U typu MCP00T.0 zapewnia sygnał zerowania dla WM0. CE 0uF LR PWR GPIO BC SD C.uF U ADP9AKC- VI VO VO ADJ C 0.uF C7 0.uF USB VBUS D D SG C.uF RP RA RA 7 RB RB RC RC RD RD 0k FB C uf U MCP00T RES VCC!RST C7 0.uF GP0 RES CE 0uF C 0.uF FB SPDIFOUT FB RP R RA RA 7 RB RB RC RC RD RD LR SD BC SPDIFA OUTA U WM0 0 K RX0 9 IFM/GPO0 DVDD SDI/HWM D 7 /GPO TX0 CSB/GPO MCLK 7 RESETB LRCLK PVDD P DIN 9 CLKOUT DOUT 0 XOP XIN C pf XT 7MHz U PCM0A 0 DVDD CPVDD 9 D CAPP LDOO CP 7 XSMT CAPM FMT VNEG OUTL 7 DIN OUTR BCK AVDD 9 SCK A 0 FLT DEMP R k C pf C.uF C 0.uF C 0.uF C9.uF FB CE 0uF FB C0 0.uF R 0R R 0R R 70R R 70R C 0.uF C.nF C.nF SPDIF OUT 0-0 Rysunek. Schemat ideowy modułu przetwornika Combo Audio DAC ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

3 Rysunek. Schemat montażowy modułu przetwornika Combo Audio DAC Dodatkowe złącze śrubowe PWR umożliwia zasilanie z zasilacza zewnętrznego Combo Audio DAC i Raspberry PI (z pominięciem gniazda MicroUSB). Gniazdo USB zapewnia zasilanie dla zewnętrznego Huba USB lub konwertera USB/SATA, często używanego w aplikacjach multimedialnych. Moduł zmontowano na niewielkiej, dwustronnej płytce drukowanej. Sposób montażu jest typowy i nie wymaga omawiania. Schemat montażowy pokazano na rysunku. Prawidłowo zmontowany moduł nie wymaga uruchamiania. Konieczne jest tylko skonfigurowanie systemu operacyjnego. Najlepszym wyborem jest Raspbian, ponieważ ma wbudowaną obsługę programową (zgodną z Hifi-Berry-Digi). Po pierwsze, Na wszelki wypadek należy zaktualizować system: sudo rpi-update sync sudo reboot Następnie należy usunąć z pliku /etc/ modprobe.d/raspi-blacklist.conf linie: blacklist ic-bcm70 blacklist snd-soc-pcmx blacklist snd-soc-wm0. Załączyć obsługę modułu dodając następujące wpisy w pliku /etc/modules: snd_soc_bcm70 bcm70_dmaengine snd_soc_hifiberry_digi Skonfigurować ALSA tworząc plik /etc/ asound.conf z zawartością: pcm.!default { type hw card 0 } ctl.!default { type hw card 0 } Następnie należy zrestartować PI. Po uruchomieniu warto sprawdzić poprawność konfiguracji poleceniem: sudo aplay l Moduł powinien pojawić się na liście dostępnych urządzeń odtwarzających: **** List of PLAYBACK Hardware Devices **** card 0: sndrpihifiberry [snd_rpi_ hifiberry_dac], device 0: HifiBerry DAC HiFi pcm0a-hifi-0 [] Subdevices: / Subdevice #0: subdevice #0 Do odtwarzanie plików muzycznych można użyć dowolnego odtwarzacza, np. LXMusic Player, Aqualung itp. Adam Tatuś, EP MINIPROJEKTY user: 0, pass: ee AVT-9 R: kv/% (SMD 00) R: 0 V/% (SMD 00) R: 0 V/% (SMD 00) R, R: 70 V/% (SMD 00) RP: 0 kv (drabinka CRA0S0) RP: V (drabinka CRA0S0) C: mf (SMD 00) C, C: pf (SMD 00) C C7, C0, C, C, C7: 0, mf (SMD 00) C, C9, C, C:, mf (SMD 00) C, C:, nf (SMD 00) CE CE: 0 mf (SMD A ) U: WM0 (SSOP0) U: MCP00T (SOT-) U: PCM0A (SSOP0) U: ADPAKC- (SOT-) FB FB: perełka SMD 00 V/0 ma GPIO: złącze IDC0, żeńskie OUT: 0-0 Lumberg (gniazdo Jack stereo, mini, SMD) OUTA: złącze szpilkowe SIP PWR: DG-.