Aufbau und Inbetriebnahme, microsps V08

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1 Inhaltsverzeichnis Hinweis...2 Nachbau...2 Technische Daten...3 Schaltplan...4 Eingänge...4 ATMega1284, Programmierstecker, Analog IN, LCD, RS232, Hadware Uhr...5 Schnittstellen, one wire, I2C für LCD, Erweiterungsstecker...6 CAN Bus...6 Tastereingänge (optional)...7 Netzteil ( Step Down Wandler )...7 Relaisausgänge...8 Layout...9 BS Seite...9 LS Seite...10 Stückliste...11 Bestückung der Leiterkarte...14 Aufbau der Bestückung...17 Bestückung der Widerstände...17 Bestückung der Kondensatoren...18 Bestückung der SMD IC's...19 Fertig bestückte LS...20 Fertig bestückte BS...21 Anschlussbelegung...22 Inbetriebnahme der Steuerung...24 Bootloader mit AVR Studio und JTAGICE Interface...25 Firmware Programmieren...26 Weiterführende Informationen...29 Speicherbelegung / Adressen...30 Versionsübersicht...30 Seite 1 von 30, den

2 Hinweis Das microsps wurde als Selbstbauprojekt entwickelt und ist für die Hausautomatisierung vorgesehen. Alle Komponenten wurden nach bestem Wissen und Gewissen entwickelt und getestet. Für Schäden, welche aus der Nutzung dieser Komponenten entstehen übernehme ich keinerlei Haftung und Gewährleistung. Der Anwender muss sich vergewissern, dass die Komponente die gewünschte Funktion erfüllt. Falls sie Fragen haben oder Unterstützung benötigen, werde ich sie im Rahmen meiner Möglichkeiten unterstützen. Nachbau Damit die Abmessungen der Platine und der Preis möglichst gering bleiben, sind die Bauteile der Schaltung weitgehend in SMD-Technik ausgeführt. Aufgrund des Umfangs der Schaltung wird die Leiterkarte als teilbestückte Baugruppe angeboten. Die Bauteile bis auf die Optokoppler, die Relais und die Anschlussklemmen sind bestückt. Die Firmware ist programmiert, somit besitzt die teilbestückte Leiterkarte die Funktionalität der microsps. Die restlichen Komponenten lassen sich nach Bedarf bestücken. Als Spannungsversorgung kann 12V oder 24V ausgewählt werden. Die Spulenspannung der Relais muss mit der Versorgungsspannung übereinstimmen. Seite 2 von 30, den

3 Technische Daten Bezeichnung: Abmessungen: Versorgungsspannung: Leistungsaufnahme: Bauhöhe: Ausgänge: Eingänge: nicrosps V mm x 120 mm 8V bis 28V Gleichspannung ( step down Wandler) ca. 0,21W ( ohne LCD Anzeige, kein Relais angesteuert) ca. 0,34W ( mit LCD Anzeige, kein Relais angesteuert) pro angesteuertes Relais 0,4W 22 mm (mit LCD Anzeige 30 mm) 6 Relais Ausgänge 2 one wire Schnittstellen RS232 Schnittstellen CAN Schnittstelle ( advanced ) I2C Schnittstelle 8 digitale Eingänge über Optokoppler Vorwiderstand 4,7k => die Schaltschwelle liegt bei ca. 4V 2 Analoge Eingänge, 0 bis 5V, 10Bit Auflösung Anzeige: LCD Anzeige über das Board oder über den I2C Bus weitere Funktionen: Hardware Uhr Stecker für den Anschluss einer Erweiterungsplatine Software: Firmwareupdate über bootloader möglich Umgebungstemperatur: 0 bis 60 C (ohne Betauung) Seite 3 von 30, den

