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.
Комментарии (46)
nUser123
30.05.2022 12:27Почему, интересно, входы цифровые через отдельные оптопары, а не в матрице (как в клавиатуре). Было бы вместо 32-х микросхем всего 12.
Biga
30.05.2022 14:14В матрице ведь не всё хорошо с одновременными нажатиями. С раздельными входами можно обрабатывать, когда они все "включены".
nUser123
30.05.2022 16:27В данном случае все нормально, оптопары не дадут сделать кз, ну и ножки у МК нужно правильно сконфигурировать. У меня есть модуль на 32 входа как раз матричный - работает хорошо
GarryC
31.05.2022 09:25Вообще то Вам наверное, просто повезло. Я давным-давно делал плату, где выходы оптронов были включены в матрицу опроса без разделительных диодов, и пришлось диоды добавлять, поскольку оптроны "текли" в обратном направлении.
Halt
31.05.2022 08:50+2Электромеханики по лифтам матрицы ненавидят лютой ненавистью. Например в станции УЛ. На длинных линиях возникает множество спецэффектов, которые приводят не к точечным отказам, а к целым гирляндам проблем. Отдельная история с отладкой и поиском неисправности.
Так что с точки зрения надежности это решение можно понять.
sergej_pipets
01.06.2022 19:46Отдельные оптопары тоже возможно соединить в матрицу. Но раздельные входа позволяют повесить их все сразу на прерывание, вместо сканирования. Иногда это может быть важным.
BigBeerman
30.05.2022 12:29Обычно производитель просто делает дополнительные блоки реле, клиент сам наберет сколько ему надо
smart_alex Автор
30.05.2022 12:37Да, отдельные блоки реле смотрятся более системным решением. Но у Kincony в линейке KC868 есть и такие варианты.
lab412
30.05.2022 12:34+1я уже много лет такие использую купленные на Aliexpress. причем в таком же "зеленом" DIN корпусе. у меня Modbus версия и есть еще один с 16 входами и 16ю выходами... так что молодцы, но китайцы давно уже такое продают
Chernysh_Aleksandr
30.05.2022 13:03:) Переложили головную боль со своей головы на голову пользователей.
надо было модульную систему делать:
ихний вариант жгут проводов толщиной с 2 запястья (нагрузки и лог. входы и выходы)
модульный вариант - фаза, ноль, земля, экран, и к примеру i2c
если не используете более 80% реле и оптопар деньги на ветер:
~80р*32реле=2500р
(от 7 до примерно 50р)*32оптопары=225..1600р
микроконтроллер 1600р
обвязка 2500р
KC868-A32 ~10000р
smart_alex Автор
30.05.2022 14:06В целом - да, но вы забыли, что груду деталей из вашего списка еще нужно превратить в готовый контроллер, а это мало кто может сделать самостоятельно.
Chernysh_Aleksandr
30.05.2022 15:21+1Я просто думаю куда бы его можно было приткнуть в окружении себя и как бы нет таких задач (чересчур специфичная плата по нагрузкам и входам).
было бы там симисторное управление нагрузками https://www.chipdip.ru/product/bta40-800b (изолированный радиатор) с датчиками перехода через ноль (токовыми шунтами) и возможностью подключения к трехфазным сетям тогда бы плата была бы замечательной:
без искровое включение/выключение(для симисторов нужно применение RC фильтров от ложных включений через которые течет мелочь) + управление(и ограничение) мощностями нагрузок подрезанием фаз.
