Cyfrowy moduł wejść-wyjść OB-215 firmy Novatek-Elektro

Kolejny moduł firmy Novatek. Tym razem będzie mowa o urządzeniu do odczytu wskazań różnego rodzaju czujników, pracy w systemach automatyki oraz przesyłania tych danych do komputera.
Oględziny, rozbiórka, testy i wnioski.

Mieszkańcom Ukrainy prawdopodobnie łatwiej będzie kupić ten moduł na platformie prom.ua — link.
Jak zawsze zacznę od podania linku do rosyjskiej wersji strony, ponieważ link z nagłówka prowadzi do ukraińskiej witryny i najpewniej będzie niedostępny dla mieszkańców Rosji. W Rosji znalazłem go w jednym ze sklepów za 2940 RUB.

W dużym uproszczeniu: do czego służy ten moduł?
Może odczytywać dane z jednego czujnika, analogowego lub cyfrowego, a następnie przesyłać je do komputera lub innego urządzenia obsługującego protokół MODBUS przez interfejs RS485.
Moduł ma też wbudowany przekaźnik ze stykami przełącznymi, który można skonfigurować tak, by reagował na zmianę mierzonego parametru. Możliwe jest również sterowanie ręczne.

Małe zastrzeżenie: ilustrację zaczerpnięto z innej strony, a jej autorzy nieco przesadzili. Urządzenie nie potrafi (przynajmniej na razie) wyświetlać bezwzględnych wartości wilgotności, poziomu, natężenia oświetlenia ani ciśnienia. Pokazuje jedynie zmierzone napięcie lub prąd, odpowiednio przeskalowane dla danego urządzenia wykonawczego.


Producent podaje, że moduł może być używany jako:
− zdalny miernik napięcia stałego (0 – 10 V);
− zdalny miernik prądu stałego (0 – 20 mA);
− zdalny miernik temperatury, do którego można podłączyć czujniki NTC (10KB), PTC 1000, PT 1000 lub cyfrowy czujnik temperatury D18B20;
− regulator temperatury do urządzeń chłodniczych i grzewczych;
− licznik impulsów z zapisem wyniku w pamięci;
− „przekaźnik impulsowy” o prądzie łączeniowym do 8 A;
− konwerter interfejsu RS-485 – UART (TTL).

OB-215 zapewnia:
− sterowanie urządzeniami za pomocą wyjścia przekaźnikowego o mocy łączeniowej do 1,84 kVA;
− monitorowanie stanu (zwarcie / rozwarcie) styku na wejściu typu
„suchy styk”.

Jeśli interesują Was szczegóły, postaram się pokazać je w recenzji. Jak zawsze zacznę od opakowania — klasyka: małe pudełko z logo producenta.


W zestawie znajduje się moduł OB-215 oraz paszport z opisem podłączenia i konfiguracji.


Instrukcja jest dość obszerna, dostępna również w wersji elektronicznej. Dalej będę przytaczać jej fragmenty. Jak zwykle producent udziela dziesięcioletniej gwarancji na swój produkt.


Dane techniczne urządzenia.


Klasyczna konstrukcja, standardowa szerokość — jeden moduł. Urządzenie jest przeznaczone do montażu na szynie 35 mm.


Moduł jest nieco niższy od typowego wyłącznika nadprądowego, ale można go bez problemu zamontować w zwykłej rozdzielnicy elektrycznej.


1. U góry znajdują się zaciski zasilania i interfejsu RS485.
2. Na dole — wejścia pomiarowe i styki wyjściowe przekaźnika.
3. Jak zwykle, na jednej z bocznych ścianek umieszczono schemat podłączenia. Ze względu na dużą liczbę wariantów czujników pokazano go jednak tylko w uproszczeniu; po szczegóły i tak trzeba zajrzeć do instrukcji.
4. Na panelu przednim znajdują się tylko wskaźniki: zasilania, stanu przekaźnika i komunikacji przez RS485.


Wariantów podłączenia czujników jest tak dużo, że producent musiał podzielić schemat na dwie części.
Po lewej czujniki analogowe i impulsowe, po prawej cyfrowe.


Obudowa modułu składa się z dwóch połówek.


Wcześniej ich rozdzielanie nie sprawiało problemów, ale tym razem producent najwyraźniej postanowił podroczyć się z nami wzmocnić konstrukcję i w kilku miejscach dodał kleju na kołki. Przynajmniej część z nich się połamała.


Konstrukcja jest zresztą typowa dla Novateka: kilka płytek ułożonych jedna na drugiej, montaż staranny.


