ISP und RS232 Umschalter mit I2C-Bus und Power Verteiler

Transkript

1 ISP und RS232 Umschalter mit I2C-Bus und Power Verteiler RN-Verteil V 2.1 Wer öfters mit mehrern Schaltungen / Boards experimentiert wird es kennen: Oft muss man das Programmierkabel (ISP) umstecken um eine Änderungen am Programmcode durchzuführen. Auch das RS232 Kabel muss oft umgesteckt werden um Debug-Ausgaben verschieder Platinen zu überwachen oder um ein zusätzliches Funkmodul am PC zu betreiben. Um das nervige umstecken zu beseitigen entstand RN-Verteil. Zwischen drei Boards kann nun der ISP-Anschluss bequem umgeschaltet werden, zusätzlich können 4 Boards umschaltbar an der RS232-Schnittstelle betrieben werden. Und zudem ist noch ein I2C-Bus Verteiler und Power-Verteiler vorhanden. Über einen Schalter können dann alle angeschlossenen Boards ausgeschaltet werden. Led s signalisieren aktive Schalterstellung und aktive ISP-Übertragung! Anleitung vom

2 Hier die Vorteile von RN-Verteil: Kein umstecken mehr notwendig wenn man mehrere Boards am PC programmieren oder per RS232 überwachen will 3 umschaltbare ISP Anschlüsse für Baords (+ 1 ISP Buche für PC) 4 umschaltbare RS232 Anschlüsse für Boards (+1 Anschluss für PC) 5 I2C-Bus Anschlüsse, parallel geschaltet. Erlaubt das einfache verbinden von Boards per I2C per Jumper kann die Batteriespannung und Logikspannung bei jedem I2C-Bus Stecker einzeln aktiviert oder deaktiviert werden 5 Power Klemmen um Batteriespannung zu verteilen 1 Haupstschalter Verpolungssichere Schutzdiode 4 Leuchtdioden zeigen genau an welche RS232 gerade aktiv ist 1 Leuchtdiode überwacht ISP-Programmierung indem Daten durch flackern signalisiert werden Kondensatoren / Elkos sorgen für stabile Programmierung Einfache Bedienung durch zei Drehschalter Roboternetz kompatible Stecker (somit passen Board s sofort) Standard Roboternetz format (somit auch "Huckepack Montierung" möglich) Deutsche Doku Preiswerte Platine und Bausatz erhältlich einfacher Aufbau

3 Aufbau des Verteilers Der Aufbau der Adapterschaltung ist durch die vorgefertigte kleine Platine und die wenigen notwendigen Bauteile völlig problemlos auch von Elektronik-Einsteigern zu bewerkstelligen. Durch den Bestückungsdruck und die Bestückungsliste, etwas weiter hinten in dieser Dokumentation, ist der Aufbau unkritisch. In der Regel dauert der Aufbau keine 25 Minuten. Dennoch einige Anmerkungen zu kleinen Hürden: 1. Beim Einlöten der LED s bitte den Bestückungsdruck in der Anleitung beachten, da auf der Platine manchmal die Polung nicht genau erkennbar ist. Der kurze Draht der LED (Kathode) muss auf die Seite, wo die Flache Abkantung an der LED sichtbar ist. Das waren eigentlich schon die besonderen Punkte die zu beachten sind. Ansonsten natürlich sauber mit einem W Lötkolben alles auf der Unterseite verlöten. Grundkenntnisse beim Löten werden empfohlen.

