Сегодня на обзоре Кольцо Всевластия Моя Прелесть контроллер Kincony KC868-A8S — это модернизированная версия рассмотренного ранее контроллера KC868-A8. Модернизированная настолько, что по сути это уже совсем другой контроллер с гораздо более широкими возможностями, главной из которых является возможность работы в GSM сетях.

Разработчики постарались на славу и в лице Kincony KC868-A8S мы имеем устройство, которое позволяет (одновременно) коммуницировать по Wi-Fi, Ethernet, Bluetooth, 433 МГц, RS485 и GSM, получать, отправлять и перераспределять различные IoT данные и команды.

Это контроллер в моём вкусе, когда можно себе ни в чём не отказывать и использовать любые интерфейсы (и их сочетания) для свободного проектирования IoT архитектуры вашей системы.

Далее мы посмотрим чем ещё нас порадовала компания Kincony в модели KC868-A8S…

Kincony KC868-A8S

Разница между KC868-A8 и KC868-A8S заметна невооружённым глазом — контроллеры отличаются даже по габаритным размерам: A8S значительно больше и предполагает установку в более широкий корпус на DIN-рейку.

В модернизированной модели появились светодиоды для индикации состояния цифровых входов, кнопки тестирования входов, возросло до 4-х количество аналоговых входов, появился интерфейс RS485, разъём для подключения GSM модуля, пьезокерамическая пищалка (Buzzer), RGB светодиод WS2812 и разъём для программирования USB Type-C.


A8 и A8S для сравнения

Из (незначительных) потерь можно отметить пропажу разъёма для подключения модуля передатчика на 433 МГц и уменьшение с 4 до 1 разъёмов для подключения внешних датчиков. Судя по всему, это вынужденные потери, связанные с ограниченным количеством свободных GPIO у ESP32. Видимо разработчики решили, что передатчик на 433 МГц и подключаемые датчики — это то, чем можно пожертвовать в данной ситуации.

Плата KC868-A8S содержит:

• ESP32 (ESP-WROOM-32)
• 8 цифровых опторазвязанных входов («сухой контакт»)
• 8 светодиодов состояния цифровых входов
• 8 кнопок тестирования цифровых входов
• 4 аналоговых входа 0–5 В
• 8 реле 10А 220В (NO, COM, NC)
• 8 светодиодов состояния реле
• 1 контакт для подключения температурных и прочих датчиков
• Интерфейс RS485
• Разъём для подключения приёмника 433 МГц
• Разъём для подключения GSM модуля
• Ethernet LAN8270A
• Пьезокерамическую пищалку (Buzzer)
• RGB светодиод WS2812
• Разъём I2C
• USB Type-C
• Кнопки «Reset» и «User»
• Разъём питания 12 В

Весьма внушительный набор, теперь немного подробнее по отдельным нововведениям:

Светодиоды и кнопки цифровых входов. Приятное дополнение функционала контроллера — всегда видно в каком состоянии находятся входы и при помощи кнопок можно оперативно протестировать работу этих входов.

Интерфейс RS485. Очень полезное приобретение, интерфейс RS485 не нуждается в особом представлении и рекомендациях.

Пьезокерамическая пищалка (Buzzer). Как говорится, пустячок, а приятно. Buzzer может оповещать о различных, в том числе аварийных, событиях.

RGB светодиод WS2812. Если не дисплей, то по крайней мере многоцветный светодиод, который также может оповещать о различных событиях и состояниях системы.

USB Type-C. Куда ж ныне без USB Type-C — компания Kincony следует в русле современных тенденций.

Модуль GSM. Это «фишка» данного контроллера, которая действительно в значительной степени расширяет возможности KC868-A8S — становится возможным управление системой при помощи SMS и работа «в обход» традиционных Wi-Fi и Ethernet (например при их поломке или отключении) по каналам GSM.

В общем, вкупе с уже имеющимся функционалом A8, дополнения A8S делают контроллер весьма мощным инструментом для реализации ваших фантазий IoT проектов.