- (złącze śrubowe) SPDIF: złącze RCA do druku SPDIFA: złącze szpilkowe SIP USB: gniazdo USB A SMD 7MHz: 7 MHz (rezonator kwarcowy SMD) wyraźnie zaznaczono), bez elementów AVT xxxx A płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów wersję zamawiasz! (UK, A, A, B lub C). Płytka domowej automatyki dla Raspberry Pi Zero Przedstawiona płytka umożliwia wykorzystanie Raspberry PI w wersji Zero w systemach domowej automatyki, w których niepotrzebna jest duża ilość GPIO, a ważna jest funkcjonalność i niewielki rozmiar. Schemat ideowy modułu pokazano na rysunku. Ma on następujące funkcjonalności: wejścia cyfrowe z optoizolacją (NPN). Wyjście przekaźnikowe ze stykiem przełącznym 0 V/ A. Wyjście przekaźnikowe ze stykiem przełącznym V/ A. wyjścia przekaźnikowe ze stykiem zwiernym V/ A. wyjścia OC V (z szeregowym rezystorem 00 V). Interfejs XBEE dla przedstawionych w EP zgodnych modułów komunikacyjnych. Zegar czasu rzeczywistego z podtrzymaniem bateryjnym DS. ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0 9

4 GPIO GPIO 7 TXD 9 0 RXD GPIO7 GPIO GPIO7 GPIO GPIO 7 GPIO GPIO0 9 0 GPIO9 GPIO GPIO GPIO GPIO7 7 GPIO 9 0 GPIO GPIO GPIO GPIO9 GPIO GPIO 7 GPIO0 9 0 GPIO LD9 DZ PSMB.A GPIO GPIO0 GPIO GPIO GPIO GPIO CE 00uF/0V RL RL NO NC CM NO NC CM NO RL NO CM O O RL RL RL RL RL O X RXD TXD I VI DI DI DI DI VI DI VI DI VI DI VI DI GPIO GPIO0 GPIO9 GPIO BAT CR0 XT.7kHz X X VBT U DSZ VCC SQ 7 C 0.uF IC C7 0uF U ADP0AUJ VIN SW EN FB PWR L.uH C 0uF R k LD R k LD R k LD R k LD R k C9 0.uF RL RM9P RL RM0P RL RM0Z RL RM0Z O U ULN00 IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT IN OUT 7 IN OUT IN7 OUT7 COM 9 0 R 00R R 00R C 0.uF RM XBEE 0 VCC AD0/DIO0 9 DOUT AD/DIO DIN/nCFG AD/DIO 7 DIO AD/DIO nres nrts/ad/dio 7 RSSI/PWM0 ASS/AD/DIO PWM VREF NC ON/nSLEEP 9 0 ndtr/slprq/di ncts/dio7 AD/DIO LD R k LD R k LD7 R7 k LD R k IS LTV7 IS LTV7 IS LTV7 IS LTV7 R9 0k C 0pF R0 0k C 0pF R 0k C 0pF R 0k C 0pF 0 9 U HC U HC U HC U HC C0 0.uF RP RA RA RB RB RC RC RD RD 0R 7 Rysunek. Schemat ideowy modułu dla RaspbPI Zero HAB 0 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0

5 Rysunek. Schemat montażowy modułu dla RaspbPI Zero HAB Złącze magistrali I C (, V). Do monitorowania sygnałów cyfrowych ze złącza I, wykorzystany jest typowy układ separacji opartej o transoptor, filtr RC i bramkę Schmitta typu 7HC (U). Układ eliminuje sprzętowo krótkie zaburzenia impulsowe ze styków mechanicznych. Szeregowo z diodą transoptora włączono LED sygnalizujący aktywność wejścia. Do polaryzacji wejść można użyć napięcia V zasilającego moduł lub w wypadku wymaganej separacji galwanicznej napięcie zewnętrzne. Wejścia przeznaczone są do sterowania w standardzie NPN. Wyjścia cyfrowe zrealizowane są w oparciu o przekaźniki, cewki przekaźników są sterowane za pośrednictwem bufora U typu ULN00. Wyjście O zrealizowane jest na przekaźniku o zwiększonej obciążalności 0 V/ A. Pozostałe wyjścia O (przełączne), O (zwierne/bistabilne programowo) mają obciążalność V/ A. Wyjścia przekaźnikowe mają sygnalizację stanu za pomocą LED. Dwa bufory są wyprowadzone na złącze O poprzez rezystory R i R (00 V) i mogą służyć do bezpośredniego sterowania LED lub SSR. Dla realizacji komunikacji szeregowej, moduł wyposażono w złącze Xbee umożliwiające użycie szerokiej oferty modułów komunikacyjnych opisanych w EP. Moduły Xbee mają niezależny zasilacz oparty o przetwornicę obniżającą U typu ADP0, co umożliwia stosowanie modułów RF o większej mocy nadajnika. Złącze I C służy do przyłączenia modułów rozszerzeń I C zasilanych napięciem, V. Moduł uzupełnia zegar czasu rzeczywistego U typu DS jest przydatny w aplikacjach bez połączenia z zegarem wzorcowym. Układ zmontowano na dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku. Zmontowany