4 Schaltplan Eingänge Seite 4 von 30, den

5 ATMega1284, Programmierstecker, Analog IN, LCD, RS232, Hadware Uhr Seite 5 von 30, den

6 Schnittstellen, one wire, I2C für LCD, Erweiterungsstecker CAN Bus Seite 6 von 30, den

7 Tastereingänge (optional) Netzteil ( Step Down Wandler ) Seite 7 von 30, den

8 Relaisausgänge Seite 8 von 30, den

9 Layout BS Seite Seite 9 von 30, den

10 LS Seite Seite 10 von 30, den

11 Stückliste SMD Kondensatoren Bauteil Wert Package Bemerkung C5, C6, C7, C8 22p C0805 C16, C17 10n C0805 C1, C2, C3, C4, C9 100n C0805 C10, C15, C n C0805 C µF ELKO VF 100/35 K-D8 SMD Widerstände Bauteil Wert Package Bemerkung R1 0R R0805 R4, R35, R36 100R R0805 R16, R17, R18, R19, R20 1k R0805 Vorwiderstände der LED's für die Relais R21, R39, R104 1k R0805 R6, R7, R14, R15 4,7k R0805 R3 10k R50 bis R57 4,7k R1206 Vorwiderstände der LED's für die Optokoppler R2 120R R1206 SMD Spulen Bauteil Wert Package Bemerkung L1 JCI µ L2012C wurde durch 100 Ohm ersetzt L2 150µH L_PIS2816 bedrahtete Bauteile => Widerstände/Kondensatoren/Spulen Bauteil Wert Package Bemerkung D1 1N4004 Verpolungsschutz LED's Bauteil Wert Package Bemerkung IN1, IN2, IN3, IN4, IN5, IN6, IN7, IN8 CHIPLED grün '0805 LED OUT1, OUT2, OUT3, OUT4, OUT5, OUT6 CHIPLED rot '0805 LED POWER_LED CHIPLED grün '0805 LED CPU-LED CHIPLED gelb '0805 LED Seite 11 von 30, den

12 IC's, Optokoppler, Quarze Bauteil Wert Package Bemerkung IC1 MAX3232CSE SO16 RS232 Schnittstelle IC2 MEGA1284P DIL40 MICROCONTROLLER IC4 DS1307 SOIC-8 Uhr ( advanced ) IC6 ULN2803 DIL18 Relais Treiber U1 MCP 2515-I/SO SO-18W CAN Controller ( advanced ) U2 PCA 82C251 T SO-08 CAN BUS Treiber ( advanced ) OK1 bis OK8 PC817 DIL04 Optokoppler Q1, Q2 16MHz Q3 32,768kHz / TH38 Mini Uhrenquarz Uhrenquarz ( advanced ) IC3 5V Step down Wandler IC3 5V Spannungsregler 7805 mechanische Bauteile Bauteil Wert Package Bemerkung S1 bis S4 TASTER 9303 B3F-10XX OMRON RELAIS 1 bis 6 FIN Finder, 2xUM, 250V~/8A, in 12 oder 24V RELAIS 1 bis 6 FTK-K1 F&T, 1xUM, 250V~/16A, 24VDC/16A, in 12 oder 24V RELAIS 1 bis 6 JQX-14FA Liming, 240VDC/30VDC/16A, in 12V Sonstiges Bauteil Wert Package Bemerkung CR2032 KZH 20PCB P Fassung für die Batterie LCD I2C Stecker WSL 6G Wannenstecker LCD Erweiterung EW_STECKER WSL 10G Wannenstecker Erweiterungsstecker STK500 WSL 10G Wannenstecker Programmierstecker X1 AKL Wannenstecker für die Spannungsversorgung AKL Anschlussklemme X2 AKL Wannenstecker für RS232 Schnittstelle AKL Anschlussklemme AI1, onw wire AKL Wannenstecker für Analoganschluss AKL Anschlussklemme CAN AKL Wannenstecker AKL Anschlussklemme DIG_IN_1, DIG_IN_2 AKL Wannenstecker AKL Anschlussklemme KL2, KL4, KL6 AKL Anschlussklemmen Relais KL1, KL3, KL5 AKL Anschlussklemmen Relais Alternative für KL1 bis KL6 SL 5.08/15/ pol Stiftleiste Weidmüller ( Farnell ) BL 5.08/4/180 5 pol. Weidmüller ( Farnell ) Schraubklemme Seite 12 von 30, den