KC868-A32:
1) как замена плате на подобии "запуска фейерверков" 90% победитель (по цене 32-64 канала в 2 раза дешевле чем пиропульты)
2) управление нагрузками для которых правилами требуется прокладка кабеля не менее 1,5мм2
фаза+ноль+земля (1,5*3)*32=144мм2 меди без учета толщины изоляции + линии данных до датчиков и питание для них (0,7*3)*32=67,2мм2
3) управление нагрузками для которых правилами требуется прокладка кабеля не менее 2,5мм2 = 240мм2 меди + линии данных до датчиков и питание для них 67,2мм2
arrggh
31.05.2022 10:55Зочем вам симистор на плате логики? Подвесьте отдельную плату китайского диммера, библиотеку dmx на rs485 и будет щастье
smart_pic
31.05.2022 11:46Подвесьте отдельную плату китайского диммера,
Именно так и делаем на своих контроллерах. Это дает возможность расширять систему. Диммеров под разные светильники , ленты , лампочки - очень много, через плату с симисторами можно управлять нагрузками или мощными пускателями. В общем простор для творчества гораздо шире . и готовых модулей под ДМХ512 очень много
arrggh
31.05.2022 11:51А покажите
smart_pic
31.05.2022 12:22Трудно в гугле набрать ? https://www.google.com/search?q=dimer+dmx512
свое рекламировать? куму надо найдут по моим публикациям
Chernysh_Aleksandr
01.06.2022 14:48Смысл в том чтоб был "промышленный щит из коробки" для "умного дома" - чтоб не оформлять бумаги на собственное поделие (они хоть и лучше чем промышленные изделия но проверяльщикам и начальству не докажешь)
в котором идет вводной автомат 100А (к примеру)
разветвление на 12-16 линий к примеру
далее пускатели (для разрыва)
далее токовые шунты (для считывания потребления тока тут же контроль наличия напряжения и залипания контакта пускателя и остальные навороты)
далее общая панель радиатора с охлаждающими вентиляторами и симисторами у которых нет гальванической связи с креплением на радиатор (настраиваете логику управления - при превышении тока отключить или ограничить мощность потребления)
датчики перехода через ноль чтоб меньше было помех в сеть (для больших нагрузок парогенератор к примеру 400А жрет при пересаливании больше)
в конце рабочей смены отправляется сигнал конец "рабочего дня" на оборудование
которое дожидается завершения цикла работы и изъятия предметов и передает сигнал на оборудование снабжения (парогенератор, компрессор, электрощит, теплоузел(подача воды), вентиляция и тд.) и происходит древовидное отключение
sergej_pipets
01.06.2022 19:50И при этом нет ни одного аналогового хода и/или выхода. Т.е., нет возможности (применительно к тому же "умному дому") измерить температуры наружного и внутреннего воздуха, освещенности, температуры теплоносителя, выдать регулирующие сигналы на исполнительные устройства...
smart_alex Автор
30.05.2022 14:40Очень странно - на почту приходят уведомления о новых комментах, а на Хабре этих комментов под статьёй нет - я даже ответить на них не могу.
Пардон, понял - это не комменты, а сообщения в личку, вопрос снимается.
Gudd-Head
31.05.2022 08:14оснастила свою модель KC868-A32 аж 32-я реле.
Аж тридцать вторая реле?
smart_alex Автор
31.05.2022 08:47Ваши предложения? (критикуешь — предлагай)
DaemonGloom
31.05.2022 12:37"поставила аж 32 реле в свою модель KC868-A32"
В таких ситуациях часто проще слегка изменить формулировку, нежели придумывать гарантированно понятное окончание.smart_alex Автор
31.05.2022 12:49Как вариант - да. С другой стороны, говорят, что как только сороконожка начала задумываться о формулировках, так не смогла сделать ни одного шага...
Gudd-Head
31.05.2022 20:371) ответили раньше — перестроить предложение;
2) "оснастила свою модель KC868-A32 аж 32 реле";
3) прочитать про буквенные наращения после чисел и запомнить, что они используются в записи порядковых (а не количественных) числительных.
smart_alex Автор
31.05.2022 21:28+1На мой взгляд ваш вариант «оснастила свою модель KC868-A32 аж 32 реле» звучит немного «по-китайски». Уж лучше тогда вариант DaemonGloom «поставила аж 32 реле в свою модель KC868-A32».
3) прочитать про буквенные наращения после чисел и запомнить, что они используются в записи порядковых (а не количественных) числительных.
