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;