Kincony KC868-A32: авианосец на DIN-рейку

Сколько реле можно установить на плату контроллера? Четыре? Восемь? Компания Kincony решила не ограничивать себя и оснастила свою модель KC868-A32 аж 32-я реле. В результате получился уникальный контроллер, аналогов которому я и не припомню — на фоне обычных девайсов подобного типа KC868-A32 смотрится как флагманский авианесущий крейсер.

Размеры KC868-A32 таковы, что это произведение креативной китайской мысли влезет далеко не в каждый электрощит, его можно взять подмышку как доску, а если приделать к ней колёсики — то и кататься на ней как на скейтборде.

Экстремальные размеры и невероятное количество реле на борту — это далеко не все достоинства Kincony KC868-A32, далее мы подробно разберём устройство, схемотехнику и области применения этого контролера.

Kincony KC868-A32

Поскольку наш «авианосец» принадлежит к семейству KC868 контроллеров, работающих под управлением ESP32, то он также имеет на борту модуль ESP-WROOM-32 со всеми присущими ему возможностями (Wi-Fi, Bluetooth и т. д.).

Кроме ESP-WROOM-32, Kincony KC868-A32 содержит:

• 32 цифровых опторазвязанных входов «сухой контакт»;
• 4 аналоговых входа 0–5 В;
• 32 реле 220 В, 10 А (COM, NO, NC);
• Интерфейс RS485;
• Разъём I2C;
• Разъём GSM/HMI;
• Ethernet LAN8270A;
• Разъём USB Type-C для программирования и заливки прошивок;
• Кнопки RESET и DOWNLOAD;
• Питание от 12 В постоянного тока;
• Размеры: 320х122 мм.

32 цифровых входа и 32 реле сразу задают целевую область применения KC868-A32 — это проекты, где требуется получать данные со множества цифровых входов и управлять различным оборудованием при помощи множества реле. Если ваша задача вписывается в 32 входа и 32 реле, то KC868-A32 — это хороший выбор для реализации вашего проекта.

KC868-A32 имеет мощный MCU и поддерживает множество интерфейсов — беспроводные Wi-Fi, Bluetooth и проводные Ethernet и RS485, что позволяет создавать на этом контроллере функциональные решения по автоматизации.

Разъёмы I2C и GSM/HMI ещё больше расширяют возможности контроллера и позволяют подключать к нему дополнительное оборудование и компоненты.

Для сравнения A32 рядом с «младшим братом» A4

Внешний вид

Если предыдущие контроллеры серии KC868 предполагали использование «закрытых» корпусов на DIN-рейку, то KC868-A32 поставляется в специализированном «нарезанном» профиле, видимо из-за гигантских и нестандартных размеров контроллера. KC868-A32 будет находиться в месте установки в открытом и ничем не защищённом, в том числе от пыли, виде.

Плата «как есть», без установочного профиля. Теоретически, её можно и просто прикрутить к какой-то поверхности через соответствующие отверстия. Также на фото видны «двухэтажные» разъёмы для подключения цифровых входов.

Профиль крепится при помощи трёх саморезов с каждой боковой стороны контроллера. В целом всё сделано функционально и аккуратно — на боковых заглушках даже указаны левая и правая стороны установки.

Фото профиля отдельно. Видны небольшие доработки вручную для обеспечения нормального доступа к выступающим разъёмам.

Плата KC868-A32

Вид сверху на плату KC868-A32 и установленные на ней компоненты. Зацените размах и ход мысли китайских инженеров.

Вид платы с обратной стороны. Видны защитные пропилы в текстолите — насколько они эффективны и грамотно выполнены оставим судить специалистам. И снова «окно» для антенны ESP32 в фольге сделано минимальным. Не совсем понятно, что мешает сделать его немного больше.

Схемотехника

Переходим к разбору схемотехники KC868-A32. Для каждого функционального блока я приведу фото компонентов этого блока на плате контроллера и его принципиальную схему, а также дополню это описание комментариями.

▍ Питание

Подсистема питания контроллера KC868-A32 состоит из микросхемы понижающего DC-DC преобразователя XL1509-5 для формирования напряжений 12 В и 5 В и линейного регулятора LM117-3V3 для формирования напряжения 3,3 В. Всё это снабжено соответствующей обвязкой.

На фото видно, что компоненты подсистемы питания разбросаны по плате в виде причудливого лабиринта, это связано с тем, что львиная доля места на плате занята подсистемой реле, а компоненты питания пришлось размещать «по остаточному принципу».

Принципиальная схема подсистемы питания KC868-A32:

▍ ESP32

В Kincony KC868-A32 установлен модуль ESP32 в модификации ESP-WROOM-32. Также на плате присутствуют конденсаторы, предназначенные для фильтрации питающего напряжения.