13 Bauteil Wert Package Bemerkung IC Fassungen GS 18P IC-Sockel, 18-polig, superflach, gedreht, vergold für ULN2803 GS 40P IC-Sockel, 40-polig, superflach, gedreht, vergold für ULN2803 Stiftleiste SL 1X36G 2,54 36pol. Stiftleiste, gerade, RM 2,54 Batterie CR V Teile, die nur in der Version advanced bestückt sind Alternative Bestückung Die Bezugsquelle der Bauteile (wenn kein Lieferant angegeben) beziehen diese sich auf Seite 13 von 30, den

14 Bestückung der Leiterkarte Die Leiterkarte hat eine Größe von 100 auf 120 mm. Auf der Unterseite befinden sich die Widerstände, die Kondensatoren und der RS232 Schnittstellentreiber, das Schaltregler IC, die Bausteine für den CAN Bus und das IC für die Uhr. Bestückungsseite ( BS ) Seite 14 von 30, den

15 Seite 15 von 30, den

16 Lötseite ( LS ) Seite 16 von 30, den

17 Aufbau der Bestückung Bestückung der Widerstände gelb 1k 0 Ohm dunkelblau rot 4,7k grün 4,32k 1206 türkies 120 Ohm 1206 rosa 10k lila 100Ohm Seite 17 von 30, den

18 Bestückung der Kondensatoren gelb 22pF rot 100pF Seite 18 von 30, den

19 Bestückung der SMD IC's MAX232, DS1307, 82C250, MCP2515 Auf dem Bild ist die Bestückung der advanced Version zu sehen. Seite 19 von 30, den

20 Fertig bestückte LS Seite 20 von 30, den

21 Fertig bestückte BS In der Teilbestückten Variante können Relais und Anschlussklemmen nach Bedarf bestückt werden. Seite 21 von 30, den

22 Anschlussbelegung 12V GND Versorgungsspannung 12V oder 24V ( ist abhängig von der Relaisspannung ) one wire bus und CAN Schnittstelle +5V one wire bus 1 one wire bus 2 GND +5V CANH CANL GND Seite 22 von 30, den

23 Digitale Eingänge Bei den Digitalen Eingängen sind Eingang und Ausgang (GND) auf die Klemmen geführt. So lassen sich die Eingänge so beschalten, dass diese hi aktiv oder lo aktiv ansteuerbar sind. Die Eingänge können mit Brücken oder mit 0 Ohm Widerständen auf die Versorgungsspannung (rot) oder auf GND (gelb) gelegt werden. Seite 23 von 30, den

24 Inbetriebnahme der Steuerung An der zweipoligen Anschlussklemme werden nun 12 V oder 24V angelegt. Als Netzteil habe ich ein Steckernetzteil mit einem maximalen Ausgangsstrom von 800 ma verwendet. Nachdem die Spannungsversorung angeschlossen ist, muss Die POWER Led (grüne LED unter dem Schaltregler) leuchten. Seite 24 von 30, den

25 Bootloader mit AVR Studio und JTAGICE Interface Nun müssen die Fuse Bits im ATMEGA 644 / Atmega1284P eingestellt werden. Die CPU läuft im Auslieferungszustand mit einem internen Takt von 1MHz. Die ISP Frequenz wird deshalb zuerst auf 250 KHz über den Button Settings eingestellt. Danach wird die CPU ausgewählt und die Signatur gelesen. Die Signatur muss nun mit der CPU übereinstimmen. Im nächsten Schritt wird die Registerkarte Fuses ausgewählt. Fuses für ATmega644 und ATmega1284P : EXTENDET: 0xFC; HIGH: 0xDC; LOW: 0xFF Seite 25 von 30, den

