Ethernet-UART-модуль виробництва USR і трохи про його застосування

Уже неодноразово я стикався із ситуацією, коли пряме керування пристроями через USB безпосередньо з комп’ютера хоч і реалізується простими способами, є досить надійним і коштує недорого, але має й свої недоліки. До недоліків віднесу прив’язку власне до комп’ютера, а також те, що прості адаптери не мають гальванічної розв’язки. Тому для розв’язання всіх цих проблем і було придбано цей адаптер.


Усе почалося з того, що під час ресурсного тестування акумулятора мені знадобилося встановити навантаження там, де немає комп’ютера. Звісно, можна було поставити ще один комп’ютер на додачу до тих, що й так працюють у мене вдома цілодобово, і річ навіть не у вартості комп’ютера — просто все це має дещо... кривий вигляд.

Пошукавши в інтернеті, я знайшов рішення: вбудувати в навантаження модуль, який дає змогу під’єднати його до внутрішньоквартирної локальної мережі. А оскільки кабелі в мене прокладені не лише в кожну кімнату, а й у комору, де я й збираюся встановити навантаження через стабільні температурні умови, такий варіант одразу все спрощував.

Заради справедливості варто сказати, що є й простіший варіант — купити конвертери RS232-TCPIP. У роботі я використовую Moxa у двопортовому виконанні — чудові пристрої, але, на жаль, ціна на них така, що за вартість одного конвертера можна легко купити пару електронних навантажень.


Отже, знайшов, оплатив, отримав і навіть уже застосував, але про це згодом.
У заголовку вказана ціна 7.1 долара, але в продавця платна й доволі недешева доставка. На момент купівлі я застосував якийсь купон, тож разом вийшло $ 10.86 — мене влаштувало, хоча згодом я знайшов і вигідніший варіант. Але я знову забігаю наперед.

Отримав модуль у конверті. Сам модуль був ретельно загорнутий у лист м’якого матеріалу, один вивід трохи погнувся, а загалом усе чудово.


Зовні все як на картинці в продавця. До речі, на AliExpress є й інші модулі в такому самому виконанні, навіть дешевші, але я шукав саме виробництва USR. Відрізнити їх можна за написом на роз’ємі та взаємним розташуванням компонентів.


Усе дуже компактне й акуратне. На одному боці плати — гребінка для під’єднання, біля роз’єму Ethernet — просто два контакти. Вони нікуди не під’єднані й призначені для додаткової фіксації модуля на основній платі та в роз’ємі.
Живити модуль можна як від 5, так і від 3.3 Вольта.



Встановлено два чипи: мікроконтролер ATSAMD20E18 та Ethernet-контролер DAVICOM DM9051NP. Трансформатор гальванічної розв’язки розташований усередині роз’єму Ethernet.


Зовні більше нічого оглядати, а щоб подивитися, що модуль уміє програмно, треба щонайменше під’єднати його до живлення та локальної мережі. Ну а щоб «двічі не бігати», одразу випробую його з електронним навантаженням, для якого він і призначався.


На платі навантаження є роз’єм, до якого виведено контакти RX/TX, землю та 12 Вольт. Оскільки модулю потрібно 5 Вольт, довелося приліпити стабілізатор 7805 замість діода, через який на роз’єм подавалися 12 Вольт.


Під’єднав — на диво, нічого не згоріло, а після під’єднання кабелю локальної мережі модуль весело замиготів світлодіодом.


Щоб продовжити роботу, завантажив програму із сайту виробника. Формально ця програма особливо й не потрібна: вона потрібна лише для роботи з комп’ютером, зокрема для емуляції віртуального COM-порту, але мені потрібно було саме це.


Налаштування програми. Як я писав вище, для мене було важливо, щоб програма могла емулювати COM-порт і в звичайному режимі запускалася згорнутою.


Є опція ручного налаштування емульованого COM-порту, але в мене вона чомусь не запрацювала належним чином. Сам порт я створив, але далі справа не пішла: моє програмне забезпечення бачило цей порт, але жодні дані не передавалися, бо не було з’єднання з Ethernet-модулем.


Проблему легко розв’язав запуск Smart VCOM: адаптер виявився автоматично, і програма призначила йому найближчий вільний порт комп’ютера.


Єдина складність у тому, що чомусь усе запрацювало належним чином, коли я додав два порти, фактично виконавши показану вище операцію двічі. При цьому другий порт одразу перейшов у статус — Connected.