Do jakości lutowania również nie mam zastrzeżeń, choć niektóre elementy ewidentnie lutowano ręcznie. Zdecydowanie brakuje natomiast powłoki ochronnej na płytce — w urządzeniach przeznaczonych dla przemysłu stała się ona niemal standardem. Nie mówię o pełnym zalaniu masą zalewową, ale w zupełności wystarczyłby lakier poliuretanowy, a nawet zwykły Plastik-70 zwiększyłby odporność płytki na wpływ czynników zewnętrznych.


1. Na dolnej płytce zamontowano przekaźnik, a także kondensatory i dławik przetwornicy zasilającej.
2. Pośrodku znajduje się transceiver interfejsu RS485 SN65HVD11
3. Na górze są tylko diody LED sygnalizujące tryby pracy.
4. Między środkową a górną płytką widać wzmacniacz operacyjny rail-to-rail TS922


1. Całością steruje mikrokontroler STM32F071C8T6, co jest nawet trochę nietypowe, bo Novatek częściej korzysta z układów Atmela. Żeby dostać się do mikrokontrolera, trzeba było wylutować parę kondensatorów — na pierwszy rzut oka w ogóle go nie widać.
2. Przekaźnik NT75 firmy Ningbo Forward Relay, taki sam jak w RN-119. Warto jednak zauważyć, że choć przekaźnik jest przeznaczony do prądów do 16 A, Novatek podaje maksymalny prąd 8 A.
3. Na dolnej płytce zamontowano stabilizator zasilania i elementy sterujące przekaźnikiem.
4. Są dwa stabilizatory zasilania: impulsowy TPS5430, z napięciem wejściowym 5,5–36 V, oraz liniowy 3,3 V. Tutaj wszystko ma spory zapas.


1. Urządzenie uruchamia się przy napięciu 7 V, pobierając około 28 mA, a wyłącza się, gdy napięcie spadnie poniżej 6 V.
2, 3. Przy 12 V pobiera 20 mA, a po załączeniu przekaźnika 58 mA.
4, 5. Po zwiększeniu napięcia do 24 V pobór prądu spada odpowiednio do 13–34 mA.
6. Ponieważ mam odpowiedni zasilacz Mean Well, dalsze testy przeprowadzałem już z jego użyciem.

Swoją drogą, to chyba pierwszy moduł Novateka zasilany nie z sieci. Przypomniała mi się przy tej okazji pewna krótka historia. Jakiś czas temu pomagałem znajomemu z USA w opracowaniu prostego urządzenia, które zgodnie ze specyfikacją miało być zasilane z zewnętrznego zasilacza. Ponieważ w obudowie było dość miejsca, całkiem logicznie zapytałem, dlaczego nie wbudować zasilacza do środka, na przykład umieszczając go na tej samej płytce co pozostałą elektronikę.
Znajomy odpowiedział, że w takim przypadku urządzenie trzeba będzie certyfikować pod kątem bezpieczeństwa elektrycznego. A tak można po prostu kupić certyfikowany zasilacz i w razie problemów odpowiedzialność spadnie na jego producenta, bo samo urządzenie jest już zasilane bezpiecznym napięciem.
Właśnie z taką sytuacją mamy tu do czynienia. A ponieważ moduł podłącza się do czujników i komputera, do wyboru zasilacza warto podejść odpowiedzialnie.


Moduł nie ma żadnych elementów sterujących, więc cała „komunikacja” z nim odbywa się albo przez oprogramowanie, albo za pomocą osobnych poleceń wysyłanych protokołem MODBUS.
Pobrałem więc oprogramowanie, zainstalowałem je i czekała mnie miła niespodzianka. Sądząc po wyglądzie, Novatek postanowił je przebudować i już po chwili stało się jasne, że wyszło mu to na dobre.


Zacząć trzeba jednak od połączenia z modułem. Służy do tego pozycja „Ustawienia programu”. I tu zdziwiłem się jeszcze dwa razy: najpierw, gdy zobaczyłem, że można zapisać port połączenia, zamiast za każdym razem wybierać go od nowa, a potem, gdy zauważyłem przycisk „Wyszukaj urządzenia”.


Nie, numer portu i tak znałem, ale jak miło było kliknąć „Wyszukaj” i niemal od razu otrzymać odpowiedź od podłączonego urządzenia, wraz z informacją o porcie i jego ustawieniach. Potem wystarczyło kliknąć ten wiersz, potwierdzić i wszystko ustawiło się automatycznie.
Jasne, funkcją wyszukiwania urządzeń w sieci nikogo już nie zaskoczymy — na przykład w systemach monitoringu IP to standard od wielu lat. Ale tak długo czekałem na to rozwiązanie w oprogramowaniu Novateka, że naprawdę sprawiło mi przyjemność.



