RAK5801 WisBlock Interface Модуль токовой петли 4-20мА

Технические характеристики

• Модель: RAK5801 V3.0
• Питание: 3.3В, (2.6 ~ 4.2В от батареи, VBAT)
• Интерфейс 4-20мА: 2 канала
• Контрольный резистор: 49.9 Ом
• Шаг аналогового сигнала: 0.005 мА
• Погрешность измерения ан.сигнала: 1%
• Максимальный ток на аналоговом входе : 25 мА
• Встроенный повышающий DC-DC регулятор: TPS61046
  • Напряжение на выходе: 12 В
  • Пропускной ток, макс.: 30мА
• Операционный усилитель: LM2902DR
• Коэффициент усиления: 3.0
• Напряжение на выходе ОУ, макс: 3.3В
• Пружинно-обжимные клеммы: Goosvn GSL002-3.5
• Рабочая температура: -30°C ~ +65°C
• Температура хранения: -40°C ~ +85°C
• Размеры платы: 35 х 25 мм

Интерфейсный модуль RAK5801 WisBlock 4-20mA Interface (WisBlock IO) входит в серию продуктов модульного конструирования WisBlock, ориентированную на создание сверхкомпактного электронного оборудования. Интерфейсный модуль расширяет существующую элементную базу аппаратных возможностей WisBlock. Плата RAK5801 добавляет в систему универсальный коммутационный интерфейс аналоговой "токовой петли 4-20мА", наиболее активно использовавшийся в датчиках, сенсорах, исполнительных устройствах и средствах автоматики в 80-х годах 20 века (на смену пришёл RS485). И по сей день интерфейс 4-20мА встречается в лабораторном оборудовании, датчиках кислотности, потока, давления, и других. Плата RAK5801 с интерфейсом 4-20 мА обеспечивает совместимость таких устройств в современных сетевых IoT-решениях.

Ультрамалые коннекторы, применяемые в WisBlock для соединения различных модулей системы с базовой платой, не просто уменьшают занимаемое устройством пространство, но и обладают высокоскоростной коммуникационной шиной. Через шину ввода/вывода стандартизированного 40-контактного коннектора, оба аналоговых порта A0 и A1 с пружинно-обжимным механизмом соединяются со входами AIN0 и AIN1 аналого-цифрового преобразователя (АЦП), интегрированного в вычислительный модуль WisBlock Core. Оцифрованные с помощью АЦП данные с устройств могут быть переданы на расстояние по беспроводным подключениям LoRaWAN, LoRa точка-точка, и Bluetooth BLE. Дополнительно в модуле RAK5801 предусмотрен выход 12-вольтового напряжения, а также разведены линии основного и батарейного питания, присутствует резервная 3.3-вольтовая цифровая шина последовательного интерфейса I2C.

RAK5801 рекомендован как идеальное, энергоэфективное решение для создания компактных автономных приложений, работающих на маломощных батареях/аккумуляторах. Система WisBlock способна управлять электропитанием модулей, отключая или включая их в работу в нужное время, тем самым ещё больше экономя ресурсы источника питания.

Блок-схема интерфейсного модуля RAK5801

Два порта интерфейса токовой петли поддерживают подключение к 2-х, 3-х и 4-х проводным датчикам. Входной токовый сигнал 4-20мА, проходящий через контрольное низкоомное сопротивление, преобразовывается в сигнал аналогового напряжения. Интегрированный высокоточный операционный усилитель корректирует сигнал до соответствующего уровня, поддерживаемого входом АЦП контроллера WisCore, в котором происходит его оцифровка. Входящий сигнал рассчитывается по формуле:

I(А)_Вх = U(V)_АЦП / 149.9

где U - считываемое на входе АЦП аналоговое напряжение, и I - ток на аналоговом входе RAK5801.

Образец монтажа

Модуль RAK5801 разработан для совместного функционирования с базовой платой RAK5005-O, через которую подключаемые периферийные датчики или сенсоры получают питающее напряжение и передают в приложение аналоговую информацию. Дополнительно для работы потребуется вычислительный блок с интегрированным программируемым контроллером WisBlock Core, имеющим аналоговый преобразователь.

На изображении показан способ крепления RAK5801 к 40-контактному коннектору на верхней стороне RAK5005-O. Плата адаптера интерфейсов может быть установлена только в слот "IO Slot", и только в том направлении, как показано на рисунке ниже (подключение к коннектору "IO Slot" с разворотом платы не предусмотрено в системе WisBlock).

На лицевой стороне RAK5801 и прочих модулей WisBlock присутствует шелкографическая метка, указывающая на область приложения механического усилия для безопасного извлечения модуля из разъёма. Эта метка находится рядом с коннектором.

Пружинно-обжимной механизм RAK5801

На плате модуля RAK5801 распаяны две клеммы с универсальным, быстро-обжимным механизмом. Предназначены они для осуществления максимально лёгкого и надёжного проводного соединения в любых условиях. Диаметр жилы проводника поддерживается в диапазоне от 0.5мм до 0.8мм, длина зачистки изоляции проводника - не более 6-7 мм.

Как показано на изображении, подключение проводника выполняется в два этапа. Первым шагом следует нажать вниз и удерживать ушко клеммы (1). На втором шаге следует вставить зачищенный проводник в соответствующее соединительное отверстие (2). Затем отпустить ушко клеммы. Аналогичным способом выполняется отключение.

Функциональное назначение выводов RAK5801 (распиновка)

На контактах клемм быстро-обжимного механизма расположились линии основного (3V3) и резервного (VBAT) питания, шина последовательных цифровых данных I2C (сигнал синхронизации SCL, сигнал данных SDA), 12-вольтовый выход встроенного регулятора напряжения, а также входы сигналов токовой петли (A0, A1).

Определение выводов 40-контактного многоканального коннектора

Принципиальная схема интерфейсного модуля WisBlock Interface

Физические размеры, мм

Техническая документация

1. Характеристики коннекторов FBB (.PNG)

Полезные ссылки

1. Инструкция пользователя RAK5801
2. Репозиторий исходного кода WisBlock на сайте GitHub
3. Краткое руководство пользователя системы WisBlock
4. Руководство по дизайну индивидуальных интерфейсных модулей
   
5. Пример программирования для RAK4630: RAK5801 4-20мА
6. Пример программирования для RAK4630: Мониторинг гидравлического давления с LoRaWAN
7. Пример программирования для RAK11200: RAK5801 4-20мА