moduł HAB jest stabilną płytą bazową, mocowaną w obudowie za pomocą śrub M, a płytka Raspberry PI Zero jest montowana jako moduł poprzez złącze pośrednie GPIO. Konstrukcja mechaniczna zapewnia dostęp do wszystkich złącz Raspberry PI oraz karty SD. Moduł zasilany jest poprzez gniazdo PWR, z zewnętrznego zasilacza V/ A. Moduł nie wymaga uruchamiania. Szybkiego sprawdzenia poprawności działania możemy dokonać logując się do konsoli w trybie administratora: (sudo su). W celu odczytu wejścia należy wykonać następujące polecenia (dla np. GPIO IN): echo > /sys/class/gpio/export cd /sys/class/gpio/gpio echo in > direction Bieżący odczyt stanu gpio wykonany jest poleceniem cat value. Aby sprawdzić działanie wyjść (GPIO OUT): echo > /sys/class/gpio/export cd /sys/class/gpio/gpio ls echo out > direction Ustawienia wyjścia jest wykonywane poleceniem echo > value. Jego zerowanie echo 0 > value. W podobny sposób należy sprawdzić pozostałe wejścia i wyjścia. Dla sprawdzenia działania portu szeregowego, najlepiej użyć modułu konwertera XbeeUSB i z PC zalogować się korzystając z SSH do Raspberry PI. W celu wykorzystania RTC konieczne jest dodanie obsługi magistrali I C. W tym celu sprawdzamy czy w pliku sudo nano /etc/modules znajduje się definicja ic-dev. Jeżeli nie, to musimy ją dodać, zapisać zmiany i zrestartować PI. Po uruchomieniu należy pobrać narzędzia odpowiadające za obsługę I C: sudo apt-get install python-smbus sudo apt-get install ic-tools Po zainstalowaniu, w pierwszej kolejności sprawdzamy w konsoli prawidłowe działanie I C sudo icdetect -y. Powinno pojawić się urządzenie pod adresem 0x, jest to nasz RTC DS. Następnie ładujemy moduł zegara: user: 0, pass: ee AVT-97 R R, R:, kv (SMD 00) R9 R: 0 kv (SMD 00) R, R: 00 V (SMD 00) RP: 0 V (drabinka SMD CRA0) C, C, C9, C0: 0, mf (SMD 00) C C: 0 pf (SMD 00) C7, C: 0 mf (SMD 00) CE: 00 mf/0 V (SMD B ) DZ: PSMB.A (Transil) LD LD9: dioda LED SMD 00 IS IS: LTV7 U: DSZ (SO) U: ULN00 (SO) U: ADP0AUJZ (SOT--) U: 7HC (SO) BAT: oprawka KEYS00 SMD Bateria CR0 GPIO: złącze IDC0 żeńskie I: DG-.- (złącze śrubowe, mm) IC, O: złącze EH kątowe L:, mh (dławik DLJ0, mh) O, O, O: złącze ARK/ mm PWR: DG-.- (złącze śrubowe, mm) RL: przekaźnik RM9P-V RL: przekaźnik RM0P-V RL, RL: przekaźnik RM0Z-V RM: podstawka Xbee dwie listwy 0/ mm żeńskie XT: kwarc 7 khz (SMD) wyraźnie zaznaczono), bez elementów AVT xxxx A płytka drukowana i zaprogramowany układ (czyli połączenie wersji A i wersji UK) bez elementów wersję zamawiasz! (UK, A, A, B lub C). sudo modprobe rtc-ds07 sudo bash echo ds07 0x > /sys/class/ ic-adapter/ic-/new_device Ustawienia czasu i daty systemowej dokonujemy poleceniem sudo date, zapis czasu systemowego do RTC wykonujemy poleceniem sudo hwclock w, a sprawdzenia poprawności zapisu sudo hwclock r. Aby czas systemowy po uruchomieniu PI był automatycznie aktualizowany musimy w pliku sudo nano /etc/modules dodać linię rtc-ds07 i w pliku sudo nano /etc/rc.local dodać linie: echo ds07 0x > /sys/class/ ic-adapter/ic-/new_device sudo hwclock s przed poleceniem exit 0. Przy kolejnym uruchomieniu PI, czas zostanie pobrany z RTC bez synchronizacji z zegarem sieciowym. Jeżeli wszystko działa poprawnie, moduł jest gotowy do zastosowania we własnej aplikacji. Adam Tatuś, EP ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 0/0