Kilka słów wyjaśnienia, co jest wyświetlane w oknie programu.
W lewym górnym rogu widać stan wyjścia przekaźnika i przyczynę jego wyłączenia lub załączenia. Wyświetlany jest tu również zmierzony parametr albo licznik impulsów.
Niżej znajdują się przyciski sterowania przekaźnikiem: wymuszone załączenie/wyłączenie oraz funkcja załączenia przekaźnika na stałe 200 ms. Jeśli przekaźnik był wyłączony, po aktywacji załączy się na 200 ms, a następnie wyłączy. Jeśli był załączony, wyłączy się po 200 ms.
W lewym dolnym rogu można wybrać przekaźnik (OV-215 lub OV-216), sprawdzić stan połączenia, wersję firmware’u, tryb pracy, dodatkowe polecenia (restart, przywrócenie ustawień, wyzerowanie liczników i zmiana wartości licznika), napięcie zasilania oraz identyfikator MODBUS. Są tam też przyciski połączenia z urządzeniem i dostępu do ustawień oprogramowania.

Po prawej stronie znajdują się ustawienia trybu pracy modułu, a niżej przyciski zapisywania i wczytywania wcześniej zapisanych ustawień oraz przyciski wczytywania i zapisywania ustawień bezpośrednio w urządzeniu.

Tutaj dodam krótkie wyjaśnienie: w programie nie ma znanego przycisku "Zastosuj". Najpierw wprowadza się potrzebne ustawienia, a potem przesyła je do urządzenia. Po podłączeniu program automatycznie pobiera z niego ustawienia.

Program jest zresztą intuicyjny i nie sądzę, żeby ktokolwiek miał z nim problemy. Plus dla twórców, ale jak zwykle chciałoby się więcej — o tym w podsumowaniu.


W razie utraty połączenia urządzenie będzie automatycznie próbowało połączyć się ponownie. Co więcej, jeśli w chwili uruchomienia programu i kliknięcia przycisku "Połącz" urządzenie nie jest podłączone, program po jego podłączeniu połączy się z nim automatycznie.


Dostępne ustawienia modułu. Trzeba tu wyjaśnić, że tryb pracy określa, które ustawienia będą dostępne. Na przykład w trybie "wejście impulsowe" można skonfigurować liczniki impulsów, a w trybie "czujnik cyfrowy" zmienić kalibrację temperatury i typ czujnika.


Tryby konfiguracji wejść i wyjścia oraz powiązane z nimi opcje.

1. Licznik impulsów — współpracuje ze „stykiem bezpotencjałowym” lub „otwartym kolektorem”. Wewnątrz modułu jest rezystor podciągający do zasilania o napięciu 2.8 V i prądzie 0.5 mA.
2. Wejście logiczne/impulsowe. W zasadzie działa tak samo jak poprzedni tryb, ale impulsy nie są tu zliczane, a przekaźnik może pracować zarówno w trybie bistabilnym, jak i powielać zmiany sygnału na wejściu. Wszystko to z obsługą funkcji eliminacji drgań styków.
3. Pomiar napięcia. Urządzenie mierzy napięcie wejściowe do 12 V. Można ustawić załączanie przekaźnika po przekroczeniu określonych progów napięcia.
4. Pomiar prądu — te same możliwości co przy pomiarze napięcia, ale z progami ustawianymi dla prądu; maksymalnie 20–25 mA.
5. W trybie pomiaru napięcia i prądu dostępna jest opcja przeliczania zmierzonej wartości, co ułatwia pracę z uzyskanymi wynikami.
6. Analogowe czujniki temperatury — do wyboru trzy typy: NTC, PTC1000 i PT1000. Można skorygować pomiar i powiązać sterowanie przekaźnikiem ze zmierzoną temperaturą, na przykład zrealizować termostat albo sygnalizować przekroczenie zadanej temperatury.
7. Czujnik cyfrowy — te same możliwości, a dodatkowo wybór typu czujnika.
8. Do wyboru jest pięć typów: 18B20, DHT11, DHT21, DHT22 i BMP180.
9. Konwerter interfejsu — tutaj ustawiamy parametry komunikacji z urządzeniem podłączonym do wejścia modułu przez UART, a na wyjściu otrzymujemy konwersję do RS485.


Jako przykład pokażę powiązanie progów zadziałania przekaźnika ze zmianami napięcia. Krótkie wyjaśnienie: napięcie jest mierzone z rozdzielczością 0.01 V, czyli maksymalnie 12.00 V. W ustawieniach wartość podaje się bez części dziesiętnej, więc 12.00 V odpowiada 1200, a 5.67 V = 567.

