RU213325U1 - Плата с автономным питанием для подключения датчиков и исполнительных устройств - Google Patents
Плата с автономным питанием для подключения датчиков и исполнительных устройств Download PDFInfo
- Publication number
- RU213325U1 RU213325U1 RU2022108637U RU2022108637U RU213325U1 RU 213325 U1 RU213325 U1 RU 213325U1 RU 2022108637 U RU2022108637 U RU 2022108637U RU 2022108637 U RU2022108637 U RU 2022108637U RU 213325 U1 RU213325 U1 RU 213325U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- connectors
- board
- power supply
- actuators
- sensors
- Prior art date
Links
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002093 peripheral Effects 0.000 description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000023298 conjugation with cellular fusion Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000000249 desinfective Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive Effects 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
- 230000021037 unidirectional conjugation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для подключения датчиков и исполнительных устройств, используемых в климатических метеостанциях, в системах мониторинга и управления. Плата для подключения датчиков и исполнительных устройств содержит соединенные между собой и установленные на печатной плате микроконтроллер, выполненный с возможностью приема и передач управляющих сигналов, с беспроводными интерфейсами Wi-Fi и Bluetooth, разъемы для подключения измерительных датчиков и исполнительных устройств, блок питания, блок управления питанием, часы реального времени, внешняя энергонезависимая память, причем дополнительно установлены сторожевой таймер, аккумуляторная батарея, контроллер заряда/разряда аккумуляторной батареи, блок резервного питания, при этом в качестве разъемов для подключения измерительных датчиков установлены восемь разъемов с интерфейсом I2C, девять разъемов с интерфейсом UART, два разъема с интерфейсом SPI и два аналоговых разъема, причем плата выполнена с возможностью питания от двух источников. Технический результат заключается в реализации заявленного назначения. 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области к области электроники и радиотехники, а именно к устройствам для подключения датчиков и исполнительных устройств, используемых в климатических метеостанциях, в системах мониторинга и управления, в автономных логгерах данных.
Уровень техники
Из уровня техники известен многофункциональный контроллер широкого применения (RU199632U1, 10.09.2020). Многофункциональный контроллер широкого применения состоит из основного микроконтроллера и подключенных к нему: портов ввода-вывода общего назначения (GPIO), разделенных на 4 группы, первая «IN1»-«IN4» и третья «OUT1»-«OUT4» группы портов подключены через соответствующие селекторы напряжения к понижающим стабилизаторам напряжения на 5В и 3,3В, вторая «IN5»-«IN8» и четвертая «OUT5»-«OUT8» группы портов подключены к понижающему стабилизатору на 5В, интерфейсной шины IIC ( I2C ), блока последовательного синхронного интерфейса передачи данных в режиме полного дуплекса (SPI), универсальной последовательной шины (USB), а также тактовых программируемых кнопок, подключенных к основному микроконтроллеру, и блока драйверов двигателя, подключенных к основному микроконтроллеру и источнику внешнего питания, асинхронных приемопередатчиков (UART1 и UART2), соединенных с основным микроконтроллером и стабилизатором напряжения на 5В, встроенного Bluetooth модуля со светодиодом для беспроводной связи с внешними устройствами, соединенного с основным микроконтроллером, разъема для подключения плат расширения Arduino со светодиодом, подключенного к основному микроконтроллеру и стабилизаторам напряжения на 5В и 3,3В, порта ввода-вывода держателя карт памяти типа microSD для возможности увеличения объема памяти устройства, подключенного к основному микроконтроллеру и стабилизатору напряжения на 3,3В, схемы автоматического переключения питания между внешним питанием и USB, которая подключена к универсальной последовательной шине (USB) и стабилизаторам напряжения на 5В и 3,3В, в качестве основного микроконтроллера применен 32-битный чип STM32f407vgt6, а также введен переключатель режимов BOOT: RUN, DFU, подключенный с одной стороны к основному микроконтроллеру, а с другой - к порту USB через схему защиты контроллера от перепадов напряжения на порту USB. При этом контроллер выполнен на печатной плате, а все электронные компоненты размещены на одной стороне этой печатной платы.
Недостатком данного решения является то, что такое конструктивное выполнение не имеет достаточного количества необходимых разъемов и типов интерфейсов для подключения датчиков и исполнительных устройств, не обеспечивается вариативность питания и подключения датчиков, отсутствует сторожевой таймер, нет возможности работы от аккумуляторного питания, не обеспечивается непрерывная работоспособность, что в совокупности не позволяет назвать данное устройство универсальным, эффективным и надежным.
Заявленное устройство позволяет в существенной мере преодолеть указанные недостатки, присущие аналогу.
