PMIO-AIVx8

Модуль для подключения 8 датчиков 0-10 В или 0-20 мА.

На рисунке отображена схема внешних подключений.

К клеммнику XD01 подключается питание от внешнего блока питания.

На схеме показано подключение датчиков 0-20 мА и 0-10 В.

Заданная конфигурация: Скопировано

Стоимость: $

Скачать 3D STEP

На рисунке отображена функциональная схема модуля.

В качестве АЦП используется микросхема ADS1115. К одному АЦП можно подключить 4 канала.

ADS1115 управляются по шине I²C. Адреса чипов - 0x48 и 0x49.

На плате есть разъём для подключения модуля светодиодов EKLD-10. Для управления состоянием светодиодов используется GPIO-расширитель MCP23017. Адрес на шине I²C - 0x20.

Для управления всеми чипами используется микроконтроллер ESP32-C3. Микроконтроллер:

• опрашивает АЦП ADS1115 по шине I²C
• опрашивает датчик температуры холодного спая
• определяет по таблицам из стандарта МЭК 60584 значение температур по каналам
• устанавливает состояние светодиодов на модуле PMLD-10
• отправляет данные измерений температур на CAN-шину

Распиновка микроконтроллера ESP32-C3:

• I²C:
  • SDA - GPIO 8
  • SCL - GPIO 4
• CAN:
  • RX - GPIO 1
  • TX - GPIO 0

ESP32-C3 передаёт данные на CAN-шину через CAN-трансивер CA-IS3050.

На рисунке отображена схема измерения сигнала 0-10 В.

SMAJ33CA - защитный TVS-диод. Нужен для защиты от кратковременных выбросов напряжения.

Резисторы R602 и R603 образуют делитель напряжения. С помощью АЦП ADS1115 можно измерить напряжение, не превышающее напряжение питания. В данной схеме для питания АЦП используется напряжение 5 В. С помощью делителя входное напряжение 10 В ограничивается до 4 В:

$I = \frac{V_{input}}{R_{602} + R_{603}} = \frac{V}{R_{602}}$

$V = \frac{V_{input} \cdot R_{602}}{R_{602} + R_{603}} = \frac{10 В \cdot 220 Ом } {220 Ом + 330 Ом} = 4В$

Для измерения входного сигнала 4 В можно использовать диапазон измерения АЦП ±4,096 В (FSR). Разрядность АЦП 16 бит. При этом один шаг соответствует $\frac{FSR}{2^N} = \frac{2 \cdot 4.096 В}{2^{16}} = 125 мкВ$. Для диапазона измеряемого сигнала 4 В это даёт $\frac{4 В}{125 мкВ} = 32000$ фактических шагов. Получается примерно 15 бит теоретического разрешения.

BAV199 - сборка из двух диодов. Необходима для ограничения входного сигнала АЦП в диапазоне GND..5V. При выходе напряжения за диапазон один из диодов открывается.

Резистор R601 и конденсатор C601 образуют фильтр нижних частот. Частота среза 482 Гц:

$f = \frac{1}{2 \pi \cdot R_{601} \cdot C_{601}} = \frac{1}{2 \pi \cdot 330 Ом \cdot 10^{-6} Ф} = 482 Гц$

На рисунке отображена схема измерения сигнала 0-20 мА.

SMAJ33CA - защитный TVS-диод. Нужен для защиты от кратковременных выбросов напряжения.

Самовосстанавливающийся предохранитель nSMD005 срабатывает при перегрузке по току.

Резистор R702 используется как шунт для измерения тока. При 20 мА на падение напряжения на резисторе составит 2 В:

$V = I \cdot R_{702} = 0,020 А \cdot 100 Ом = 2 В$

Для измерения входного сигнала 2 В можно использовать диапазон измерения АЦП ±2,048 В (FSR). Разрядность АЦП 16 бит. При этом один шаг соответствует $\frac{FSR}{2^N} = \frac{2 \cdot 2.048 В}{2^{16}} = 62,5 мкВ$. Для диапазона измеряемого сигнала 2 В это даёт $\frac{2 В}{62.5 мкВ} = 32000$ фактических шагов. Получается примерно 15 бит теоретического разрешения.

BAV199 - сборка из двух диодов. Необходима для ограничения входного сигнала АЦП в диапазоне GND..5V. При выходе напряжения за диапазон один из диодов открывается.

Резистор R701 и конденсатор C701 образуют фильтр нижних частот. Частота среза 482 Гц:

$f = \frac{1}{2 \pi \cdot R_{601} \cdot C_{601}} = \frac{1}{2 \pi \cdot 330 Ом \cdot 10^{-6} Ф} = 482 Гц$

ADS1115 даташит	Скачать	Ссылка
CA-IS3050 даташит	Скачать	Ссылка
ESP32-C3 даташит	Скачать	Ссылка
MCP23017 даташит	Скачать	Ссылка