Hlavní propojovací deska
Modulární systémy se mi vždy líbily. A je jedno, jestli se jedná o starý systém od ČKD, mini systém ve zdrojích Mesit nebo rozsáhlé systémy SandRA od společnosti ZAT. Zkrátka všechny systémy obsahující nějakou základní/propojovací desku a karty/moduly, které se zapojují do propojovací desky mě přitahují 🙂
Je-li modulární systém správně navržen, pak je jednoduše rozšiřitelný, lehce opravitelný a je u něho snadno proveditelná modernizace (pouhou výměnou vadného, či zastaralého modulu za nový bez nutnosti pájení).
Další výhodou modulárních systémů je fakt, že univerzální moduly jako jsou například zdrojové nebo reléové mohou být použitelné pro více projektů. A tudíž s každým novým projektem bude v ideálním případě potřeba navrhovat méně a méně modulů.
Zkrátka jsem si musel nějaký modulární systém také vytvořit 🙂
Návrh hlavní propojovací desky
Požadavky na modulární systém a propojovací desku
Základní deska tvoří nejdůležitější část modulárního systému. Od jejích parametrů se odvíjejí možnosti modulů a celého systému. Mé požadavky na modulární systém byly následující (mechanika):
- šířka modulů musí být 100 mm – kvůli příznivé ceně výroby DPS do rozměrů 100×100 mm na JLCPCB
- rozestup mezi moduly musí takový, aby se do každého modulu vešlo relé o výšce 26 mm, které je nejvyšší součástkou, jakou běžně používám
- propojovací deska musí být ideálně do rozměrů 100×100 mm – opět kvůli ceně výroby DPS, ale jednotlivé propojovací desky musí jít řadit za sebou, kvůli rozšiřitelnosti
požadavky elektrika:
- na propojovací desce musí být k dispozici alespoň jedna univerzální sběrnice
- na desce musí být k dispozici i možnost nevýkonového připojení k síti 230 V – aby to bylo skutečně univerzální
- na desce budou vyhrazené napájecí linky: GND, +5 V, +12 V a alespoň ještě 3 další, zatím nespecifikovaná napájecí napětí
- zbytek místa na desce bude využit na I/O linky – univerzální linky, po kterých bude možné propojit cokoli s čímkoli dle konkrétní aplikace
Schéma zapojení a DPS
Z výše uvedených požadavků jsem nakonec navrhl propojovací desku s následujícími parametry:
mechanika:
- šířka modulů 100 mm – splněno
- rozestup mezi moduly: 35 mm – myšleno 30 mm zpředu a 5 mm zezadu, kvůli SMD součástkám ze spodní strany a vývodům THT součástek
- propojovací deska je rozměrů 90×105 mm – delší rozměr se mi nepodařilo dodržet, kvůli rozestupu 35 mm mezi moduly
elektrika:
- jako univerzální sběrnici jsem zvolil I2C – je jednoduchá a většina modulů z Aliexpressu, které používám, komunikují právě po této sběrnici 🙂 Ano, více průmyslová a tudíž vhodnější je například sběrnice RS485 nebo RS232, ale to by pak u každého modulu z Ali musel být ještě nějaký převodník komunikace a celé by se to prodražovalo a zesložiťovalo
- linky pro připojení sítě 230 V jsem navrhl 4 (tedy 4 fáze a 1 N).
- napájecí linky mám: GND, +5 V, +12 V, Ux, Uy, Uz – napětí Ux, Uy, Uz počítám, že budu využívat proti GND, ale nic není s ničím spojeno, takže by teoreticky bylo možné zapojit tato napětí i různě proti sobě a mít tato napětí oddělené od GND – ovšem s malými izolačními vzdálenostmi
- do zbytku místa na DPS se mi podařilo dostat 9 I/O linek a vlastní GND k těmto linkám – dnes si říkám, že ta zem navíc byla asi zbytečná, ale už to tak je 🙂
Připojení jednotlivých linek je rozděleno na 3 konektory. Je-li potřeba, aby hlavní deska byla skutečně univerzální a každý modul se mohl osadit na libovolnou pozici, pak je nutné osadit konektory na všech pozicích. To je však zbytečné a drahé a tak většinou osazuji jen některé konektory podle potřeb jednotlivých modulů s tím, že pozici jednotlivých modulů po osazení nebudu měnit, např. pro zdrojový modul osazuji pouze malý konektor uprostřed na napájecí linky.
Jednotlivé GND na propojovacím poli nejsou propojeny. Ty se mohou propojit buď na nějakém z modulů nebo drátovými propojkami přímo na propojovací desce, ale nemusí.
Konektory na DPS pro jednotlivé moduly a i na modulech jsou zdvojené (dvojité) pro vyšší spolehlivost systému.
Návrh mechaniky pro hlavní propojovací desku - držák karet
U tohoto projektu byl dobrý návrh mechanických komponent zásadní. Měl jsem následující požadavky:
- mechanika bude sloužit jako držák modulů, které budou zapojeny do hlavní desky a tudíž musí zajišťovat přesnou polohu modulů proti hlavní desce
- moduly musí být možné nějak aretovat
- mělo by to zabírat co možná nejméně místa kolem hlavní desky
- musí to být vyrobitelné na 3D tiskárně 🙂
- musí to jít jako celek někam připevnit (přišroubovat)
Vznikl následující návrh. Držák modulů se skládá ze dvou samostatných částí, které se přišroubují k hlavní desce a shora propojí malým propojovacím dílem, pro vyšší pevnost. K těmto dvěma částem držáku se ještě z každé strany přišroubuje díl, díky kterému je možné celek někam připevnit. Každý modul bude mít na stejném místě montážní otvor, do kterého je možné vsadit aretační přípravek a tím modul zajistit. Aretační přípravek se přišroubuje do jedné části držáku.
Vše tisknu z materiálu PETG. Pravda, tento materiál je hořlavý, což je špatně, nicméně já tento systém vždy montuji do ocelové nebo jiné nehořlavé skříně. Pak tento celek považuji za bezpečný.
Shrnutí projektu řídící jednotky zapalování
Bude 🙂