Ethernet-UART модуль производства USR и немного о его применении

Уже неоднократно я сталкивался с ситуацией, когда прямое управление устройствами по USB прямо от компьютера хоть и реализуется простыми способами, довольно надежно и стоит мало, но имеет при этом и свои недостатки. К недостаткам отнесу привязку собственно к компьютеру, а также то, что простые адаптеры не имеют гальванической развязки потому для решения всех этих проблем и был куплен данный адаптер.


Началось вообще все с того, что в ходе ресурсного теста аккумулятора мне понадобилось установить нагрузку там, где нет компьютера. Можно конечно было поставить еще один компьютер, в добавок к тем, что уже и так работают у меня дома круглосуточно, и дело даже не в стоимости компьютера, просто выглядит это все несколько… криво.

Полазив по интернету я нашел решение, встроить в нагрузку модуль, позволяющий подключать ее к внутриквартирной локальной сети. А так как кабели у меня проложены не только в каждую комнату, а и в кладовку, где я и собираюсь установить нагрузку из-за того что там стабильные температурные условия, то такой вариант сразу все упрощал.

Справедливости ради стоит сказать, что есть и более простой вариант, купить конвертеры RS232-TCP\IP, я в работе использую Moxa в двухпортовом исполнении, классные железки, но увы, цена на них такая, что можно за цену одного конвертера легко купить пару электронных нагрузок.


И так, нашел, оплатил, получил и даже уже применил, но об этом позже.
В заголовке указана цена 7.1 доллара, но у продавца платная и весьма недешевая доставка, на момент покупки применил какой-то купон потому все вместе вышло $ 10.86, меня устроило, хотя позже я и нашел вариант выгоднее. Но я опять забегаю вперед.

Получил модуль в конвертике. при этом сам модуль был тщательно завернут в лист мягкого материла, один вывод чуть погнулся, в остальном все отлично.


Внешне все как на картинке у продавца, кстати на али есть и другие модули в таком же исполнении и даже дешевле, но я искал именно производства USR, отличить их можно по надписи на разъеме и взаимному расположению компонентов.


Все очень компактно и аккуратно, на одной стороне платы гребенка для подключения, около Ethernet разъема просто два пина, они никуда не подключены и предназначены для дополнительной фиксации модуля на основной плате и в разъеме.
Питать модуль можно как от 5, так и от 3.3 Вольта.




Установлено два чипа, микроконтроллер ATSAMD20E18 и Ethernet DAVICOM DM9051NP, трансформатор гальванической развязки находится внутри Ethernet гнезда.


Внешне осматривать больше нечего, а для того чтобы посмотреть что модуль может программно, надо как минимум подключить его к питанию и локальной сети, ну а чтобы «два раза не бегать» сразу испробую его с электронной нагрузкой, для которой он предназначался.


На плате нагрузки есть разъем, на который выведены контакты RX/TX, земля и 12 Вольт, а так как модулю надо 5 Вольт, то пришлось приколхозить стабилизатор 7805, включенный вместо диода через который выводились 12 Вольт на разъем.


Подключил, на удивление ничего не сгорело, а при подключении кабеля локальной сети модуль весело заморгал светодиодом.


Для продолжения работы скачал программу с сайта производителя. Формально эта программа особо и не нужна, она требуется только при работе с компьютером, в частности для эмуляции виртуального СОМ порта, но мне именно это и было нужно.


Настройки программы. Как я писал выше, мне было важно что программа может эмулировать СОМ порт и в обычном режиме запускаться в свернутом виде.


Есть опция ручной настройки эмулируемого СОм порта, но у меня она почему-то корректно не заработала, сам порт я создал, но дальше дело не пошло, мое ПО видело этот порт, но никакие данные не передавались так как не было соединения с Ethernet модулем.


Проблема легко разрешилась запуском Smart VCOM, адаптер обнаружился автоматически и программа присвоила ему ближайший свободный порт компьютера.


Единственная сложность в том, что почему-то заработало все корректно когда я добавил два порта, по сути проведя вышепоказанную операцию два раза. При этом второй порт сразу перешел в статус — Connected.


