Kincony KC868-E16S: контроллер в стиле стимпанк
Смотрю я на KC868-E16S и не могу понять, что он мне больше напоминает — ламповый усилитель Hi-End класса, девайс из вселенной киберпанка или артефакт от советской шаговой АТС — пожалуй вариант с киберпанком мне нравится больше, если ещё добавить немного меди и что-то вроде двигателя Стирлинга, то было бы совсем круто.
На самом деле Kincony KC868-E16S производит довольно внушительное впечатление — его приятно держать в руках: вес 16-и реле придаёт контроллеру некую монументальность, чувствуется, что держишь в руке «настоящую вещь».
Да и остальная начинка в стиле KC868-й серии весьма интересна, приглашаю вас познакомиться с содержимым KC868-E16S и посмотреть что и как там устроено…
(Кстати, вы заметили, что буква «A» в названии контроллера сменилась на «E»? Это нам как бы прозрачно намекает, что сама компания Kincony относит это изделие к классу «умных релейных блоков», я бы даже сказал «очень слишком умных релейных блоков».)
Kincony KC868-E16S
С функциональной точки зрения KC868-E16S имеет стандартный набор для контроллеров KC868-й серии, включая Ethernet и RS485 интерфейсы, что вкупе с ESP32 делает его потенциально очень мощным решением для реализации ваших IoT проектов. Дело только в прошивке, которая сможет задействовать все предоставляемые Kincony KC868-E16S возможности. Тут можно подобрать какую-нибудь популярную прошивку для ESP32 или, что мне больше импонирует, создать её самому и сделать всё так, как хочется именно вам.
Далее я привожу список всех частей и подсистем, которые входят в KC868-E16S:
- ESP32 (ESP-WROOM-32)
- 16 цифровых опторазвязанных входов («сухой контакт»)
- 16 кнопок тестирования цифровых входов
- 2 аналоговых входа 0–5 В
- 2 аналоговых входа 4–20 мА
- 16 реле 16А 220В (NO, COM)
- 16 светодиодов состояния реле
- Интерфейс RS485
- Разъём для подключения приёмника 433 МГц
- Ethernet LAN8270A
- Пьезокерамическая пищалка (Buzzer)
- Разъём I2C
- Разъём Serial
- USB разъём для программирования
- Кнопки «Reset» и «User»
- Разъём питания 12 В
Внушительный набор, при помощи которого можно реализовать множество интересных проектов по автоматизации. ESP32 (Wi-Fi и прочее), конфигурация 16 входов на 16 реле, 4 аналоговых входа, приёмник на 433 МГц, проводной Ethernet интерфейс, RS485, а также различные мелочи вроде пьезокерамической пищалки, кнопок, и отдельных разъёмов I2C и Serial для подключения дополнительного оборудования — всё это есть на борту KC868-E16S.
Ну и главная «фишка» контроллера — 16 реле с возможностью быстрой замены без пайки (об этом мы подробнее поговорим чуть ниже).
Внешний вид и устройство
С обратной стороны KC868-E16S выглядит ещё более внушительно. Мощные разъёмы для подключения нагрузок придают ему «профессиональный» вид. Правда вместо 3-х контактов для реле используются только 2 (NO и COM), что несколько сужает диапазон применения этого решения и в некоторых случаях может доставить головную боль автоматизатору. Но за мощные разъёмы и 16 реле на борту приходится чем-то платить.
Сами реле сделаны съёмными и устанавливаются в специальные «кроватки». Для гарантии хорошего контакта в условиях вибраций каждое реле дополнительно фиксируется пружиной. Подобное решение подкупает простотой и скоростью замены — случилось что-то с реле, просто вынул старое и вставил на его место новое исправное реле — красота! (Разумеется предварительно обесточив контроллер.)
Ниже представлено отдельное фото реле: хорошо видна его конструкция, маркировка и технические характеристики.
Плата контроллера устанавливается в специальный нарезной пластмассовый корпус (поддон) на DIN-рейку. Всё монтируется и демонтируется очень просто, без каких-либо усилий. Из недостатков такого решения можно отметить то, что плата контроллера остаётся полностью открытой и со временем может покрыться пылью, которая в свою очередь может привести к возникновению различных проблем.
Схемотехника
Теперь переходим к более близкому знакомству с KC868-E16S и разбору схемотехники этого контроллера. Для начала вид сверху — всё смотрится очень и очень внушительно.
Снизу всё стандартно, в лучших традициях Kincony (нужно только заранее приготовить жидкость для отмывки плат, чтобы подчистить остатки флюса). Также обращает на себя внимание пропажа защитных прорезей в плате рядом с контактами реле.
Питание
Питание полностью стандартное для серии KC868: используется микросхема понижающего DC-DC преобразователя XL1509–5 для формирования напряжений 12 В и 5 В и линейный регулятор LM117–3V3 для формирования напряжения 3,3 В.