4 Erläuterung der Anschlüsse, Regler und Kurzschlussbrücken Anschluss- Bezeichnung BAT_A BAT_B BAT_C BAT_D 5V_A 5V_B 5V_C 5V_D Erläuterung Verbindet Pin 9 des I2C-Bus mit I2C-Bus Buchse A Dieser Pin führt gewöhnlich die volle Batteriespannung um andere Boards über das I2C-Bus Kabel zu versorgen. Es muss aber immer nur ein Board die Betriebsspannung in das Kabel einspeisen. Wenn dies bereits ein anderes Board macht, sollte der Jumper nicht eingesteckt werden. Bei unterschiedlichen Spannungsquellen könnten sogar Board s beschädigt werden wenn mehrere die Spannung auf die Leitung legen. Im Zweifel also hier keinen Jumper (Kurzschlussbrücke) aufstecken! wie zuvor nur für Buchse B wie zuvor nur für Buchse C wie zuvor nur für Buchse D Verbindet Pin 5 und 7 des I2C-Bus mit I2C-Bus Buchse A Dieser Pin führt gewöhnlich die stabilisierte Logikspannung von 5V um andere Boards über das I2C-Bus Kabel zu versorgen. Es muss aber immer nur ein Board die Betriebsspannung in das Kabel einspeisen. Wenn dies bereits ein anderes Board macht, sollte der Jumper nicht eingesteckt werden. Bei unterschiedlichen Spannungsquellen könnten sogar Board s beschädigt werden wenn mehrere die Spannung auf die Leitung legen. Im Zweifel also hier keinen Jumper (Kurzschlussbrücke) aufstecken! Verbindet Pin 5 und 7 des I2C-Bus mit I2C-Bus Buchse B Dieser Pin führt gewöhnlich die stabilisierte Logikspannung von 5V um andere Boards über das I2C-Bus Kabel zu versorgen. Es muss aber immer nur ein Board die Betriebsspannung in das Kabel einspeisen. Wenn dies bereits ein anderes Board macht, sollte der Jumper nicht eingesteckt werden. Bei unterschiedlichen Spannungsquellen könnten sogar Board s beschädigt werden wenn mehrere die Spannung auf die Leitung legen. Im Zweifel also hier keinen Jumper (Kurzschlussbrücke) aufstecken! Verbindet Pin 5 und 7 des I2C-Bus mit I2C-Bus Buchse C Dieser Pin führt gewöhnlich die stabilisierte Logikspannung von 5V um andere Boards über das I2C-Bus Kabel zu versorgen. Es muss aber immer nur ein Board die Betriebsspannung in das Kabel einspeisen. Wenn dies bereits ein anderes Board macht, sollte der Jumper nicht eingesteckt werden. Bei unterschiedlichen Spannungsquellen könnten sogar Board s beschädigt werden wenn mehrere die Spannung auf die Leitung legen. Im Zweifel also hier keinen Jumper (Kurzschlussbrücke) aufstecken! Verbindet Pin 5 und 7 des I2C-Bus mit I2C-Bus Buchse D Dieser Pin führt gewöhnlich die stabilisierte Logikspannung von 5V um andere Boards über das I2C-Bus Kabel zu versorgen. Es muss aber immer nur ein Board die Betriebsspannung in das Kabel einspeisen. Wenn dies bereits ein anderes Board macht, sollte der Jumper nicht eingesteckt werden. Bei unterschiedlichen Spannungsquellen könnten sogar Board s beschädigt werden wenn mehrere die Spannung auf die Leitung legen. Im Zweifel also hier keinen Jumper (Kurzschulssbrücke) aufstecken!

5 I2C_A I2C-Bus Buchse für Board A Über diesen Bus lassen sich zahlreiche Erweiterungen an dieses Board anschließen. Zum Beispiel werden auf der Seite robotikhardware.de passende Boards mit Sprachausgabe, Relais, Schrittmotorsteuerung etc. angeboten. Der I2C-Bus benötig nur 2 Leitungen für alle Funktionen. Entsprechend der Roboternetz-Norm wird hier ein 2x5 poliger Stecker angeschlossen. Die Belegung entspricht exakt der anderer Roboternetz Boards. Pin 1 SCL (Taktleitung) Pin 3 SDA (Datenleitung) Pin 5 +5V Pin 7 +5V Pin 9 Batteriespannung Pin 2,4,6,8 GND Pin 10 INT Diese Leitung kann von allen I2C-Bus Erweiterungen genutzt werden um den Hauptcontroller darüber zu informieren das sich Daten (z.b. von Sensoren) verändert haben. In diesem Fall wird die Leitung solange auf Masse gelegt bis der entsprechende I2C-Baustein ausgelesen wird. Die Controller muß also immer alle I2C-Bausteine auslesen solange diese Leitung auf Masse liegt. Diese Leitung ist mit Port PD2 verbunden I2C_B I2C_C I2C_D I2C_E RS232 Die PIN s 5,7,9 können über herausnehmbare Kurzschlussbrücken (Jumper) vom Bus getrennt werden. Dies ist zum Beispiel dann notwendig, wenn bereits ein anderes Masterboard die Spannungen auf den Bus legt. Es darf immer nur ein Board die Spannungen bereitstellen. wie zuvor, jedoch I2C_Buchse für Board B wie zuvor, jedoch I2C_Buchse für Board C wie zuvor, jedoch I2C_Buchse für Board D wie zuvor, jedoch I2C_Buchse für Board E PC Anschluss für RS232 Schnittstelle Über ein Adapterkabel kann die serielle Schnittstelle des PC direkt mit dem Board verbunden werden. Die Belegung ist kompatibel zum Robotzernetz-Standard, als auch zum Conrad Roboter CCRP5: Pin 1 RX Pin 2 GND Pin 3 TX RS232_A RS232_B RS232_C RS232_D Ein geeignetes Anschlußkabel kann schnell selbst angefertigt werden oder gibt es über robotikhardware.de bereits fertig zu kaufen RS232 Anschluss für Board A Die Belegung ist kompatibel zum Robotzernetz-Standard, als auch zum Conrad Roboter CCRP5: Pin 1 RX Pin 2 GND Pin 3 TX Ein Kabel muss also zwei 3 polige Stecker besitzen um ein Board zu verbinden. Mit dem Kabelset von robotikhardware.de läßt sich sowas beispielsweise einfach basteln. wie zuvor nur für Board B wie zuvor nur für Board C wie zuvor nur für Board D