Раскрытие сущности полезной модели
Задачей, которую решает предлагаемое техническое решение, является создание устройства, встраиваемого в пользовательские проекты, выполненного с возможностью подключения и опроса множества различных измерительных датчиков с различным интерфейсом, с последующим логированием данных и их отправкой через сеть интернет, выдачей управляющих воздействий, а также выполненного с возможностью работы от аккумуляторного питания, обеспечивая работоспособность при отключении питающего напряжения, тем самым обеспечивающего высокую универсальность, эффективность и надежность работы устройства.
Технический результат заключается в реализации заявленного назначения.
Технический результат достигается за счет того, что плата для подключения датчиков и исполнительных устройств, содержащая соединенные между собой и установленные на печатной плате микроконтроллер, выполненный с возможностью приема и передач управляющих сигналов, с беспроводными интерфейсами Wi-Fi и Bluetooth, разъемы для подключения измерительных датчиков и исполнительных устройств, блок питания, блок управления питанием, часы реального времени, внешняя энергонезависимая память, причем дополнительно установлены сторожевой таймер, аккумуляторная батарея, контроллер заряда/разряда аккумуляторной батареи, блок резервного питания, при этом в качестве разъемов для подключения измерительных датчиков установлены восемь разъемов с интерфейсом I2C, девять разъемов с интерфейсом UART, два разъема с интерфейсом SPI и два аналоговых разъема, причем плата выполнена с возможностью питания от двух источников.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - Блок-схема подключения датчиков и исполнительных устройств.
Осуществление полезной модели
Основная задача заявленного устройства – опрос и обработка показаний измерительных цифровых и аналоговых датчиков с последующим логированием данных и их отправкой через сеть интернет, выдачей управляющих воздействий, обеспечение работоспособности при отключении питающего напряжения. Устройство может использоваться в климатических метеостанциях, в системах мониторинга и управления. В качестве измерительных датчиков и исполнительных устройств могут быть использованы датчики измерения уровня радиоактивного излучения и накопленной дозы радиации, датчики измерения скорости и температуры потока газа, устройства для обеззараживания воздуха и поверхностей и другие.
Заявленное устройство выполнено с автономным питанием, представляет собой соединенные между собой и установленные на единой печатной плате, посредством сборочных операций, энергоэффективный микроконтроллер, выполненный с возможностью приема и передачи управляющих сигналов, с беспроводными интерфейсами Wi-Fi и Bluetooth для передачи данных, разъемы для подключения измерительных датчиков и исполнительных устройств, блок питания, блок управления питанием, часы реального времени, внешняя энергонезависимая память, сторожевой таймер, аккумуляторная батарея, контроллер заряда/разряда аккумуляторной батареи, блок резервного питания.
Для подключения измерительных датчиков предусмотрен двадцать один разъем с различными интерфейсами, например, девять разъемов UART, восемь разъемов I2C, два разъем SPI и два аналоговых.
Питание может осуществляться от сети 5В - 3А (JST 2.54) и от литий-ионного аккумулятора (1S - 3.7B) (JST 2.54). Также на плате установлен контроллер заряда/разряда аккумулятора (power management).
Дополнительно на плате установлены внешняя энергонезависимая EEPROM память на 512 Кбайт и часы реального времени с батарейкой для логирования данных, боковая тактовая кнопка, светодиод заряда аккумулятора. Посредством соответствующих разъемов на плате имеется возможность установки кулера (JST 2.54), возможность установки пищалок с генератором и без (JST 2.54), возможность установки GSM-модема, возможность установки Ethernet-модуля;
Разъем JST 2.54 защёлкивается в ответной части и обеспечивает стойкий и надежный к вибрациям и другим механическим воздействиям контакт.
Для обеспечения бесперебойной работы и увеличения эффективности/надежности работы устройства используется сторожевой таймер. Он служит для предотвращения «зависания» основного микроконтроллера. При работе платы его необходимо периодически перезагружать. Для этого необходимо подать на ножку IO32 переменный фронт (переход сигнала с низкого положения в высокое) импульса. Данные импульс должен поступать как минимум каждые 60 секунд (можно чаще). При зависании контроллера таймер перезагружает его по питанию - на время примерно 200мс у контроллера пропадает питание, после чего восстанавливается.
Блок управления питанием выбирает в зависимости от нагрузки и мощности блока питания – источник питания (аккумуляторная батарея или внешний блок питания). В случае пропадания питания он выступает в качестве блока бесперебойного питания (резервного питания).
Блок управления представляет из себя сборку транзисторов для выдачи управляющего воздействия, такого как управления силовым реле. Позволяет подключить нагрузку с потреблением суммарно до 1 А.
