Consigli per il mio controllore 10ingressi e 10uscite

[mariofoll83]

Ciao a tutti,
per i miei progettini elettronici, stanco di cavetti volanti sto cercando di realizzare un mio controllore montato in case da installare su guida din.
Essendo io un progettista meccanico, sono un autodidatta in elettronica e quindi con conoscenze limitate, vi sarei grato se qualcuno potesse darmi qualche dritta nel caso avessi commesso qualche errore (sicuramente ne ho commessi).

Allego lo schema in del mio progetto in pdf, purtroppo io utilizzo Kicad e non fidocad.

Inserisco una descrizione del progetto qui sotto:

Scopo:
-10 uscite in grado di azionare fino a un massimo di 10 relè 24 V a 0.9A. (i relè che utilizzo hanno bobine da 1W e assorbono 40mA).

-10 ingressi I/O a 24 V.

-Comunicazione seriale RS485 con dei sensori esterni che realizzerò.


Descrizione:
il tutto è pilotato da 3 arduini pro mini, uno con funzione master e comunicazione, uno con funzione ingressi e uno con funzione uscite.
I vari pin delle morsettiere servono perché il tutto si dovrebbe sviluppare su 4 livelli per poter stare nel case.
Livello 1: alimentazione, ingressi e uscite.
Livello 2: comandi ULM7803 e optoisolatori.
Livello 3: logica arduini.
Livello 4: porte di comunicazione e connessioni per programmare gli arduini.

Alimentazione:
Alimentatore esterno 24 V, step down per portare la tensione da 24 V a 9/10V, LM7805 per stabilizzare la tensione a 5V.

Uscite I/O:
Gli ULM7803 prendono l'alimentazione dal 24 V che alimenta i relè, per tenere separata la parte di potenza da quella della logica.

Le uscite sono comandate da due ULM7803 che tagliano le uscite dei relè, due fusibili resettabili da 450mA collegati al ground proteggono l'integrato dal massimo assorbimento totale di 500mA .
Le resistenze da 260 ohm limitano la corrente a 90mA con aimè una dispersione di circa 2.2W.
L'ingresso dell'ULM7803 è alimentato dal 24 V dei relè e messo a Ground mediante l'optoisolatore.
Dato che le uscite tra la logica e la potenza sono invertite, un relè interno impedisce l'alimentazione del 24 V all'ULM7803 fino a che la logica non ne abilita il funzionamento, in questo modo le uscite sono disattivate in caso di riavvio della logica.

IngressiI/O:
Gli ingressi a 24 V attraversano le resistenze da 2200ohm e alimentano i led di controllo e i canali dell'optoisolatore.

Comunicazione:
Attraverso i connettori RJ45, trasmetto l'alimentazione 24 V ai sensori il GND per il ground in comune e il doppino A e B per il trasferimento dei dati.

I sensori dovranno assorbire meno di 30W che ho visto essere il limite per il POE saranno comunque nelle immediate vicinanze e dovrebbero avere quindi una minima caduta di tensione.



In serie all'alimentazione di arduino troverete una resistenza di protezione, non sono certo che questa sia corretta, mi sto ancora documentando.

Ringrazio tutti per le imformazioni che il forum mi ha fornito.

[MarcoD]

Benvenuto in EY.
Complimenti, hai disegnato uno schema professionale dettagliato su 6 fogli.
Mi è difficoltosa la lettura a video. Non sono in grado di verificarlo.
Per facilitare la comprensione dovresti disegnare uno schema di principio mostrando il percorso di in solo ingresso e di una sola uscita, magari disegnato in Fidocadj.

La resistenza R27 26,1 ohm, pare possa venire eliminata (cortocircuitata), se arduino assorbe al max 50 mA provoca una caduta di 1,3 V.
L'hai messa per filtrare eventuali disturbi?

Gli ingressi a 24 V attraversano le resistenze da 2200ohm e alimentano i led di controllo e i canali dell'optoisolatore.
Gli ingressi digitali chiudono tutti verso massa ?
Se ti servissero ingressi attivi quando alimentati a +24 V?

[djnz]

-10 uscite in grado di azionare fino a un massimo di 10 relè 24 V a 0.9A. (i relè che utilizzo hanno bobine da 1W e assorbono 40mA)

Quindi 10 relé assorbono al massimo 400..420mA complessivi

-10 ingressi I/O a 24 V.

Ingressi oppure ingressi/uscite commutabili nel funzionamento? immagino la prima, quindi niente "I/O".

il tutto è pilotato da 3 arduini pro mini, uno con funzione master e comunicazione, uno con funzione ingressi e uno con funzione uscite.

A dire il vero ne basta uno, gli ingressi li puoi acquisire tramite uno shift register o un I/O expander i2c, e secondo me avanza ancora qualche pin libero.