Внешний вид и устройство

Контроллер устанавливается в расширенный вариант корпуса на DIN-рейку. В целом всё неплохо, хотя стандартный (короткий) вариант корпуса мне нравится больше — там есть отверстия в верхней крышке для установки дисплея и заглушки для дополнительных внешних разъёмов, да и качество пластмассы и её отливки в коротком корпусе чуть лучше. Здесь всё проще — перед нами скромная «рабочая лошадка» из серой пластмассы качества 4+ (но не 5).



Хотя функционально корпус выполнен отлично — у него правильная геометрия, усиленные металлические отверстия для болтов, всё совмещается, разбирается и собирается очень просто и без каких-либо усилий.



Вид на контроллер в поддоне с обратной стороны — видны разъёмы цифровых и аналоговых входов, разъём подключения внешнего датчика, интерфейсов RS485 и Ethernet а также крепёжные пластины для фиксации контроллера на DIN-рейку (красного цвета снизу поддона).



Плата KC868-A8S отдельно. Можно не пользоваться комплектным корпусом, а закрепить её при помощи специальных отверстий на любой подходящей поверхности или внутри вашего DIY устройства автоматизации.

Схемотехника

Теперь переходим к более близкому знакомству с KC868-A8S и разбору схемотехники этого контроллера. Для начала вид сверху. Обратите внимание на ревизию моего образца (V1.0), сейчас уже выпускаются новые и немного модернизированные ревизии, более подробно мы поговорим об этом чуть ниже.



Вид платы снизу. По традиции, большинство контроллеров Kincony имеют установленные элементы только с верхней стороны платы. KC868-A8S не стал в этом смысле исключением — нижняя сторона платы девственно чиста.

Питание

Стандартное для серии KC868 исполнение подсистемы питания: 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.

В KC868-A8S мы видим ещё одно нововведение — колодки +12 В и GND сделаны сдвоенным. Мне лично эта небольшая модернизация нравится. На плате есть также светодиод наличия питания.



Принципиальная схема подсистемы питания KC868-A8S:

Ядро ESP32

Тут всё стандартно — расположение на плате модуля ESP-WROOM-32 и его обвязка, ставшие уже классическими для серии KC868.



Принципиальная схема и распиновка ядра ESP32 контроллера:

USB/CH340

Подсистема подключения к компьютеру и программирования контроллера. Разъём Mini-USB заменён на более современный Type-C, далее идут CH340C и две кнопки — «RESET» и «USER» («DOWNLOAD»).



Принципиальная схема подсистемы USB/CH340 контроллера:

Цифровые входы (DI)

KC868-A8S имеет 8 цифровых оптоизолированных входов на оптронах EL357. Взаимодействием с ESP32 занимается pасширитель цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом PCF8574P, что экономит дефицитные GPIO, правда ухудшает быстродействие входов KC868-A8S и несколько усложняет программирование.

Здесь же мы видим добавленные индикаторные светодиоды и кнопки для тестирования входов.



Принципиальная схема подсистемы цифровых входов:

Аналоговые входы (ADC)

KC868-A8S имеет 4 аналоговых входа 0–5 B. Формирование сигналов производится входными каскадами, счетверённым операционным усилителем LM224 и диодами Шоттки BAT54S. Тут же формируется напряжение VCC_12V_1.

Здесь нужно обратить внимание на один нюанс: в моём распоряжении имеется модель KC868-A8S ревизии 1.0 и на ней имеются 4 аналоговых входа 0-10 В. На сайте производителя в спецификациях указаны 2 аналоговых входа 0-10 В и 2 входа 4-20 мА. Возможно в новых ревизиях контроллера изменены входные цепи аналоговых входов и изменена их конфигурация — обратите внимание на этот момент.



Принципиальная схема подсистемы аналоговых входов:

Реле

Обслуживанием работы 8-и реле занимаются две микросхемы 74HCT14 с инвертирующими триггерами Шмитта и две микросхемы ULN2003A с матрицами транзисторов Дарлингтона. На плате присутствуют индикаторные светодиоды, сигнализирующие о текущем состоянии реле.