Кроме того, предусмотрен интерфейс подключения цифровой периферии через блок управления цифровой периферии с возможностью ШИМ, а также интерфейс для вентилятора с регулятором его оборотов, интерфейс для светодиодной панели, интерфейс OneWire.
Заявленное устройство отличается от общеизвестных аналогов:
наличием сторожевого таймера;
наличие аккумуляторной батареи и контроллера заряда/разряда аккумуляторной батареи;
наличием множества цифровых и аналоговых интерфейсов (I2C, UART, SPI, ONEWIRE);
наличием разъемов JST 2.54 для подключения датчиков и периферии;
наличием внешней памяти;
наличием часов реального времени;
наличием блока транзисторов для коммутации нагрузки;
На фиг. 1 представлена блок-схема платы, где видно, что выходы блока питания соединены с блоком управления питанием периферии и микроконтроллером, при этом выходы микроконтроллера соединены со входами часов реального времени, памяти, блока управления питанием периферии, кнопочного переключателя, модулей Wi-Fi, Bluetooth и Ethernet, а также со входами разъемов с интерфейсами I2C, UART, SPI, OneWire, для аналоговых устройств, для светодиодной панели, для модуля беспроводной связи по сетям сотовой связи, для подключения цифровой периферии (через блок управления цифровой периферией с возможностью ШИМ), для вентилятора (через регулятор оборотов). Также выход микроконтроллера соединен со входом сторожевого таймера, который в свою очередь соединен с блоком резервного питания, выходы которого соединены со входами блока питания и блока управления питанием.
Выходы блока управления питанием периферии соединены со входами разъемов с интерфейсами I2C, UART, SPI, OneWire, для аналоговых устройств, со входом блока управления цифровой периферией с возможностью ШИМ и регулятора оборотов вентилятора, а также со входом контроллера заряда со схемой защиты, выходы которого соединены со входом блока питания и аккумулятора, а выход аккумулятора соединен со входом контроллера заряда.
При этом со входами микроконтроллера соединены выходы часов реального времени, памяти, модулей Wi-Fi, Bluetooth и Ethernet, сторожевого таймера, разъемов с интерфейсами I2C, UART, SPI, OneWire, для аналоговых устройств, для модуля беспроводной связи по сетям сотовой связи, выход контроллера заряда, выход блока резервного питания.
При включении устройства кнопкой питания, система (контроллер) управления питанием выбирает источник питания в зависимости от нагрузки и возможностей внешнего блока питания. Также система (контроллер) отвечает за зарядку литий-ионного аккумулятора. Обеспечена работоспособность при отключении питающего напряжения.
После запуска устройства активируется сторожевой таймер. Он служит для предотвращения «зависания» основного микроконтроллера. Если не происходит перезагрузка таймера в установленный срок – он перезагружает контроллер (блок) по питанию.
В случае пропадания питания активируется блок резервного питания.
Для расширения портов ввода-вывода контроллера используется микросхема расширителя портов с цифровым управлением по шине I2C.
Подключение до девяти датчиков на шине UART возможно с помощью специальной микросхемы – мультиплексора UART.
Для целей логирования данных на борту платы установлены микросхемы часов реального времени и памяти EEPROM.
Коммутация внешний нагрузки осуществляется при помощи сборки транзисторов, управляемых с микроконтроллера.
Вышеуказанное выполнение устройства позволяет повысить эффективность его работы за счет универсальности подключения множества различных измерительных датчиков с различным интерфейсом, с последующей выдачей управляющих воздействий, а также отправкой телеметрических данных по беспроводным сетям, наличия сторожевого таймера, аккумулятора, блока управления питанием и блока резервного питания, контроллера заряда/разряда аккумулятора, обеспечивая бесперебойность, высокую универсальность, эффективность и надежность работы устройства.