Програма електронного навантаження побачила порт і без проблем з’єдналася з ним — власне, це мені й було потрібно.


Через вебінтерфейс доступні всі налаштування модуля, яких чимало.
1, 2. Статистика та параметри локального порту.
3, 4. Налаштування UART
5. Під час перемикання в режим налаштувань UART на короткий час з’являється більше інформації. Мені вона нічого не говорить, але, можливо, комусь стане в пригоді.
6. Налаштування пароля, логіна, назви модуля тощо.


Розширені налаштування. До речі, тут така сама ситуація з короткочасним відображенням повної інформації (другий скриншот)


Підключаю до навантаження акумулятор, щоб випробувати його в роботі.


Тестовий розряд і заряджання акумулятора пройшли чудово. Загалом усе було так само, як і під час підключення через USB; якщо затримка відгуку й є, то майже непомітна.



При цьому програма стабільно рахувала надіслані й отримані пакети даних.


Можна запустити моніторинг, але особисто мені він нічого не дав. Головне, що все працює стабільно й чітко.



На цьому з описом модуля все. Просто не знаю, що ще розповісти, тож перейду до опису доопрацювання, а точніше — перероблення електронного навантаження.
Думаю, ви бачили його в моїх оглядах уже багато разів. Пристрій дуже корисний, але не позбавлений недоліків. Для мене найкритичніші з них два:
1. Лише два варіанти керування: локальне та через USB. Перший не може працювати в програмних тестах, а в другому є гальванічний зв’язок із комп’ютером.
2. Оскільки найчастіше використовується імпульсний блок живлення, виникають проблеми під час зняття осцилограм пристроїв, що тестуються.



Звісно, можна було б спробувати вмістити все в рідний корпус, але він просто замалий, та й до того ж мені відверто не подобається. Власне, це корпус звичайного блока живлення, трохи «модернізований» для такого застосування. Оскільки його ніхто особливо не доопрацьовував, з часом виявилася проблема, пов’язана з термоциклюванням: гаряче повітря погано виходить назовні. Як просте доопрацювання рекомендую вирізати хоча б частину металу кришки біля роз’ємів.
На фото видно, що, крім з’єднання через роз’єми, є ще й припаяні дроти. Так я намагався усунути дрейф калібрування струму. Як виявилося, проблема була не в поганому контакті, а в згинанні плати керування. Якщо трохи деформувати плату, калібрування поверталося до норми. Отака халепа :(


З огляду на все перелічене вище вирішив узагалі прибрати рідний корпус. Для цього довелося розібрати всю конструкцію й вийняти начиння; до того ж у мене залишилася ще й деяка кількість кріплень.


Через особливості корпусу індикатор був підключений через плату-перехідник, яку довелося видалити. Згодом я використав її для іншого призначення.


Заодно закупився в магазині Voron різними роз’ємами, клемами, термодатчиками та іншим мотлохом. Корпус Z1 знайшов удома, трансформатор купив на OLX.


Рідний роз’єм для підключення дисплея випаяв із плати-перехідника. Зробив це тому, що корпус невисокий, і з перехідником усе просто не вміщалося.
Узагалі я мав на прикметі ще один корпус, трохи менший за розмірами, але вирішив, що навряд чи туди все влізе. Як виявилося, не помилився.


Одна з ключових операцій — підготовка передньої панелі. Для цього я зазвичай малюю її у FrontDesigner, потім розмічаю чернетку з усіма ключовими струмами й розмірами, переношу на пластик і вирізаю дисковою фрезою. Спочатку прямокутні отвори, потім круглі.


Далі прибираємо задирки й нерівності від фрези, друкую «чистовий варіант» панелі так, щоб по периметру залишалося кілька міліметрів, наклеюю зверху звичайний скотч і приклеюю папір до передньої панелі.
Набагато зручніше використовувати самоклейний папір, але вдома його лише кілька аркушів, а знайти в продажу так і не зміг :(
Скотч буває прозорий і трохи жовтуватий, з очевидних причин краще використовувати прозорий.

Хотів купити ковпачки трьох кольорів, але в магазині були лише двох кольорів, а крім того, з’ясувалося, що штовхач кнопки для них трохи завеликий. Там само купив роз’єми — і «банан», і «мікрофонні».

Перепрошую за якість фото, більшість знімків робив просто під час пиляння, свердління тощо.


Фото придбаних гнізд у порівнянні із середніми з мого попереднього огляду. Була думка використати великі дешеві, але вирішив залишити їх як «донори» для пристроїв, де вони зараз установлені, і надалі більше не купувати.


