Цифровий модуль введення-виведення OB-215 від Новатек-Електро

Ще один модуль від Новатека. Цього разу йтиметься про пристрій для зчитування показань датчиків різних типів і роботи у складі систем автоматизації, а також із можливістю передавання цих даних на ПК.
Огляд, розбирання, тести, висновки.

Мешканцям України, можливо, простіше буде придбати цей модуль на майданчику prom.ua — посилання.
Як завжди, почну з того, що дам посилання на російську версію сайту, оскільки посилання із заголовка веде на український сайт і, найімовірніше, буде недоступне для росіян. У Росії знайшов в одному з магазинів за 2940р.

Якщо дуже спрощено, для чого потрібен цей модуль.
Він може отримувати дані з одного датчика — аналогового або цифрового — і передавати їх на ПК чи інший пристрій, що працює за протоколом MODBUS через інтерфейс RS485.
При цьому модуль має вбудоване реле з перемикальними контактами, яке можна налаштувати на спрацювання при зміні вимірюваного параметра; також передбачено можливість ручного керування.

Невелике зауваження: зображення взято з іншого сайту, і хлопці трохи перестаралися. Пристрій не вміє (принаймні поки що) відображати абсолютні значення вологості, рівня, освітленості й тиску, а лише показуватиме їх у вигляді виміряної напруги або струму з відповідною прив’язкою до виконавчого пристрою.


Виробник зазначає, що модуль можна використовувати як:
− віддалений вимірювач постійної напруги (0 – 10 В);
− віддалений вимірювач постійного струму (0 – 20 мА);
− віддалений вимірювач температури з можливістю підключення датчиків NTC (10KB), PTC 1000, PT 1000 або цифрового датчика температури D18B20;
− регулятор температури для холодильних і нагрівальних установок;
− лічильник імпульсів зі збереженням результату в пам’яті;
− «імпульсне реле» зі струмом комутації до 8 А;
− перетворювач інтерфейсу RS-485 – UART (TTL).

OB-215 забезпечує:
− керування обладнанням через релейний вихід із комутаційною потужністю до 1,84 кВА;
− відстеження стану (замкнений / розімкнений) контакту на вході типу
«сухий контакт».

Кому потрібні подробиці — постараюся показати в огляді. А почну, як завжди, з упаковки: тут усе класично — маленька коробочка з логотипом виробника.


До комплекту входять модуль OB-215 і паспорт з описом підключення та налаштування.


Інструкція досить об’ємна, вона також доступна в електронному вигляді, і далі я наводитиму уривки з неї. Як завжди, виробник надає десятирічну гарантію на свій виріб.


Технічні характеристики пристрою.


Вигляд класичний, ширина стандартна — 1 модуль, тож пристрій призначений для встановлення на рейку 35 мм.


Висота модуля трохи менша за висоту звичайного АВ, але це не заважає встановити його у звичайний електричний щиток.


1. Зверху — клеми підключення живлення та інтерфейсу RS485.
2. Знизу — вимірювальні входи та вихідні контакти реле.
3. Як завжди, на одній із бічних стінок є схема підключення, щоправда, через велику кількість варіантів датчиків її довелося зобразити лише умовно; по подробиці все одно доведеться звернутися до інструкції.
4. На передню панель винесено лише індикатори наявності живлення, стану реле та зв’язку через RS485.


Оскільки варіантів підключення датчиків дуже багато, виробнику навіть довелося розділити схему підключення на дві частини.
Ліворуч — аналогові та імпульсні, праворуч — цифрові.


Корпус модуля складається з двох половинок.


Але якщо раніше з їх роз’єднанням проблем не виникало, то цього разу виробник, мабуть, вирішив потролити зробити конструкцію надійнішою і в деяких місцях додав клею на штифти — принаймні частина з них зламалася.


Конструкція загалом також традиційна для новатека: кілька плат, встановлених одна на одну, монтаж акуратний.