Alimentatore esterno 24 V, step down per portare la tensione da 24 V a 9/10V, LM7805 per stabilizzare la tensione a 5V.

Buono, non si sovraccarica il 7805 e si evita di surriscaldare i regolatori sugli Arduino.

Le uscite sono comandate da due ULM7803 che tagliano le uscite dei relè, due fusibili resettabili da 450mA collegati al ground proteggono l'integrato dal massimo assorbimento totale di 500mA .

Gli ULN2803 reggono 2,5A totali, i 500mA sono per ogni uscita. Nel tuo schema ogni ULN dovrà gestire al massimo 200mA in totale (5 bobine).

INGRESSI:
1) Le R da 2,2k vanno messe da 1W o al minimo 0.5W. Quelle da 0.25W scalderebbero troppo.
2) Il pin D13 di Arduino non andrebbe usato in quanto il bootloader all'accensione genera uno o più impulsi. Se l'optoisolatore collegato al D13 in quel momento fosse attivo, si verificherebbe un cortocircuito tra l'uscita D13 alta e GND.
3) Gli ingressi vanno configurati come INPUT_PULLUP perché la tensione a riposo (con optoisolatori spenti) risulterebbe troppo bassa a causa della caduta di tensione introdotta dai LED.

USCITE:
1) Le resistenze dei LED a sinistra vanno abbassate a 150Ω, in modo da far circolare almeno 6mA nella serie LED → R → LEDOPTO (considerando in via approssimata un paio di volt portati via da ogni LED).
2) Stesso discorso di D13, così rischi di avere degli impulsi all'accensione sull'uscita corrispondente.
3) Per le R da 260Ω vale il discorso di quelle sulla Vcc, non svolgono il lavoro che pensavi e porterebbero i relé ad essere alimentati a soli 17V circa.
4) Non serve complicarsi la vita con la gestione della logica invertita, basta farla dritta, e comandare gli ULN con gli emettitori (ho assunto una resistenza di ingresso degli ULN di 2,7K come da datasheet):

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[Etemenanki]

... 3 arduini pro mini, ...

Solo per curiosita', perche' non un Mega2560 ? ... dovrebbe avere abbastanza pin I/O per gestire da solo fino a 16 ingressi e 16 uscite, ed avanzartene anche qualcuno per un display I2C, pulsanti, encoder, o altro .

[boiler]

Alimentatore esterno 24 V, step down per portare la tensione da 24 V a 9/10V, LM7805 per stabilizzare la tensione a 5V.

Buono, non si sovraccarica il 7805 e si evita di surriscaldare i regolatori sugli Arduino.

Per la verità è una soluzione mediocre: perché non scendere direttamente a 5 V con il buck-converter?
Soluzioni con regolatore switching seguito da LDO si usano quando servono alimentazioni a basso rumore (per esempio per DAC che hanno alimentazione e riferimento in comune). Qui non è sicuramente il caso. Inoltre il 7805 è abbastanza medievale come componente.

Attenzione che manca la polarizzazione della linea RS-485.
Si può fare, ma allora deve essere garantita esternamente. Io ce la metterei.

Per inciso, io comprerei un Beckhoff BK7350(o qualcosa di simile con il bus che preferisci) e hai un sistema modulare, robusto e funzionante. Poi lo espandi a piacere con i moduli che ti servono. Si trovano regolarmente su eBay di seconda mano a prezzi bassissimi.

Boiler

[mariofoll83]

Ciao a tutti e grazie per l'interessamento.
@Etemenanki: non ho usato una atmega2650 perché non ho la strumentazione per saldarla e perché anche se ha 50 pin accetta al massimo 150mA e non ero sicuro di stare dentro all'assorbimento.

@Boiler: per la comunicazione utilizzo delle schede già finite che si occupano dell'RS485, le connetto direttamente all'arduino e comunicano via seriale.

[Etemenanki]

... accetta al massimo 150mA e non ero sicuro di stare dentro all'assorbimento...

Concordo che il chip e' un po "bastardo" da saldare (anche se uno standalone ti avrebbe permesso di disegnarti il circuito della misura che volevi tu), ma la scheda Atmega 2560 non capisco cosa c'entri il 150mA.

Ammesso di usare 16 uscite per pilotarci altrettanti rele', bastando sui 5mA per ogni ingresso degli ULN ne servirebbero 80 per pilotare contemporaneamente tutti i 16 rele'

[mariofoll83]

-10 ingressi I/O a 24 V.

Ingressi oppure ingressi/uscite commutabili nel funzionamento? immagino la prima, quindi niente "I/O".

Esatto, avrei dovuto dire 10 digital input.

il tutto è pilotato da 3 arduini pro mini, uno con funzione master e comunicazione, uno con funzione ingressi e uno con funzione uscite.