Принципиальная схема и распиновка ядра (ESP32) контроллера:

▍ USB/CH340

В подсистеме подключения к компьютеру и программирования KC868-A32 используется USB разъём Type-C. Работа этого блока обеспечивается микросхемой CH340C. Здесь же присутствуют две кнопки RESET и DOWNLOAD.

Принципиальная схема подсистемы USB/CH340 контроллера:

▍ Цифровые входы

Плата Kincony KC868-A32 имеет 32 цифровых оптоизолированных входов «сухой контакт» на оптронах EL357. Для обеспечения работы 32-х цифровых входов в связке с ESP32, с его ограниченным количеством свободных GPIO, в KC868-A32 применён pасширитель цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом на четырёх микросхемах PCF8574P.

В связи с большим количеством цифровых входов, эта подсистема занимает значительную площадь платы контроллера KC868-A32.

Принципиальная схема подсистемы цифровых входов:

▍ Аналоговые входы

Плата KC868-A32 имеет 4 аналоговых входа для сигналов 0–5 B. Формирование напряжения производят входные каскады, счетверённый операционный усилитель LM324 и диоды Шоттки BAT54S.

Тут же формируется напряжение VCC_12V_1. Постоянные читатели моего блога могут заметить, что компания Kincony применяет однотипные решения в своих контроллерах, иногда копируя их 1:1 в различных моделях.

Принципиальная схема подсистемы аналоговых входов:

▍ Реле

Львиная доля платы контроллера KC868-A32 занимает подсистема реле. Взаимодействие этой подсистемы с микроконтроллером ESP32 осуществляется при помощи четырёх расширителей цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом PCF8574P. Обслуживанием работы 32-х реле занимаются микросхемы 74HCT14 с инвертирующими триггерами Шмитта и ULN2003A с матрицами транзисторов Дарлингтона.

Принципиальная схема подсистемы реле выходов:

▍ Ethernet

Контроллер Kincony KC868-A32 снабжён проводным Ethernet интерфейсом на чипе LAN8270A. Это позволяет подключать контроллер по Wi-Fi, или Ethernet, или одновременно по двум интерфейсам. Возможны также различные продвинутые варианты использования возможностей, заложенных в контроллер KC868-A32, например, использование второго интерфейса как резерва и т. п.

Принципиальная схема подсистемы Ethernet:

▍ RS485

Для такого флагмана, как KC868-A32, не лишним будет наличие на борту интерфейса RS485, что и реализовала компания Kincony. Это позволит довольно просто подключать к KC868-A32 множество дополнительного специализированного оборудования.

Работа подсистемы RS485 обеспечивается драйвером интерфейса MAX13487EESA, буфером 74LVC1G125 и соответствующими элементами обвязки.

▍ I2C

Наличие на плате KC868-A32 разъёма I2C весьма полезно — благодаря ему можно подключить к контроллеру различные I2C компоненты, например дисплей или дополнительные сенсоры.

▍ GSM/HMI

Загадочный разъём GSM/HMI. Что этим хотела сказать компания Kincony не совсем понятно, но, судя по принципиальной схеме, на этот разъём напрямую выведены контакты GPIO32 и GPIO33. К ним можно подключить «Serial HMI Display» или любые нужные вам компоненты, с соответствующим количеством выводов и логикой работы.

Схема внешних подключений

Далее я привожу немного окультуренную официальную схему разъёмов и внешних подключений контроллера KC868-A32.

Распиновка

Ниже представлена распиновка KC868-A32 на которой хорошо видны все подключения к центральному модулю ESP32. Пользуясь этой распиновкой, вы сможете составить полное представление о том, что и как подключено на плате KC868-A32.

Чего не хватает?

В принципе, KC868-A32 — это довольно функциональный и самодостаточный контроллер, но если бы его проектированием занимался я, то я бы добавил на плату часы реального времени (RTC) и Watchdog, которые совсем не помешали бы такому продвинутому контроллеру, как KC868-A32.

Отдельно остаётся вопрос, что лучше — реле на плате контроллера или в виде отдельного подключаемого блока. Вообще, наверное, отдельный блок с возможностью быстрой замены вышедших из строя реле предпочтительнее, но и в данном случае не всё так плохо — благодаря большому количеству реле на плате KC868-A32, можно оставить несколько штук в качестве резерва и быстро переходить на них в случае поломки одного из реле. Да и перепаять и заменить вышедшее из строя реле не так сложно.

Заключение

Как я уже заметил выше, если ваш проект требует большого количества цифровых входов и большого количества реле, то Kincony KC868-A32 может стать отличным выбором — он один может заменить множество отдельных блоков и контроллеров. Главное, чтобы места в вашем электрощите хватило для этого гиганта.

Если будет интерес аудитории, то в следующей статье можно разобрать программирование KC868-A32 и привести готовые примеры скетчей для работы с реле, цифровыми и аналоговыми входами, Ethernet и т. д.