6 ISP_PC PC - ISP IN SYSTEM PROGRAMMING Über diesen Anschluß kann das Verteilerboard mit einem Standard ISP-Kabel direkt an einen Parallelport des PC s angeschlossen und programmiert werden. Die Belegung des ISP-Anschlusses ist zu dem weit verbreitetet STK200 Programmier Dongle kompatibel. Ein entsprechender Dongle kann man sich entweder selber basteln (siehe Artikel ISP-Programmieradapter unter oder fertig bestellen (z.b. Pin 1 MOSI Pin 2 VCC Pin 3 Nicht belegt Pin 4 GND Pin 5 RESET Pin 6 GND Pin 7 SCK Pin 8 GND Pin 9 MISO Pin 10 GND ISP_A ISP_B ISP_C ISP IN SYSTEM PROGRAMMING Anschluss für Board A Zum Anschluss benötigt man ein Flachkabel mit zwei 10 poligen Wannensteckern. Läßt sich auch mit dem Kabelset von robotikhardware basteln. Wie zuvor jedoch für Board B Wie zuvor jedoch für Board C

7 Bauteile Bestell- und Bestückungsliste für RN-Verteiler (Angaben ohne Gewähr) Bauteil Beschreibung Reichelt Best.Nr. 5V_A Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 5V_B Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 5V_C Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 5V_D Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 5V_E Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 BATT_A Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 BATT_B Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 BATT_C Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 BATT_D Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 BATT_E Stiftleiste 2polig LU2,5MS2 C1 Elko RAD 220/35 C2 Keramik Kondensator KERKO100N D2 Diode BYV 27/200 I2C_A Wannenbuchse WSL 10G I2C_B Wannenbuchse WSL 10G I2C_C Wannenbuchse WSL 10G I2C_D Wannenbuchse WSL 10G I2C_E Wannenbuchse WSL 10G ISP_A Wannenbuchse WSL 10G ISP_B Wannenbuchse WSL 10G ISP_C Wannenbuchse WSL 10G ISP_PC Wannenbuchse WSL 10G ISP_UM Umschalter 3 Stell. 4 polig DS4PC LED1 Leuchdiode Low LED 3MM 2MA GN LED2 Leuchdiode Low LED 3MM 2MA GN LED3 Leuchdiode Low LED 3MM 2MA GN LED4 Leuchdiode Low LED 3MM 2MA GN LED5 Leuchdiode Low LED 3MM 2MA GN POWER Schraubklemme 2 polig AKL POWER1 Schraubklemme 2 polig AKL POWER2 Schraubklemme 2 polig AKL POWER3 Schraubklemme 2 polig AKL POWER4 Schraubklemme 2 polig AKL POWER5 Schraubklemme 2 polig AKL R1 Metallschichtwiderstand 1k Metall 1,0k RN1 Widerstandsnetzwerk 560 Ohm SIL RS232_A Stiftleiste 3 polig LU 2,5 MS3 RS232_B Stiftleiste 3 polig LU 2,5 MS3 RS232_C Stiftleiste 3 polig LU 2,5 MS3 RS232_D Stiftleiste 3 polig LU 2,5 MS3 RS232_PC Stiftleiste 3 polig LU 2,5 MS3 S1 Umschalter AS500 APC S2 Umschalter 4 Stell. 3 polig DS3PC Drehknöpfe Jumper 10 Stück Platine (doppelseitig für bessere Störunterdrückung) bei robotikhardware.de Platine und / oder Bausatz gibt es über

8 Bestückungsplan

9 Bedienung Zur Bedienung des Verteilers ist eigentlich wenig zu sagen. Wie die Boards und wo der PC angeschlossen wird ist schon aus der Tabelle weiter vorne in der Doku zu entnehmen. Über die Drehschalter können RS232 als auch ISP völlig unabhängig voneinander umgeschaltet werden. Je nachdem welches Board man programmieren oder per RS232 anschließen möchte, muss nur der entsprechende Drehschalter gedreht werden Eine LED neben jedem RS232 Anschluss leuchtet wenn der jeweilige Anschluss gerade aktiviert wurde. Bei dem ISP Umschalter gibt eine Markierung darüber Auskunft welches Board gerade "programmierbereit" ist. Die Batteriespannung wird an der Schraubklemme Power angelegt und kann übe rdie anderen Schraubklemmen abgegriffen werden. Der Schalter deaktiviert sowohl das Board, LED s als auch die an den Schraubklemmen angeschlossen Board s. Der Gesamtstrom der Boards sollte 2 A nicht überschreiten wenn sie über den Verteiler versorgt werden.