A dire il vero ne basta uno, gli ingressi li puoi acquisire tramite uno shift register o un I/O expander i2c, e secondo me avanza ancora qualche pin libero.

Ho impiegato in un progetto precedente uno shift register per pilotare 8 transistor, ho studiato un po' anche il modello per gli ingressi, ma alla fine ho preferito la soluzione separata, così da dividere la programmazione in base al compito da svolgere.

Le uscite sono comandate da due ULM7803 che tagliano le uscite dei relè, due fusibili resettabili da 450mA collegati al ground proteggono l'integrato dal massimo assorbimento totale di 500mA .

Gli ULN2803 reggono 2,5A totali, i 500mA sono per ogni uscita. Nel tuo schema ogni ULN dovrà gestire al massimo 200mA in totale (5 bobine).

Ho provato a documentarmi sul datasheet e in rete e avevo trovato che i 500mA erano supportati per singolo canale ma anche totali su GND, infatti sul datasheet non trovo l'assorbimento totale di 2.5A, trovo solamente 2.2W di dissipazione. Su questa base ho utilizzato due ULM2803.
Quindi resistono a 2.5A?

INGRESSI:
1) Le R da 2,2k vanno messe da 1W o al minimo 0.5W. Quelle da 0.25W scalderebbero troppo.

avrei usato quelle da 0.5W ma utilizzare quelle da 1W non mi costa nulla e sono più sicuro.

2) Il pin D13 di Arduino non andrebbe usato in quanto il bootloader all'accensione genera uno o più impulsi. Se l'optoisolatore collegato al D13 in quel momento fosse attivo, si verificherebbe un cortocircuito tra l'uscita D13 alta e GND.

Sarà sicuramente attivo dato che impiega la stessa alimentazione e per programmarlo deve essere alimentato visto che non uso il 5v dell USB. Provvedo a saltare il pin incriminato, Grazie.

3) Gli ingressi vanno configurati come INPUT_PULLUP perché la tensione a riposo (con optoisolatori spenti) risulterebbe troppo bassa a causa della caduta di tensione introdotta dai LED.

Si, li avrei configurati in questo modo per non avere problemi con la caduta di tensione.

USCITE:
1) Le resistenze dei LED a sinistra vanno abbassate a 150Ω, in modo da far circolare almeno 6mA nella serie LED → R → LEDOPTO (considerando in via approssimata un paio di volt portati via da ogni LED).

Grazie, non ho considerato il led dell'optoisolatore nel calcolo.

2) Stesso discorso di D13, così rischi di avere degli impulsi all'accensione sull'uscita corrispondente.

Idem come l'altro sostituisco il pin.

3) Per le R da 260Ω vale il discorso di quelle sulla Vcc, non svolgono il lavoro che pensavi e porterebbero i relé ad essere alimentati a soli 17V circa.

perché si comporterebbero come due resistenze in serie , che figuraccia.....
Potrei sostituirle con dei fusibili per limitare l'assorbimento a 100mA?

4) Non serve complicarsi la vita con la gestione della logica invertita, basta farla dritta, e comandare gli ULN con gli emettitori (ho assunto una resistenza di ingresso degli ULN di 2,7K come da datasheet):

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[/quote]

Sul datasheet però indicano 2.7K per 5v, va bene lo stesso anche per 24 V? Il limite della base mi pare sia 15mA.
Ho fatto il collegamento in quel modo perché i transistor dell'opto sono NPN e dovrebbero avere il carico a monte del transistor.
Posso collegarlo anche così?
Mi semplificherebbe un po' il tutto.

[mariofoll83]

... accetta al massimo 150mA e non ero sicuro di stare dentro all'assorbimento...

Concordo che il chip e' un po "bastardo" da saldare (anche se uno standalone ti avrebbe permesso di disegnarti il circuito della misura che volevi tu), ma la scheda Atmega 2560 non capisco cosa c'entri il 150mA.

Ammesso di usare 16 uscite per pilotarci altrettanti rele', bastando sui 5mA per ogni ingresso degli ULN ne servirebbero 80 per pilotare contemporaneamente tutti i 16 rele'

Diciamo che ho valutato di farmi fare una scheda standalone, già saldata, ma poi ho sospeso perché ho già a casa delle pro-mini, e non mi sono messo a fare verifiche sugli assorbimenti, quindi ho fatto un lavoro neanche a metà, ho solo letto il datasheet e il chip ha accetta al massimo un assorbimento di 150mA totali.

Anche se non ho ancora abbandonato del tutto la soluzione.

[boiler]

@Boiler: per la comunicazione utilizzo delle schede già finite che si occupano dell'RS485, le connetto direttamente all'arduino e comunicano via seriale.

Sì, ma allora cosa ci fa il MAX485 a pagina 3 del tuo schema?

Boiler