Разъёмы колодки питания +12 В и GND выкрашены в один (оранжевый) цвет, что может ввести в заблуждение пользователя, нужно внимательно смотреть что и куда вы подключаете, чтобы ничего не перепутать.
Принципиальная схема подсистемы питания KC868-E16S:
Ядро ESP32
Ниже приводится расположение на плате и схема распиновки модуля ESP-WROOM-32, в конце статьи я приведу более полную цветную распиновку KC868-E16S.
Принципиальная схема и «официальная» распиновка ядра ESP32 контроллера:
USB/CH340
Подсистема подключения к компьютеру и программирования контроллера. Здесь применён полноразмерный USB разъём, что, видимо, должно подчеркнуть брутальность KC868-E16S. Далее идут CH340C и две кнопки — «RESET» и «USER» («DOWNLOAD»).
Принципиальная схема подсистемы USB/CH340 контроллера:
Цифровые входы (DI)
KC868-E16S имеет 16 цифровых оптоизолированных входов на оптронах EL357. Взаимодействием с ESP32 занимаются 2 pасширителя цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом PCF8574P. На плате присутствуют кнопки тестирования входов, что повышает удобство пользования контроллером.
Принципиальная схема подсистемы цифровых входов:
Аналоговые входы (ADC)
KC868-E16S имеет 2 аналоговых входа 0–5 B и 2 входа 4–20 мА. Формирование сигналов производится входными каскадами, счетверённым операционным усилителем LM224 и диодами Шоттки BAT54S. Тут же формируется напряжение VCC_12V_1.
Принципиальная схема подсистемы аналоговых входов:
Реле
Обслуживанием работы 16-и реле занимаются 3 микросхемы 74HCT14 с инвертирующими триггерами Шмитта и 3 микросхемы ULN2003A с матрицами транзисторов Дарлингтона. На плате присутствуют индикаторные светодиоды, сигнализирующие о текущем состоянии реле.
Взаимодействие с микроконтроллером ESP32 осуществляется при помощи двух расширителей цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом PCF8574P.
Реле имеют по 2 контакта (NO и COM).
Принципиальная схема подсистемы реле:
Buzzer
На плате есть пьезокерамическая пищалка, что очень неплохо: если что-то пойдёт не так, то можно оповестить об этом пользователя. Звуковыми сигналами можно также информировать о различных событиях внутри системы.
Принципиальная схема подключения Buzzer-а:
433 МГц
Здесь мы снова видим один разъём для подключения модуля приёмника на 433 МГц. Похоже компания Kincony поставила крест на передатчиках 433 МГц, как рудиментах старой эпохи. Хотя, на мой взгляд, логичнее было бы либо оставить и приёмник и передатчик, либо вообще отказаться от поддержки беспроводной связи 433 МГц.
Принципиальная схема подсистемы подключения беспроводного приёмника на 433 МГц:
Ethernet
Ethernet интерфейс с вертикальным разъёмом. Видимо для того, чтобы ни у кого не возникало сомнений в профессиональности и крутости KC868-E16S.
Принципиальная схема подсистемы Ethernet интерфейса:
RS485
Интерфейс RS485 в имплементации микросхем драйвера интерфейса MAX13487EESA и буфера 74LVC1G125 — места на плате занимает немного, а возможностей для реализации различных проектов по автоматизации добавляет изрядно.
Принципиальная схема подсистемы интерфейса RS485:
I2C
Отдельный разъём I2C позволяет подключать к контроллеру любые дополнительные I2C-совместимые компоненты (например, дисплей) и значительно расширять функционал контроллера.
Принципиальная схема I2C подключения:
Serial
Многофункциональный разъём Serial, HMI, GSM и т. д. Под этими мудрёными обозначениями скрывается разъём Serial интерфейса, к которому можно подключать различное дополнительное оборудование (RX/TX).
Принципиальная схема Serial подключения:
Распиновка
Обещанная подробная цветная распиновка контроллера KC868-E16S, которая даёт исчерпывающее представление о том, что и как подключено к ESP-WROOM-32 на плате.
Схема внешних подключений
Исправленная (пока разбирался с контроллером, нашёл ошибку в официальной документации) и окультуренная схема внешних подключений контроллера KC868-E16S от производителя.
Заключение
Если ваша задача по автоматизации вписывается в ТТХ KC868-E16S, то этот контроллер будет хорошим решением для реализации вашего проекта. Как и в любом другом устройстве, в KC868-E16S можно найти недостатки, но в целом этот контроллер мне нравится и я с удовольствием реализовал бы на нём какой-нибудь проект (что при случае и сделаю).
А эту статью буду использовать в качестве документации KC868-E16S.