10 Schaltplan

11 Sollte in dieser Doku noch der ein oder andere Fehler drin stecken, so bitte ich um Nachsicht und Hinweise per Mail an den Entwicklers Also immer mal im Download Bereich nach der Versionsnummer der Doku schaun, Ergänzungen sind denkbar! Der Nachbau dieses Boards ist ausdrücklich gestattet, jedoch nur für den privaten Einsatz! Die Kommerzielle bzw. Gewerbliche Verwertungen bedürfen der schriftlichen Einwilligung des Entwicklers Online-Bestellung von Platinen oder Erweiterungen über Anwendungsprogramme und Programmschnipsel findet man im Roboternetz-Downlodd-Bereich. Es wäre schön wenn auch Sie etwas dort uploaden könnten

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13 Haftung, EMV-Konformität Alle Teile der Schaltung wurden sorgfältigst geprüft und getestet. Trotzdem kann ich natürlich keine Garantie dafür übernehmen, daß alles einwandfrei funktioniert. Insbesondere übernehme ich keine Haftung für Schäden, die durch Nachbau, Inbetriebnahme etc. der hier vorgestellten Schaltungen entstehen. Derjenige, der den Bausatz zusammenbaut und in einem Gehäuse montiert, gilt als Hersteller und ist damit selbst für die Einhaltung der geltenden Sicherheits- und EMV-Vorschriften verantwortlich. Für Schäden die durch fehlerhaften Aufbau entstanden sind, direkt oder indirekt, ist die Haftung generell ausgeschlossen. Schadensersatzansprüche, gleich aus welchem Rechtsgrund, sind ausgeschlossen, soweit nicht vorsätzliches oder grob fahrlässiges Handeln vorliegt. Sofern wir haften, umfaßt unsere Haftung nicht solche Schäden, die nicht typischerweise erwartet werden konnten. Haftung und Schadenersatzansprüche sind auf den Auftragswert / Bauteilwert beschränkt. Bei der Lieferung von Fremdprodukten als auch Software gelten über diese Bedingungen hinaus die besonderen Lizenz- oder sonstigen Bedingungen des Herstellers.