До якості паяння також претензій не було, хоча деякі компоненти явно паяли вручну. Але чого точно бракує, то це захисного лакового покриття плати, яке для пристроїв, орієнтованих на промисловий сегмент, стало мало не стандартом. Я не кажу про повне заливання компаундом, але цілком вистачило б поліуретанового лаку, та навіть звичайний Plastik-70 підвищив би стійкість плати до впливу навколишнього середовища.


1. На нижній платі встановлено реле, а також конденсатори й дросель перетворювача живлення.
2. Посередині — трансивер інтерфейсу RS485 SN65HVD11
3. Зверху — лише світлодіоди індикації режимів роботи.
4. Між середньою та верхньою платами видно операційний підсилювач Rail-to-rail TS922


1. Усім керує мікроконтролер STM32F071C8T6, що навіть якось незвично, адже Новатек частіше використовує продукцію Атмел. Щоб дістатися до мікроконтролера, довелося випаяти пару конденсаторів — так одразу його й не помітиш.
2. Реле NT75 виробництва Ningbo Forward Relay, таке саме встановлено в РН-119. Водночас зазначу, що хоча реле й розраховане на струм до 16А, Новатек вказав максимальний струм 8А.
3. На нижній платі змонтували стабілізатор живлення та компоненти керування реле.
4. Стабілізаторів живлення два: імпульсний TPS5430 із вхідною напругою 5.5-36 вольт і лінійний на 3.3 вольта. Тут усе навіть із великим запасом.


1. Пристрій запускається за напруги 7 вольт, споживаючи при цьому близько 28мА, і вимикається, коли напруга падає нижче 6 вольт.
2, 3. За напруги 12 вольт споживає 20мА, а з увімкненим реле — 58мА
4, 5. Якщо підняти напругу до 24 вольт, струм споживання зменшується до 13-34мА відповідно.
6. Оскільки в мене є відповідний модуль живлення від meanwell, подальші тести я проводив уже з ним.

До речі, здається, це перший модуль від Новатека, який живиться не від мережевої напруги, і тут мені пригадалася одна невелика історія. Деякий час тому я допомагав знайомому зі США розробляти нескладний пристрій, який, згідно з технічним завданням, мав живитися від зовнішнього БЖ. А оскільки місця в корпусі було достатньо, я цілком логічно запитав його: чому б не вбудувати блок живлення всередину, наприклад, розмістити його на тій самій платі, що й решту електроніки?
Знайомий відповів, що в такому разі пристрій доведеться сертифікувати на електробезпеку, а так можна просто купити сертифікований БЖ і, якщо що, головний біль буде вже у виробника БЖ, адже сам пристрій живиться від безпечної напруги.
Власне, тут ми бачимо ту саму картину, а оскільки пристрій підключається до датчиків і ПК, до вибору БЖ краще підійти відповідально.


Оскільки модуль не має жодних органів керування, усе «спілкування» з ним відбувається або через ПЗ, або за допомогою окремих команд протоколом MODBUS.
Загалом завантажив ПЗ, встановив — і тут на мене чекав сюрприз, приємний. Судячи із зовнішнього вигляду, Новатек вирішив переробити ПЗ, і вже за короткий час стало зрозуміло, що це явно пішло йому на користь.


Але почати слід із підключення до модуля. Для цього є пункт «налаштування програми», і тут я здивувався ще двічі: уперше, коли побачив, що порт підключення можна зберегти, а не задавати щоразу заново, і вдруге — коли побачив кнопочку «пошук пристроїв».


Та ні, номер порту я й так знав, але як же приємно було натиснути «пошук» і майже одразу отримати відповідь від підключеного пристрою із зазначенням порту та його налаштувань, потім клацнути на цьому рядку, підтвердити — і все налаштується автоматично.
Зрозуміло, що опцією пошуку пристроїв у мережі вже нікого не здивуєш: наприклад, для IP-систем відеоспостереження це вже багато років як норма. Але я так довго чекав на це від Новатека, що мені й справді було приємно.