Власне, передня панель майже готова. На креслення передньої панелі пішло чимало часу: хотілося, щоб усе не лише вмістилося й було зручним у роботі, а й мало охайний вигляд — такий собі «технодизайн».


Ззаду все набагато простіше: отвір для виходу гарячого повітря, роз’єм для кабелю живлення. Ethernet-модуль установлений дуже просто: просто припаяв до корпусу роз’єму пару шматочків склотекстоліту, у яких просвердлив отвори й нарізав різьбу М3.


Одна з ключових деталей для доопрацювання — трансформатор. Звісно, простіше й вигідніше було б поставити імпульсний блок живлення, але я хотів повної гальванічної розв’язки, тому купив два трансформатори. Спочатку взагалі хотів купити два по 2х15 Вольт, але продавець випадково надіслав один як треба, а другий — 2х12 Вольт. Не те щоб це було зовсім критично, але трохи незручно, бо в такому варіанті свинцево-кислотний акумулятор уже не вдасться зарядити. Щоправда, є й непряма перевага: складніше буде «вбити» захист літієвих акумуляторів, але про це, мабуть, розповім у наступному огляді.


Трансформатори коштують по 200 грн, близько 7.5 долара, і я передбачаю запитання: чому я не купив звичні ТПП? Річ у тім, що ті трансформатори, які я знаходив, просто не вміщалися в корпус за висотою, а тут трансформатори з параметрами 2х15 Вольт 3 Ампера, тобто до 90 Ватт. При цьому вони мають більшу ширину, але невисокі.


Вага трансформаторів і основні розміри. Крім того, трансформатор на 12 Вольт має вихідний струм до 3.5 Ампера, але у варіанта на 15 Вольт є запобіжник на дроті.


Продавець сказав, що трансформатори призначалися для акустики Свен, причому зі старих партій, коли ще використовували нормальну мідь, а не суміш картону з фольгою. Цього разу перевіряти не став, вирішив відкласти на наступний огляд, але, на мій погляд, принаймні з перерізом усе гаразд.


У другого трансформатора, який я й використовуватиму в цьому навантаженні, обмотки майже не видно.


Струм холостого ходу завеликий — близько 58-62мА, напруга без навантаження трохи вища за заявлені 15 (30) і 12(24) Вольта; на момент вимірювання в мережі було 222 Вольта.


Після години роботи температура трансформатора становить близько 40-45 градусів. Як на мене, забагато, але оскільки в моєму випадку пристрій має активне охолодження, на це можна просто не зважати.


Я недарма заговорив про трансформатори. По-перше, вони мені сподобалися, хоча спочатку й були призначені для іншого застосування, а по-друге, хоч напруги обмоток у них і зручні, для мого випадку є нюанси використання. Спробую пояснити.

Є кілька схем випрямлення змінного струму. Для початку — мостова: усе просто й зручно, але треба мати обмотку на 12-15 Вольт (схема А).
Показані вище трансформатори мають обмотку на 24 або 30 Вольт із відводом від середини й більше призначені для формування двополярного живлення — це зручно для підсилювачів. Власне, як я писав вище, трансформатори від (точніше, для, бо вони нові) аудіотехніки Sven. (схема В)
Мені ж довелося використати двопівперіодний випрямляч. Він простий, але має великий недолік: обмотки трансформатора фактично використовуються лише на 50%, бо в будь-який момент часу навантажена тільки одна напівобмотка. (схема С). Ви, звісно, скажете: такий випрямляч і такий принцип використовуються навіть у потужних імпульсних БЖ. Усе правильно, але "є один нюанс": опір обмотки імпульсного трансформатора і звичайного "залізного" кардинально відрізняється, і зрештою цей опір починає сильно впливати.

Щоб у моєму випадку використати обмотку повністю, треба або поставити міст і навантажити її всю, але тоді буде не 15-20 Вольт, а всі 30-40. Або розірвати з’єднання обмоток і під’єднати їх паралельно — саме це я й планую зробити під час наступної переробки, тим паче там легше дістатися до обмотки. (схема D).




Під час компонування думав, як краще розташувати начиння, і вирішив зробити так, як на фото. У результаті вентилятор одночасно охолоджує всі внутрішні компоненти, а гаряче повітря виходить назовні. Звісно, ще треба буде виміряти температуру транзистора в режимі повного навантаження, але, як на мене, вийшло не гірше, ніж було. Як варіант, просто заміню вентилятор на продуктивніший.