Взаимодействие с микроконтроллером ESP32 осуществляется при помощи pасширителя цифровых входов/выходов c I2C интерфейсом PCF8574P.

Реле имеют по 3 контакта (NO, COM, NC), что позволяет полноценно использовать их в различных схемах включения/выключения нагрузок.



Принципиальная схема подсистемы реле:

Датчик (температуры/влажности)

KC868-A8S имеет 1 разъём для подключения температурного или прочих датчиков (можно подключать любые подходящие датчики или сети из нескольких датчиков, нужно только помнить, что контакт уже подтянут на плате к напряжению 3 В). В крайнем случае можно удалить с платы подтягивающий резистор и получить «чистый» GPIO, к которому можно подключить нужное вам оборудование.



Принципиальная схема подсистемы подключения датчика(ов):

Buzzer

Большое спасибо компании Kincony за пищалку на плате, с ней работа с контроллером будет значительно «веселее» и интерактивнее. Например, если что-то пойдёт не так, то можно оповестить об этом пользователя настойчивыми трелями Buzzer-а.



Принципиальная схема подключения Buzzer-а:

433 МГц

Здесь мы видим разъём для подключения модуля приёмника на 433 МГц. Потеря передатчика в этой модели, видимо, связана с недостатком свободных GPIO на ESP32. Тут у нас есть некоторая свобода действий: при необходимости можно постараться подключить к KC868-A8S модуль передатчика на 433 МГц (партизанскими методами) или наоборот, использовать разъём 433 МГц для подключения какого-то стороннего оборудования.



Принципиальная схема подсистемы подключения беспроводного приёмника на 433 МГц:

Ethernet

В KC868-A8 Ethernet был «фишкой», в KC868-A8S это стандартная опция, но он по прежнему позволяет подключать контроллер по Wi-Fi, или Ethernet, или одновременно по двум интерфейсам, или использовать второй интерфейс как резервный и т. д.



Принципиальная схема подсистемы Ethernet интерфейса:

RS485

В KC868-A8 отсутствовала поддержка интерфейса RS485, в KC868-A8S это досадное упущение было устранено: разработчики добавили RS485 на плату. Работа этой подсистемы обеспечивается драйвером интерфейса MAX13487EESA и буфером 74LVC1G125.



Принципиальная схема подсистемы интерфейса RS485:

I2C

Отдельный разъём I2C позволяет подключить к контроллеру любые дополнительные I2C-совместимые компоненты (например, дисплей) и значительно расширить функционал контроллера.



Принципиальная схема I2C подключения:

WS2812

RGB светодиод WS2812 позволяет наглядно отображать состояние контроллера и информировать пользователя о различных событиях в системе.



Принципиальная схема подключения светодиода WS2812:

GSM

Главная «фишка» KC868-A8S. Подключение GSM модуля делает доступным управление контроллером через GSM сети и значительно расширяет функционал вашего IoT решения. В базовом варианте предусмотрена установка популярного модуля SIM800L.



Принципиальная схема подключения GSM модуля:



Фото установленного в контроллер KC868-A8S модуля SIM800L. Вместо антенны-пружинки можно использовать полноценную выносную антенну (на фото виден разъём для неё).



Новые ревизии контроллера KC868-A8S предусматривают установку более продвинутых GSM модулей, например, SIM7600E, как на фото ниже.

Распиновка

Распиновка контроллера KC868-A8S, которая даёт исчерпывающее представление о том, что и как подключено к ESP-WROOM-32 на плате.

Схема внешних подключений

Исправленная и окультуренная (насколько это было возможно) схема внешних подключений контроллера KC868-A8S от производителя.

Заключение

В заключение я бы сказал, что наличие в контроллере GSM модуля делает этот контроллер на порядок более интересным решением, чем обычные контроллеры — вам становится доступной работа напрямую с оператором сотовой связи и, даже при поломке и выходе из строя роутера и отказе Wi-Fi и Ethernet соединений, ваша система сможет продолжать работать, предавать данные и получать команды из любой точки на планете, где есть сотовая связь.