Трохи пояснень щодо того, що відображається у вікні програми.
Ліворуч угорі відображається стан виходу реле та причина, з якої воно вимкнулося або ввімкнулося; тут також показуються виміряний параметр або лічильник імпульсів.
Нижче — кнопки керування реле: примусове ввімкнення/вимкнення, а також функція ввімкнення реле на фіксовані 200мс. Якщо реле було вимкнене, після активації воно ввімкнеться на 200мс і вимкнеться; якщо реле було ввімкнене, то вимкнеться через 200мс.
Ліворуч унизу — вибір реле (ОВ-215 або ОВ-216), стан підключення, версія прошивки, режим роботи, додаткові команди (перезавантаження, скидання налаштувань, скидання лічильників і зміна значення лічильника), напруга живлення, ідентифікатор MODBUS, а також кнопки підключення пристрою та доступу до налаштувань ПЗ.

Праворуч — налаштування режиму роботи модуля, а нижче — кнопки, що дають змогу зберегти або завантажити попередньо збережені налаштування, а також кнопки завантаження налаштувань із самого пристрою та збереження їх у ньому.

Тут зроблю невелике пояснення: у ПЗ немає звичної кнопки "застосувати". Спочатку ви задаєте потрібні налаштування, а потім передаєте їх на пристрій. Після підключення до пристрою ПЗ автоматично отримує налаштування з нього.

Загалом ПЗ інтуїтивно зрозуміле, і не думаю, що в когось виникнуть із ним проблеми. Розробникам — плюс, але, як завжди, хочеться більшого. Про це — у висновках.


У разі втрати зв’язку пристрій автоматично намагатиметься знову під’єднатися. Крім того, якщо під час запуску ПЗ і натискання кнопки "підключитися" пристрій не під’єднаний, то після його підключення ПЗ з’єднається з ним автоматично.


Доступні налаштування модуля. Тут треба пояснити, що режим роботи визначає, які налаштування будуть доступні: наприклад, у режимі "імпульсний вхід" можна налаштувати лічильники імпульсів, а в режимі "цифровий датчик" — змінити калібрування температури й тип датчика.


Режими налаштування входів і виходу та пов’язані з ними параметри.

1. Лічильник імпульсів працює із "сухим контактом" або "відкритим колектором". Усередині модуля формується підтягування до живлення з напругою 2.8 вольта й струмом 0.5мА.
2. Логічний/імпульсний вхід. По суті, те саме, що й попередній режим, але тут імпульси не підраховуються, а реле може працювати як у тригерному режимі, так і дублювати зміну сигналу на вході. Усе це — з підтримкою функції антидребезгу.
3. Вимірювання напруги. Пристрій вимірює вхідну напругу в діапазоні до 12 вольт. Можна налаштувати спрацьовування реле, коли напруга виходить за встановлені межі.
4. Вимірювання струму: ті самі можливості, що й під час вимірювання напруги, але з прив’язкою до струму, максимум 20-25мА
5. У режимі вимірювання напруги й струму доступна опція перетворення виміряної величини, щоб було зручніше працювати з отриманими значеннями.
6. Аналогові датчики температури: можна вибрати один із трьох типів — NTC, PTC1000 і PT1000. Є можливість корекції та прив’язки керування реле до виміряної температури, наприклад, для реалізації термостата або індикації виходу температури за встановлене значення.
7. Цифровий датчик: ті самі можливості, а також вибір типу датчика.
8. Можна вибрати один із п’яти типів — 18B20, DHT11, DHT21, DHT22 і BMP180.
9. Перетворювач інтерфейсу: тут задаємо параметри зв’язку з пристроєм, підключеним до входу модуля як UART; на виході отримуємо перетворення в RS485.