Коли міняв дроти, що йдуть до транзистора, випадково звернув увагу, що виводи залишені на повну довжину. Я якось більше звик їх укорочувати — десь удвічі.


Більшу частину під’єднав і просто ввімкнув, щоб перевірити, чи конструкція взагалі працездатна.


Далі під’єднав решту дротів і заодно встановив реле захисту. Я якось писав, що в цієї моделі навантаження є помилка в схемі: під час запуску вона стартує з увімкненим зарядним пристроєм, і якщо блок живлення не зможе нормально запустити "мізки", то безкінечно заряджатиме акумулятор. Проблема виникає з акумуляторами з відносно низькою напругою, наприклад, з літій-іонними, особливо якщо вони повністю розряджені. Реле вмикається з невеликою затримкою, а його контакти під’єднані між виходом зарядного пристрою й акумулятором. У нових навантаженнях встановлено реле, яким керує мікроконтролер. Я навіть знайшов, який контакт за це відповідає, але, на жаль, прошивка стара й цього не вміє.


Вторинну обмотку трансформатора під’єднав за допомогою штатного роз’єму — подумав, що так буде охайніше.


Плату Ethernet-адаптера з’єднав з основною платою чотирижильним кабелем із роз’ємами «мама-мама» та під’єднав до штатного гнізда електронного навантаження.


Можна сказати, що майже все.



Останній штрих на цьому етапі доопрацювання. Думаю, ви помітили на передній панелі чотириконтактний роз’єм. Оскільки я часто тестую акумулятори, то, щоб не користуватися дротами, які постійно заважають, вирішив під’єднувати тримач через окремий роз’єм. Для другого навантаження планую зробити так само.


Тепер можна продовжити ресурсні випробування :)


Поки готувався огляд і перероблялося навантаження, я встиг замовити й отримати ще п’ять адаптерів — дуже вже вони мені сподобалися. Замовляв в іншому місці, і при купівлі 5шт вони обійшлися приблизно по 7.5 долара за штуку з урахуванням доставки.


Отже, друзі, щодо адаптерів можу сказати однозначно: я задоволений. Можливо, є якісь недоліки, але поки я їх не помітив — усе працює чудово. Під’єднати дуже просто: RX до TX, TX до RX, 5 Вольт, земля — програмне забезпечення саме знайшло плату й створило віртуальний порт, і все!
Тепер про те, що я отримав і що планую доопрацювати в майбутньому.
1. Додав керування через локальну мережу. Зручно: тепер навантаження менше прив’язане до робочого столу.
2. Заодно з’явилася гальванічна розв’язка в колі керування — більше не буде контурів заземлення та інших неприємностей.
3. Додав трансформатор, тож зовнішній блок живлення не потрібен.
4. У колі живлення тепер також є гальванічна розв’язка, можна спокійно використовувати разом з осцилографом.
5. Додав захист від некоректного ввімкнення, коли акумулятор під’єднаний.
6. Встановив додатковий роз’єм для під’єднання тримача акумулятора — стало набагато зручніше.
7. Зробив нормальне розташування кнопок і роз’ємів: плюс праворуч, а кнопки розташовані в порядку -/+, а не +/-

Що планував додати
1. Два режими швидкості вентилятора, для чого були придбані термовимикачі. Поки що закинув цю ідею. Ба більше, встановив у коло живлення вентилятора резистор 300 Ом, і тепер він тихенько працює постійно, а на повну потужність — за командою навантаження.
2. Ручне перемикання напруги живлення, 12/20 Вольт, але оскільки я використав трансформатор на 12 Вольт, поки що не став цього робити. Найімовірніше, зроблю в наступному навантаженні.
3. Не доповнення, а нагальна потреба. За кілька років роботи плата керування постраждала від постійного термоциклювання, і тепер у неї змістився нуль, тобто наприклад, замість струму 1 Ампер під час заряджання/розряджання фактично отримуємо, наприклад, 1.02 і 0.98. Якщо трохи деформувати плату, то залежно від деформації параметри приходять до норми. Пробував пропаяти, але проблему це не розв’язало, та й не думаю, що допоможе калібрування.

Що забув — додам пізніше
1. Роз’єм для підключення зовнішнього потужного БЖ на 24 Вольти — потрібен для роботи з високовольтними акумуляторами, поки що під питанням.
2. Гальванічно розв’язаний вхід керування через USB-UART-конвертер.


Загалом, поки все ще в процесі, але мені вже подобається те, що виходить.