ПО электронной нагрузки увидело порт и без проблем соединилось с ним, собственно это мне было и нужно.


Через Web интерфейс доступны все настройки модуля, которых не так и мало.
1, 2. Статистика и параметры локального порта.
3, 4. Настройки UART
5. При переключении в режим настроек UART на короткое время высвечивается больше информации, мне она ничего не говорит, но вдруг кому-то будет полезна.
6. Настройки пароля, логина, имени модуля и т.п.


Расширенные настройки, кстати здесь такая же ситуация с кратковременным отображением полной информации (второй скриншот)


Подключаю к нагрузке аккумулятор чтобы протестировать ее в деле.


Тестовый разряд и заряд аккумулятора прошел на отлично, по сути все было точно также как и при подключении через USB, задержка в отклике если и есть, то практически незаметная.



ПО при этом стабильно отсчитывало отправленные и полученные пакеты информации.


Можно запустить мониторинг, но лично мне он ничего не сказал, главное было что все работает стабильно и четко.


На этом с описанием модуля все, я просто не знаю что еще рассказать, потому перейду к описанию доработки, а точнее переделки электронной нагрузки.
Думаю вы ее видели в моих обзорах очень много раз. Устройство крайне полезное, но при этом не лишенное недостатков, в состав которых входит два наиболее критичных для меня:
1. Только два варианта управления, локальное и по USB, первый не может работать в программных тестах, в втором есть гальваническая связь с компьютером.
2. Из-за того что чаще всего применяется импульсный БП, то есть проблемы при снятии осциллограмм тестируемых устройств.


Можно было бы конечно попробовать все запихать в родной корпус, но для начала он просто мал, а кроме того он мне банально не нравится. Собственно это корпус обычного блока питания, немного «модернизированный» под данное применение. Причем из-за того что его никто особо не дорабатывал, то через время проявилась проблема связанная с термоциклированием так как горячий воздух выходит из него плохо. В качестве простой доработки я рекомендую вырезать хотя бы часть металла крышки около разъемов.
На фото видно что помимо соединения через разъемы есть еще и припаянные провода, это я боролся с уходом калибровок по току, как оказалось, проблема была не в плохом контакте, а в изгибе платы управления. Если немного деформировать плату, калибровки приходили в норму, такая вот беда :(


Исходя из всего вышеперечисленного было решено вообще убрать родной корпус, для чего пришлось раскрутить всю конструкцию и вынуть начинку, при этом у меня оказалось еще и некоторое количество крепежа.


Из-за особенностей корпуса индикатор был подключен через плату переходник, которую пришлось удалить и которую я потом применил по другому назначению.


Попутно в магазине Voron закупился разными разъемами, клеммами, термодатчиками и прочей ерундой, корпус Z1, его я нашел дома, трансформатор куплен на OLX.


Родной разъем для подключения дисплея выпаял из платы переходника, сделано это было потому, что корпус не очень высокий и с переходником все просто не влазило.
Вообще на примете был еще один корпус, чуть меньше размерами, но решил что вряд ли туда все влезет и как оказалось, не ошибся.


Важная операция, подготовка передней панели. Для этого я обычно рисую ее в FrontDesigner, потом размечаю черновик, со всеми ключевыми токами и размерами, переношу на пластик, вырезаю дисковой фрезой. Сначала прямоугольные отверстия, затем круглые.


Дальше убираем заусенцы и неровности от фрезы, печатаю «чистовик» панели так, чтобы по периметру оставалось несколько миллиметров, наклеиваю сверху обычный скотч и приклеиваю бумагу к передней панели.
На порядок удобнее использовать самоклеящуюся бумагу, но вот дома ее всего пара листиков, а найти в продаже так и не смог :(
Скотч бывает прозрачный и слегка желтоватый, по понятным причинам лучше использовать прозрачный.

Хотел купить колпачков трех цветов, но в магазине были всего два цвета, а кроме того выяснилось что толкатель кнопки для них немного великоват. Там же купил разъемы, как по «банан», так и «микрофонные».