Як приклад — прив’язка порогів спрацьовування реле до зміни напруги. Невелике пояснення: напруга вимірюється з дискретністю 0.01 вольта, тобто максимум — 12.00 вольта. У налаштуваннях параметр задається без десяткової частини, відповідно, 12.00 вольта дорівнює 1200, а 5.67 вольта = 567.

1-3. Верхній поріг задано як 800 (8 вольт), нижній — як 600 (6 вольт), режим "розмикання контактів".
У цьому режимі реле вимикається, коли напруга перевищує 8 вольт, але вмикається, коли напруга опускається нижче 6 вольт. У діапазоні 6-8 вольт зберігається попередній стан. Якщо спростити, у цьому варіанті реле вмикається/вимикається за напруги 6/8 вольт із гістерезисом 2 вольти.
4-5. Тут я встановив однаковий поріг для ввімкнення й вимкнення — 8 вольт. Відповідно, гістерезис став нульовим, і реле цілком передбачувано почало реагувати на найменшу зміну напруги.
6. Після зміни порогів із 800/800 на 800/798, тобто додавання гістерезису 0.02 вольта, робота стала чіткішою.

Коли все налаштовано, ПЗ особливо й не потрібне: реле працюватиме саме, реагуючи на встановлені пороги.


У режимі вимірювання струму все так само, але тут одна одиниця налаштування відповідає значенню струму 0.01мА, тобто, наприклад, 798=7.98мА.


Режим підрахунку імпульсів і так зрозумілий, поясню опцію перерахунку кількості імпульсів у лічильні одиниці.
У деяких випадках один імпульс не дорівнює одній лічильній одиниці. Наприклад, під час підключення до електролічильника, для якого заявлено 6400імп на 1кВтч, можна встановити перерахунок 6400 до 1 і, відповідно, бачити результат в одиницях кВтч. Так само можна зробити перерахунок 64 до 1 і отримати результат у 0.01кВтч.
Так само можна використовувати перерахунок для будь-яких інших одиниць, якщо це потрібно.


Напевно, виникне цілком закономірне запитання: а чи може лічильник рахувати без підключення до комп’ютера?
Може. Для прикладу я подавав на вхід імпульси, потім від’єднав комп’ютер, продовжуючи подавати імпульси. Після підключення до комп’ютера лічильник показав, скільки їх надійшло загалом за весь час.


Трохи вимірювань.
Ще на початковому етапі я побачив, що модуль уміє вимірювати напругу живлення, що досить корисно, але точність вимірювання явно далека від високої.
Наприклад, за вхідної напруги 24 вольти він показав, що на вході 24.9. Потім я перевірив увесь діапазон і з’ясував, що точно він показує лише тоді, коли на вході 12 вольт; за інших напруг він відповідно занижує або завищує покази приблизно на 0,1 вольта на кожен 1 вольт.

Звісно, ця функція радше допоміжна, але все ж вимірювання якесь аж надто грубе. Думаю, розробникам варто розібратися з корекцією.


Точність вимірювання напруги в діапазоні 0,01–12 вольт: синім позначено виміряне значення, червоним — реальне.
У заявленому діапазоні похибка в мене виявилася не більшою за 0,5% за заявленої 1%.


Перед перевіркою точності вимірювання струму — невелике додаткове вимірювання.
Під час тесту я звернув увагу на напругу, яка була в цей момент, і з’ясувалося, що для створення струму 20 мА потрібно близько 10 вольт. Виходить, модуль продовжує працювати в тому самому діапазоні вимірювання напруги, але з додатковим навантаженням 500 Ом.


Точність вимірювання струму в діапазоні 0,01–20 мА. Заявлена похибка — 1%, і в мене приблизно так і вийшло, якщо рахувати похибку для всього діапазону, але буквально впритул. Хоча на деяких значеннях точність, на мій погляд, усе-таки не дуже висока — хотілося б кращої.


Точність вимірювання температури перевіряв так само, як і в огляді реєстратора РПМ-416. Взяв кілька резисторів різного номіналу, виміряв опір, а потім за таблицею розрахував еквівалентну цьому значенню температуру для датчика PT1000.