14 Sicherheitshinweise Beim Umgang mit Produkten, die mit elektrischer Spannung in Berührung kommen, müssen die gültigen VDE-Vorschriften beachtet werden, insbesondere VDE 0100, VDE 0550/0551, VDE 0700, VDE 0711 und VDE Vor Öffnen eines Gerätes stets den Netzstecker ziehen oder sicherstellen, daß das Gerät stromlos ist. Bauteile, Baugruppen oder Geräte dürfen nur in Betrieb genommen werden, wenn sie vorher berührungssicher in ein Gehäuse eingebaut wurden. Während des Einbaus müssen sie stromlos sein. Werkzeuge dürfen an Geräten, Bauteilen oder Baugruppen nur benutzt werden, wenn sichergestellt ist, daß die Geräte von der Versorgungsspannung getrennt sind und elektrische Ladungen, die in den im Gerät befindlichen Bauteilen gespeichert sind, vorher entladen wurden. Spannungsführende Kabel oder Leitungen, mit denen das Gerät, das Bauteil oder die Baugruppe verbunden ist, müssen stets auf Isolationsfehler oder Bruchstellen untersucht werden. Bei Feststellen eines Fehlers in der Zuleitung muß das Gerät unverzüglich aus dem Betrieb genommen werden, bis die defekte Leitung ausgewechselt worden ist. Bei Einsatz von Bauelementen oder Baugruppen muß stets auf die strikte Einhaltung der in der zugehörigen Beschreibung genannten Kenndaten für elektrische Größen hingewiesen werden. Wenn aus einer vorliegenden Beschreibung für den nichtgewerblichen Endverbraucher nicht eindeutig hervorgeht, welche elektrischen Kennwerte für ein Bauteil oder eine Baugruppe gelten, wie eine externe Beschaltung durchzuführen ist oder welche externen Bauteile oder Zusatzgeräte angeschlossen werden dürfen und welche Anschlußwerte diese externen Komponenten haben dürfen, so muß stets ein Fachmann um Auskunft ersucht werden. Es ist vor der Inbetriebnahme eines Gerätes generell zu prüfen, ob dieses Gerät oder Baugruppe grundsätzlich für den Anwendungsfall, für den es verwendet werden soll, geeignet ist! Im Zweifelsfalle sind unbedingt Rückfragen bei Fachleuten, Sachverständigen oder den Herstellern der verwendeten Baugruppen notwendig! Bitte beachten Sie, daß Bedien- und Anschlußfehler außerhalb unseres Einflußbereiches liegen. Verständlicherweise können wir für Schäden, die daraus entstehen, keinerlei Haftung übernehmen. Bausätze sollten bei Nichtfunktion mit einer genauen Fehlerbeschreibung (Angabe dessen, was nicht funktioniert...denn nur eine exakte Fehlerbeschreibung ermöglicht eine einwandfreie Reparatur!) und der zugehörigen Bauanleitung sowie ohne Gehäuse zurückgesandt werden. Zeitaufwendige Montagen oder Demontagen von Gehäusen müssen wir aus verständlichen Gründen zusätzlich berechnen. Bereits aufgebaute Bausätze sind vom Umtausch ausgeschlossen. Bei Installationen und beim Umgang mit Netzspannung sind unbedingt die VDE-Vorschriften zu beachten. Geräte, die an einer Spannung V betrieben werden, dürfen nur vom Fachmann angeschlossen werden. In jedem Fall ist zu prüfen, ob der Bausatz für den jeweiligen Anwendungsfall und Einsatzort geeignet ist bzw. eingesetzt werden kann. Die Inbetriebnahme darf grundsätzlich nur erfolgen, wenn die Schaltung absolut berührungssicher in ein Gehäuse eingebaut ist. Sind Messungen bei geöffnetem Gehäuse unumgänglich, so muß aus Sicherheitsgründen ein Trenntrafo zwischengeschaltet werden, oder, wie bereits erwähnt, die Spannung über ein geeignetes Netzteil, (das den Sicherheitsbestimmungen entspricht) zugeführt werden. Alle Verdrahtungsarbeiten dürfen nur im spannungslosen Zustand ausgeführt werden. Derjenige, der einen Bausatz fertigstellt oder eine Baugruppe durch Erweiterung bzw. Gehäuseeinbau betriebsbereit macht, gilt nach DIN VDE 0869 als Hersteller und ist verpflichtet, bei der Weitergabe des Gerätes alle Begleitpapiere mitzuliefern und auch seinen Namen und Anschrift anzugeben. Geräte, die aus Bausätzen selbst zusammengestellt werden, sind sicherheitstechnisch wie ein industrielles Produkt zu betrachten. Betriebsbedingungen Der Betrieb der Baugruppe darf nur an der dafür vorgeschriebenen Spannung erfolgen. Bei Geräten mit einer Betriebsspannung 35 Volt darf die Endmontage nur vom Fachmann unter Einhaltung der VDE Bestimmungen vorgenommen werden. Die Betriebslage des Gerätes ist beliebig. Bei der Installation des Gerätes ist auf ausreichenden Kabelquerschnitt der Anschlußleitungen zu achten! Die angeschlossenen Verbraucher sind entsprechend den VDE Vorschriften mit dem Schutzleiter zu verbinden bzw. zu erden. Die zulässige Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) darf während des Betriebes 0 C und 40 C nicht unter-, bzw. überschreiten. Das Gerät ist für den Gebrauch in trockenen und sauberen Räumen bestimmt. Bei Bildung von Kondenswasser muß eine Akklimatisierungszeit von bis zu 2 Stunden abgewartet werden. In gewerblichen Einrichtungen sind die Unfallverhütungsvorschriften des Verbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften für elektrische Anlagen und Betriebsmittel zu beachten. In Schulen, Ausbildungseinrichtungen, Hobby- und Selbsthilfewerkstätten ist das Betreiben von Baugruppen durch geschultes Personal verantwortlich zu überwachen. Betreiben Sie die Baugruppe nicht in einer Umgebung in welcher brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube vorhanden sind oder vorhanden sein können. Falls das Gerät einmal repariert werden muß, dürfen nur Orginal-Ersatzteile verwendet werden! Die Verwendung abweichender Ersatzteile kann zu ernsthaften Sach- und Personenschäden führen! Dringt irgendeine Flüssigkeit in das Gerät ein, so könnte es dadurch beschädigt werden.