Извиняюсь за качество фото, большая часть фотографий делалась просто в процессе пиления, сверления и пр.


Фото купленных гнезд в сравнении со средними из моего предыдущего обзора. Была мысль применить большие дешевые, но решил оставить их в качестве «доноров» для тех устройств, где они применены сейчас и впредь больше не покупать.


Собственно передняя панель практически готова. На чертеж передней панели ушло довольно много времени, хотелось чтобы все не только влезло, было удобным в работе, а и выглядело аккуратно, такой себе «технодизайн».


Сзади все гораздо проще, отверстие для выхода горячего воздуха, разъем для кабеля питания. Ethernet модуль установлен очень просто, прямо к корпусу разъема припаял пару кусочков стеклотекстолита в котором были просверлены отверстия и нарезана резьба М3.


Одна из ключевых частей для доработки, трансформатор. Конечно проще и выгоднее было поставить импульсный блок питания, но я хотел полную гальваническую развязку, потому было куплено два трансформатора. Вообще изначально хотел купить два по 2х15 Вольт, но человек который ими торгует случайно выслал один как надо, а второй 2х12 Вольт. Не то чтобы совсем критично, но несколько неудобно, так как в таком варианте свинцово кислотный аккумулятор зарядить уже не получится, правда есть и косвенный плюс, сложнее будет «убить» защиту литиевых аккумуляторов, но об этом наверное расскажу в следующем обзоре.


Трансформаторы стоят по 200 грн, около 7.5 доллара и я предвижу вопрос, почему я не купил привычные ТПП. Дело в том, что те трансформаторы, которые я находил, банально не влазили в корпус по высоте, а здесь трансформаторы с параметрами 2х15 Вольт 3 Ампера, или до 90 Ватт. При этом они имеют большую ширину, но не очень высокие.


Вес трансформаторов и ключевые размеры, кроме того трансформатор на 12 Вольт имеет выходной ток до 3.5 Ампера, но при этом у 15 Вольт варианта есть предохранитель на проводе.


Продавец сказал что трансформаторы предназначались для акустики Свен, причем из старых партий, где еще шла нормальная медь, а не смесь картона с фольгой. В данном случае проверять не стал, решил отложить на следующий обзор, но на мой взгляд как минимум с сечением все нормально.


У второго трансформатора, который я и буду применять в этой нагрузке, обмотка практически не видна.


Ток холостого хода великоват, около 58-62мА, напряжение без нагрузки немного выше заявленных 15 (30) и 12(24) Вольта, на момент измерения в сети было 222 Вольта.


После часа работы температура трансформатора около 40-45 градусов, я считаю что многовато, но так как в моем случае устройство имеет активное охлаждение, то можно просто забить на это.


Я не зря заговорил о трансформаторах. Во первых они мне понравились, хотя изначально задуманы для другого применения, а во вторых, они хоть и имеют удобные напряжения обмоток, но для моего случая имеют нюансы применения, попробую пояснить.

Есть несколько схем выпрямления переменного тока, для начала мостовая, все просто, удобно, на надо иметь обмотку 12-15 Вольт (схема А).
Показанные выше трансформаторы имеют обмотку на 24 или 30 Вольт с отводом от середины и предназначены больше для формирования двухполярного питания, такое удобно для усилителей, собственно как я писал выше, трансформаторы от (скорее для, так как они новые) аудиотехники Sven. (схема В)
Мне же пришлось использовать двухполупериодный выпрямитель, он прост, но при этом имеет большой недостаток, обмотки трансформатора используются фактически только на 50% потому как в любой момент времени нагружена только одна полуобмотка. (схема С). Вы конечно скажете, да ведь такой выпрямитель и такой принцип используется даже в мощных импульсных БП. Все правильно, но «есть один нюанс», сопротивление обмотки импульсного трансформатора и обычного «железного» кардинально отличается и в итоге начинает сильно влиять это сопротивление.