1–3. Górny próg ustawiono na 800 (8 V), dolny na 600 (6 V), tryb "rozłączanie styków".
W tym trybie przekaźnik wyłącza się, gdy napięcie przekroczy 8 V, a włącza, gdy spadnie poniżej 6 V. W zakresie 6–8 V zachowywany jest poprzedni stan. Mówiąc prościej, w tym ustawieniu przekaźnik włącza się/wyłącza przy napięciu 6/8 V, z histerezą 2 V.
4–5. Tutaj ustawiłem taki sam próg załączania i wyłączania — 8 V. Histereza wyniosła więc zero i przekaźnik zaczął reagować na każdą, nawet najmniejszą zmianę napięcia.
6. Po zmianie progów z 800/800 na 800/798, czyli dodaniu histerezy 0.02 V, działanie stało się bardziej stabilne.

Gdy wszystko jest już skonfigurowane, program właściwie nie jest potrzebny — przekaźnik działa samodzielnie, reagując na ustawione progi.


W trybie pomiaru prądu działa to dokładnie tak samo, ale tutaj jedna jednostka ustawienia odpowiada prądowi 0.01 mA, czyli na przykład 798 = 7.98 mA.


Tryb zliczania impulsów jest dość oczywisty, wyjaśnię więc opcję przeliczania liczby impulsów na jednostki licznika.
W niektórych przypadkach jeden impuls nie odpowiada jednej jednostce licznika. Na przykład przy podłączeniu do licznika energii elektrycznej, który podaje 6400 impulsów na 1 kWh, można ustawić przelicznik 6400 do 1 i otrzymywać wynik w kWh. Można też ustawić przelicznik 64 do 1 i otrzymywać wynik w 0.01 kWh.
Podobnie można ustawić przelicznik dla dowolnych innych jednostek, jeśli jest taka potrzeba.


Pewnie nasuwa się pytanie: czy licznik może zliczać bez połączenia z komputerem?
Może. Na przykład podałem impulsy na wejście, potem odłączyłem komputer, nadal podając impulsy. Po ponownym podłączeniu licznik pokazał, ile impulsów otrzymał przez cały ten czas.


Kilka pomiarów.
Już na początku zauważyłem, że moduł potrafi mierzyć napięcie zasilania, co jest całkiem przydatne, ale dokładność pomiaru wyraźnie pozostawia wiele do życzenia.
Na przykład przy napięciu wejściowym 24 V pokazał 24.9 V. Później sprawdziłem cały zakres i okazało się, że dokładny pomiar jest tylko wtedy, gdy na wejściu jest 12 V. Przy innych napięciach wskazanie jest odpowiednio zaniżone lub zawyżone o około 0,1 V na każdy 1 V.

Oczywiście ta funkcja ma raczej charakter pomocniczy, ale mimo wszystko pomiar jest już zdecydowanie zbyt zgrubny. Myślę, że twórcy powinni przyjrzeć się korekcji.


Dokładność pomiaru napięcia w zakresie 0,01–12 V: na niebiesko wartość zmierzona, na czerwono rzeczywista.
W deklarowanym zakresie błąd pomiaru nie przekroczył u mnie 0,5%, przy deklarowanym 1%.


Przed sprawdzeniem dokładności pomiaru prądu wykonałem jeszcze jeden dodatkowy pomiar.
Podczas testu zwróciłem uwagę na napięcie, które wtedy występowało. Okazało się, że do uzyskania prądu 20 mA potrzeba około 10 V. Wygląda na to, że moduł nadal pracuje w tym samym zakresie pomiaru napięcia, ale z dodatkowym obciążeniem 500 Ω.


Dokładność pomiaru prądu w zakresie 0,01–20 mA. Deklarowany błąd pomiaru wynosił 1% i u mnie wyszło mniej więcej tyle, jeśli liczyć błąd dla pełnego zakresu, ale wynik jest na styk. Przy niektórych wartościach dokładność jest jednak moim zdaniem niezbyt wysoka — chciałoby się lepszej.


Dokładność pomiaru temperatury sprawdziłem tak samo jak w recenzji rejestratora RPM-416. Wziąłem kilka rezystorów o różnych wartościach, zmierzyłem ich rezystancję, a następnie na podstawie tabeli obliczyłem odpowiadającą jej temperaturę dla czujnika PT1000.