26 Firmware Programmieren Die Benutzeroberfläche ist ein Programm, das auf dem PC installiert wird. Mit diesem wird die Firmware und das SPS-Programm in die microsps geladen. Für die Verbindung PC und RS232 Schnittelle wird ein Anschlusskabel (siehe Zeichnung) mit 3 Adern benötigt. Stecker von linls nach rechts (1 bis 3), Klemmen nach oben, Drähte von unten anklemmen. Die Verbindung zwischen PC und microsps kann über ein 9-poliges Modem-Kabel (also kein Nullmodem Kabel) erfolgen. Bei einem Modem-Kabel sind die Pins 2 und 3 des einen Kabelendes mit den Pins 2 und 3 des anderen Kabelendes durch verbunden. Bei einem Nullmodem-Kabel sind die Leitungen gekreuzt, so dass Pin 2 von der einen Seite mit Pin 3 auf der anderen Seite verbunden ist und umgekehrt. Orange = TxD (Sub-D Pin2 ) Blau = RxD (Sub-D Pin3) Grau = Masse (Sub-D Pin5) Nun folgt der Download der Firmware über die Benutzeroberfläche. Nach dem Programmstart wird folgender Text vom Bootloader ausgegeben. Die Meldung EXIT START wird nach zwei Sekunde geschrieben, solange keine Firmware geladen wurde. Solange der Bootloader auf Daten wartet, blinkt die LED CPU (gelbe LED) auf der rechten Seite 5 mal pro Sekunde. Seite 26 von 30, den

27 EXIT bedeutet, dass der Bootloader zum eigentlichen Programm verzweigt. Da aber noch kein Programm (Firmware) eingespielt wurde, wird wieder der Bootloader gestartet. Der Bootloder wartet jetzt auf Daten. Wenn keine Telegramme gesendet werden, verzweigt der Bootloder wieder zum Hauptprogramm. Wenn diese Meldung so angezeigt wird, arbeitet die microsps richtig. Mit dem Button Download Firmware wird nun die Firmware ausgewählt und in der microsps abgespeichert. Die Firmware wird gestartet und gibt folgende Meldung aus. Die LED CPU ( gelbe LED auf der rechten Seite) muss nun 1 mal pro Sekunde blinken. Die Version der Firmware wird sich weiterentwickelt. In dieser Anzeige wird vermutlich nicht der aktuelle Stand angezeigt. Seite 27 von 30, den

28 Die microsps ist nun fertig aufgebaut. Über die Schaltfläche Einstellungen können Erweiterungen wie I2C Schnittstelle oder die LCD Anzeige aktiviert werden. Dazu zuerst über read die Einstellung lesen, ändern und mit write Speichern. Die Einstellung ist im EEProm abgespeichert. Mit einem RESET werden die Einstellungen von der microsps übernommen. Seite 28 von 30, den

29 Weiterführende Informationen Unter Benutzeroberfläche update der Firmware laden der Programmdateien welche in Eagle erstellt wurden Telegramme testen Script Monitor zum testen und aufzeichnen von Daten einfacher Debugger Programmerstellung Informationen zum Schaltplaneditor unter Eagle unter Download sind die erforderlichen Dateien abgelegt Artikel Beispiele für besonder Themen zur microsps Unter der Adresse ist ein Forum zum Austausch von Informationen eingerichtet. Seite 29 von 30, den

30 Speicherbelegung / Adressen CAN BUS Die Adresse wird im Schaltplan über den Baustein eingestellt. Adressbereich geht von 0 bis 255 ( 8 bit Adresse ) one wire BUS Die Version V08 besitzt zwei one wire Schnittstellen. An der Schnittstelle 1 können 8 und an der Schnittstelle 2 bis zu 4 DS1820 Bausteine angeschlossen werden. Die 64 Bit Adresser der one wire Bausteine wird auf dem Bus abgefragt und devices zugeordenet. Der Baustein mit der kleinsten Adresse bekommt device#0. Der one wire BUS1 belegt device #0 bis #7. Der one wire BUS2 belegt device #8 bis #11. Weiterfühenden Informationen bitte aus dem onw wire Dokument aus der Homepage unter Artikel entnehmen. I2C BUS Über den I2C Bus wird die Uhr, die LCD Anzeige und die Erweiterungskarten angesteutert. Folgende Adressen sind reserviert: Erweiterungsboard digital IO: LCD Anzeige: Uhr: EEPROM 0x00 bis 0x3F 0x80 0xD0 weitere Informationen unter Benutzeroberfläche Versionsübersicht erstellt am Dem Text zum one wire Baustein abgeändert Sterkebelegung one wire und can abgeändert Seite 30 von 30, den