Зеленим — опір резистора, червоним — розрахована температура, синім — виміряна. Заявлена похибка — 1 градус, насправді було ближче до 0,5 градуса.


Перевіряти точність вимірювання температури цифровими датчиками немає сенсу, адже вона визначається самим датчиком, тому я просто перевірив працездатність. Температура кімнатна, трохи нагрів датчик руками, поки підключав, результат цілком адекватний.


Варто сказати, що цей пристрій правильніше сприймати не стільки як автономний модуль, скільки як пристрій, здатний працювати в комплексі з контролером MODBUS, аж до зміни параметрів «на льоту» за програмою з центрального контролера.

Висновки.
Я перевірив більшість можливостей пристрою, і загалом усе вкладається в заявлені параметри: десь із запасом, десь трохи впритул, але в будь-якому разі запитань у мене тут немає. Також особливих запитань не виникло до конструкції та якості використаних компонентів: щось фірмове, щось простіше (наприклад, реле), але запас за параметрами хороший, тож і тут усе гаразд.

Але залишилося певне суб’єктивне враження, і на ньому я зупинюся докладніше.
Для початку, звісно, ціна. Я розумію, що пристрій орієнтований на промисловий сегмент, там свої нюанси й особливості, а ціна 40 доларів за такий функціонал, якість складання і, особливо, гарантію вважається цілком адекватною.
Але останнім часом ринок «домашніх» пристроїв такого типу стрімко розвивається: люди будують «розумні будинки», хочуть контролювати все й усюди, і в таких ситуаціях ціна вже має більше значення. На мій погляд, начинка ніяк не виправдовує заявлену ціну, і було б добре або знизити її в 1,5–2 рази, або додати функціональності. Пристрій нішевий, тож виходить, що для зниження ціни треба збільшити обсяги продажів, а щоб збільшити обсяги продажів — знизити ціну. Якось так.

Тепер щодо функціональності та схемотехніки.
Програмне забезпечення приємно здивувало: пошук пристроїв, зручність налаштування, простота роботи — загалом усе непогано. Але чому б виробнику не додати в це ж ПЗ можливість ведення журналу? Тим паче не думаю, що це суттєво вплине на ціну. Крім того, можна додати й можливість надсилання сповіщень — це було б просто чудово.

Є побажання і до апаратної частини. Наприклад, дуже хотілося б бачити щонайменше гальванічну розв’язку RS485: це не дуже дорого, але корисно. В ідеалі варто розв’язати й коло живлення, причому це можна зробити, встановивши готовий модуль, щоправда, це може зменшити діапазон робочих напруг.
Навіщо? Та просто щоб не думати, чи не виникне контур заземлення й завади в колі датчика та блока живлення, чи не з’являться аналогічні проблеми через інтерфейс 485, чи не вдарить якийсь імпульс і не виведе з ладу купу пристроїв. Річ у тім, що в «бойових умовах» і «на столі» пристрій може поводитися по-різному, і краще перестрахуватися, ніж потім ловити збої на об’єкті, який може бути за сотні кілометрів від дому. Тим паче якщо йдеться про пристрій, що працює з аналоговими сигналами.

Також під час підготовки огляду мені спала на думку ідея подібного пристрою, але, можливо, більш придатного для тих самих «розумних будинків». Такий самий модуль у такому самому корпусі, але без реле, зате з двома імпульсними та двома аналоговими входами.
До такого пристрою можна під’єднати два датчики від лічильників води та два термодатчики й контролювати витрату води та її температуру. А якщо додати до ПЗ можливість побудови графіків, то буде взагалі чудово.

Загалом пристрій цікавий, і його справді є куди розвивати; до того ж у «побутовому» сегменті він може бути не менш цікавим, ніж у «промисловому». На цьому поки все, сподіваюся, було корисно. Пишіть свої ідеї щодо розширення функціональності.