Na zielono rezystancja rezystora, na czerwono obliczona temperatura, na niebiesko zmierzona. Deklarowany błąd wynosi 1 stopień, w rzeczywistości było bliżej 0,5 stopnia.


Nie ma sensu sprawdzać dokładności pomiaru temperatury za pomocą czujników cyfrowych, bo zależy ona od samego czujnika, dlatego sprawdziłem tylko, czy działają. Temperatura pokojowa, czujnik trochę się nagrzał od rąk podczas podłączania, a wynik jest całkiem sensowny.


Warto zaznaczyć, że to urządzenie należy traktować nie tyle jako samodzielny moduł, ile jako element współpracujący z kontrolerem MODBUS. Można nawet zmieniać parametry „w locie” za pomocą programu działającego na kontrolerze nadrzędnym.

Wnioski.
Sprawdziłem większość możliwości urządzenia i ogólnie wszystko mieści się w deklarowanych parametrach — w niektórych przypadkach z zapasem, w innych na styk. Tak czy inaczej, nie mam tu zastrzeżeń. Nie mam też większych uwag do konstrukcji ani jakości zastosowanych komponentów. Część jest markowa, część prostsza (na przykład przekaźnik), ale parametry mają spory zapas, więc i tu wszystko jest w porządku.

Pozostała jednak pewna subiektywna kwestia, której poświęcę teraz więcej uwagi.
Na początek oczywiście cena. Rozumiem, że urządzenie jest przeznaczone dla przemysłu, a ten rządzi się swoimi prawami i ma swoje wymagania. Cena 40 USD za taką funkcjonalność, jakość wykonania, a zwłaszcza gwarancję, jest uznawana za całkiem rozsądną.
Jednak w ostatnim czasie szybko rozwija się rynek podobnych urządzeń „domowych”. Ludzie budują „inteligentne domy” i chcą kontrolować wszystko, co się da, a w takich zastosowaniach cena ma już większe znaczenie. Moim zdaniem zastosowane podzespoły nie uzasadniają deklarowanej ceny. Dobrze byłoby obniżyć ją 1,5–2 razy albo dodać więcej funkcji. To urządzenie jest niszowe, więc żeby obniżyć cenę, trzeba zwiększyć sprzedaż, a żeby zwiększyć sprzedaż, trzeba obniżyć cenę. I tak w kółko.

Teraz o funkcjonalności i układzie.
Oprogramowanie miło zaskoczyło: wyszukiwanie urządzeń, wygoda konfiguracji i łatwa obsługa — ogólnie jest nieźle. Ale dlaczego producent nie dodał do niego funkcji rejestrowania danych? Nie sądzę, żeby znacząco wpłynęło to na cenę. Można też dodać możliwość wysyłania powiadomień — to byłoby wręcz świetne.

Mam też kilka uwag do części sprzętowej. Na przykład bardzo chciałbym zobaczyć przynajmniej izolację galwaniczną interfejsu RS485. To niedrogie, a przydatne rozwiązanie. Idealnie byłoby odizolować również zasilanie, co można zrobić, montując gotowy moduł, choć może to ograniczyć zakres napięć roboczych.
Po co? Po prostu po to, żeby nie zastanawiać się, czy nie powstanie pętla masy i zakłócenia w obwodzie czujnika i zasilacza, czy podobne problemy nie pojawią się przez interfejs 485, albo czy jakiś impuls nie uszkodzi mi całej masy urządzeń. Chodzi o to, że w warunkach rzeczywistych urządzenie może zachowywać się inaczej niż na stole. Lepiej dmuchać na zimne, niż później szukać błędów w instalacji, która może znajdować się setki kilometrów od domu. Zwłaszcza jeśli mowa o urządzeniu pracującym z sygnałami analogowymi.

Podczas przygotowywania recenzji wpadłem też na pomysł podobnego urządzenia, ale być może lepiej nadającego się do takich „inteligentnych domów”. Taki sam moduł, w takiej samej obudowie, ale bez przekaźników, za to z dwoma wejściami impulsowymi i dwoma analogowymi.
Do takiego urządzenia można podłączyć dwa czujniki z wodomierzy i dwa czujniki temperatury, a następnie kontrolować zużycie wody i jej temperaturę. A gdyby dodać do oprogramowania możliwość tworzenia wykresów, byłoby już naprawdę świetnie.

Ogólnie urządzenie jest ciekawe i naprawdę można je rozwijać. Co więcej, w segmencie „domowym” może być równie interesujące jak w „przemyśle”. Na razie to wszystko z mojej strony. Mam nadzieję, że było to przydatne. Piszcie, jakie macie pomysły na rozszerzenie funkcjonalności.