Claims (1)
- Плата для подключения датчиков и исполнительных устройств, характеризующаяся тем, что содержит соединенные между собой и установленные на печатной плате микроконтроллер, выполненный с возможностью приема и передач управляющих сигналов, с беспроводными интерфейсами Wi-Fi и Bluetooth, разъемы для подключения измерительных датчиков и исполнительных устройств, блок питания, блок управления питанием, часы реального времени, внешняя энергонезависимая память, причем дополнительно установлены сторожевой таймер, аккумуляторная батарея, контроллер заряда/разряда аккумуляторной батареи, блок резервного питания, при этом в качестве разъемов для подключения измерительных датчиков установлены восемь разъемов с интерфейсом I2C, девять разъемов с интерфейсом UART, два разъема с интерфейсом SPI и два аналоговых разъема, причем плата выполнена с возможностью питания от двух источников.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU213325U1 true RU213325U1 (ru) | 2022-09-06 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU223621U1 (ru) * | 2023-12-13 | 2024-02-26 | Алексей Анатольевич Осипов | Автономный телеметрический модуль для сбора данных |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110066297A1 (en) * | 2008-05-20 | 2011-03-17 | LiveMeters, Inc. | Remote monitoring and control system comprising mesh and time synchronization technology |
| US20140303781A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-10-09 | Hayward Industries, Inc. | Modular pool/spa control system |
| RU2599340C2 (ru) * | 2013-12-24 | 2016-10-10 | Интел Корпорейшн | Использование аутентифицированных манифестов для обеспечения внешней сертификации многопроцессорных платформ |
| DE102017116258A1 (de) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | Peter Perl | elektronische Zeitschaltuhr |
| RU194703U1 (ru) * | 2019-07-15 | 2019-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина" (Технологии. Дизайн. Искусство)" | Устройство для промышленной и бытовой автоматизации с возможностью реализации концепции интернета вещей |
| WO2021118675A1 (en) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | Intel Corporation | Vulnerable road user safety technologies based on responsibility sensitive safety |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110066297A1 (en) * | 2008-05-20 | 2011-03-17 | LiveMeters, Inc. | Remote monitoring and control system comprising mesh and time synchronization technology |
| US20140303781A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-10-09 | Hayward Industries, Inc. | Modular pool/spa control system |
| RU2599340C2 (ru) * | 2013-12-24 | 2016-10-10 | Интел Корпорейшн | Использование аутентифицированных манифестов для обеспечения внешней сертификации многопроцессорных платформ |
| DE102017116258A1 (de) * | 2017-07-19 | 2019-01-24 | Peter Perl | elektronische Zeitschaltuhr |
| RU194703U1 (ru) * | 2019-07-15 | 2019-12-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина" (Технологии. Дизайн. Искусство)" | Устройство для промышленной и бытовой автоматизации с возможностью реализации концепции интернета вещей |
| WO2021118675A1 (en) * | 2019-12-12 | 2021-06-17 | Intel Corporation | Vulnerable road user safety technologies based on responsibility sensitive safety |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU223621U1 (ru) * | 2023-12-13 | 2024-02-26 | Алексей Анатольевич Осипов | Автономный телеметрический модуль для сбора данных |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108899950B (zh) | 一种自供能智能系统及电路系统 | |
| RU112796U1 (ru) | Многофункциональный контроллер | |
| RU213325U1 (ru) | Плата с автономным питанием для подключения датчиков и исполнительных устройств | |
| CN204578555U (zh) | 一种基于usb接口的1553b总线通讯设备 | |
| CN214704623U (zh) | 基于国产mcu的bmc装置及系统 | |
| CN108832953B (zh) | 一种监测肢体活动信息的智慧手环 | |
| RU102402U1 (ru) | Коммуникационный gsm/gprs контроллер | |
| RU195361U1 (ru) | Контроллер с преобразованием входных и выходных сигналов | |
| CN112540566A (zh) | 一种具有移动通信功能的可编程控制器 | |
| CN108196604A (zh) | 光能供电无线温度控制系统 | |
| CN205302605U (zh) | 远程遥测终端 | |
| CN112467863A (zh) | 血糖仪双电源切换通讯装置及方法 | |
| CN215379287U (zh) | 一种基于微控制器的led灯板及机箱 | |
| CN213659229U (zh) | 一种具有移动通信功能的可编程控制器 | |
| RU194305U1 (ru) | Контроллер с защитой от короткого замыкания | |
| RU194943U1 (ru) | Контроллер с защитой от неправильной полярности | |
| RU209977U1 (ru) | Устройство сбора сенсорных данных с реализацией концепции интернета вещей | |
| CN204203679U (zh) | 看门狗定时器电路 | |
| CN112649725B (zh) | 一种mcu芯片失效检测告警电路 | |
| CN218099978U (zh) | 一种低功耗通用型采集展示模块 | |
| CN209885102U (zh) | 一种基于物联网的发电厂消防水压力运行监测系统 | |
| CN111538262B (zh) | 基于dsp和fpga的运载火箭计算机自检系统 | |
| CN220627211U (zh) | 一种用于消防水炮的有线和无线两用遥控器 | |
| CN114827770B (zh) | 基于协处理芯片的无线传感器低功耗处理方法 | |
| CN109581903A (zh) | 一种水下滑翔机控制器低功耗装置及其控制方法 |