Вопрос спорный, насколько я понял, Хабр не очень согласен с вами по этому вопросу:
https://habr.com/ru/docs/authors/typographics/
PKav
31.05.2022 08:39ESP32? Вообще не промышленно и ненадёжно. И прошивок, наверное, готовых нет, а писать и, тем более, отлаживать под ESP32 как минимум неприятно.
smart_alex Автор
31.05.2022 08:48Не промышленно и без Watchdog-а не очень надёжно (с Watchdog-ом — вполне). Возможность накатить собственную прошивку с любым функционалом — наоборот, для меня это огромное преимущество подобных контроллеров.
Учитывая возможность ESP32 поддерживать полноценный веб-интерфейс, можно создавать совершенно замечательные решения на подобных контроллерах.
smart_pic
31.05.2022 09:11Реле и выходы можно сделать управляемыми по RS485. Получится легко наращиваемая конфигурация выходов.
Непосредственно на МК подключить только те выходы , на которых требуется большее быстродействие или планируется использовать ШИМ регулирование.
Подскажите тип двухъярусного клемного блока
arrggh
31.05.2022 11:50
shadrap
31.05.2022 12:10+1Тяжело представить 32 реле в работе, но в моей практике , особенно с учетом качества этих самых реле , среди 10-ка 10А реле обязательно , потребуются хоть 2 но 20-30А. Если это контроллер дома,значит подразумеваются несколько мощных нагрузок 2.5-3квт устройство уже не рекомендуется включать через 10А. Не представляю, чем именно определяется количество в 32 , но я бы сделал 16 шт 10А + 4 шт 30А.
smart_alex Автор
31.05.2022 12:13Кстати, здравая мысль. И внешне контроллер смотрелся бы более стильно :)
shadrap
31.05.2022 12:25+1А потом, кстати, интересно посмотреть вживую ,как синхронная работа 32 реле влияет на стабильность работы есп32, не устраивает ли одновременное включение хотя бы 5-7 полный кавардак по питанию? Никакими конденсаторами не спасешься...
smart_alex Автор
31.05.2022 12:32Контроллер в моём распоряжении, в принципе, можно озаботиться и провести такой эксперимент, но продукция Kincony не замечена в особых глюках - я думаю проблем с работой ESP32 не будет.
shadrap
31.05.2022 12:48Это было бы очень интересно. Дело в том, что тут не дело в Кикони , тут дело в отбраковке комплектующих, качеству РСВ . У меня регулярно выплывали проблемы с большими сборками реле китайского изготовления . И главное что определить что именно вызывает перезагрузку или даже сброс - очень трудно, то ли диод обратный ток недозапирает, толи утечка через РСВ , то ли само реле ... Последний случай воообще из себя вывел - плата 4 реле 30А , одно реле вдруг летит после года эксплуатации , начинаю проверять , вроде все ок, перепаял , все - оптрон , диоды, транзистор, реле... - не понять, что-то где-то в РСВ течет и хоть лопни.
Имея некий опыт размещения заказов на китайских фабриках, скажу - если компания "сидит" там , контролирует каждый шаг - это дает надежду, что устройство будет качественным, в противном случае - увы.
И еще один вопрос - не увидел , у других ваших решений были разъемы для внешних антенн , тут не вижу. В железном шкафу и деревянном доме , хорошая внешняя антенна - очень нужна для вифи.
smart_alex Автор
31.05.2022 13:25Интересно, будем иметь в виду. Я так понимаю, у Kincony собственное производство и далеко идущие планы.
shadrap
31.05.2022 13:29Отпишитесь, если попробуете!
И ждем рассказов про чудо света - Server ) Я так и не понял зачем там логически весь это зоопарк из чипов.
smart_alex Автор
31.05.2022 13:33А вы очень проницательны - KC868-Server лежит у меня на столе и скоро вас ждёт бомбический цикл статей об этом чуде света.
Javian
В таких конструкциях реле должно быть съемным.
dlinyj
Не обязательно, зависит от задачи. Есть у них и блок со съёмными реле.
Javian
При таком количестве реле повышаются шансы отказа. Блок со съёмными реле именно то как надо делать.
smart_alex Автор
В принципе - да.
smart_alex Автор
Я так понял, компания Kincony тренеруется и оттачивает мастерство - нас ждут и более шедевральные образчики их схемотехнического творчества (запасаемся попкорном).