Для того чтобы в моем случае использовать обмотку полностью надо или ставить мост и нагружать ее всю, но тогда будет не 15-20 Вольт, а все 30-40. Либо разорвать соединение обмоток и подключить их параллельно, что я и планирую сделать в следующей переделке, тем более там легче добраться до обмотки. (схема D).


В процессе компоновки думал как лучше расположить начинку и решил сделать так, как на фото, при этом получилось так, что вентилятор одновременно охлаждает все внутренности, а горячий воздух выходит наружу. Конечно надо будет еще измерить температуру транзистора в полностью нагруженном режиме, но как по мне, то получилось не хуже чем было, как вариант, просто заменю вентилятор на более производительный.


Когда менял провода, идущие к транзистору, случайно обратил внимание, что выводы оставлены на полную длину, я как-то больше привык их укорачивать, раза в два.


Большую часть подключил, включил просто для проверки что конструкция вообще работоспособна.


Дальше подключил остальные провода и попутно установил реле защиты, я как-то писал что у данной модели нагрузки есть схемный просчет, при запуске она стартует с включенным зарядным и если блок питания не соможет нормально запустить «мозги» то будет бесконечно заряжать аккумулятор. Проблема вылазит с относительно низковольтными аккумуляторами, например тем же литий ионными, особенно если они полностью разряжены. Реле включается с небольшой задержкой, а контакты включены между выходом зарядного и аккумулятором. В новых нагрузках стоит реле которое управляется микроконтроллером, я даже нашел какой контакт за это отвечает, но увы, прошивка старая и такого не умеет.


Вторичная обмотка трансформатора подключена при помощи родного разъема, подумал что так будет аккуратнее.


Плата Ethernet адаптера соединена с основной платой через четверной провод с клеммами мама-мама и подключена к штатному гнезду электронной нагрузки.


Можно сказать что почти все.



Последний штрих на данном этапе доработки. Думаю вы заметили на передней панели четырехконтактный разъем. Так как я часто занимаюсь тестами аккумуляторов, то чтобы не использовать вечно мешающие провода, решил подключать держатель при помощи отдельного разъема, у второй нагрузки планирую сделать также.


Вот теперь можно заняться и продолжением ресурсных тестов :)


За время, пока готовился обзор и переделывалась нагрузка, я успел заказать и получить еще пять адаптеров, очень уж они мне понравились. Заказывались в другом месте и при покупке 5шт вышли примерно по 7.5 доллара за штучку с учетом доставки.


И так друзья, по поводу адаптеров могу сказать однозначно, я доволен. Возможно есть какие-то недостатки, но я их пока не обнаружил, все работает отлично.
Теперь по поводу того что я получил и что планирую доработать в будущем.
1. Добавил управление по локальной сети. Удобно, теперь нагрузка меньше привязана к рабочему столу.
2. Попутно появилась гальваническая развязка по цепи управления, не будет больше земляных петель и прочих неприятностей.
3. Добавил трансформатор, соответственно не нужен внешний БП
4. По сети питания теперь тоже есть гальваническая развязка, можно спокойно использовать в связке с осциллографом.
5. Добавил защиту от некорректного включения при подключенном аккумуляторе.
6. Установил дополнительный разъем для подключения держателя аккумулятора, стало гораздо удобнее.

Что планировал добавить
1. Две скорости работы вентилятора, для чего были куплены термовыключатели. Забил пока, мало того, поставил в цепи питания вентилятора резистор 300 Ом и теперь он тихонько работает всегда и на полную мощность по команде нагрузки.
2. Ручное переключение напряжения питания, 12/20 Вольт, но так как применил трансформатор на 12 Вольт, то пока не стал, скорее всего сделаю в следующей нагрузке.
3. Не добавка, но большая необходимость. За несколько лет работы плата управления пострадала от постоянного термоциклирования и теперь у нее сместился ноль, т.е. к примеру вместо тока 1 Ампер заряд/разряд реально получаем к примеру 1.02 и 0.98, если немного деформировать плату, то в зависимости от деформации параметры приходят в норму, пропаивать пробовал, но проблема не решилась и не думаю что поможет калибровка.

Что забыл и добавлю позже
1. Разъем для подключения внешнего, мощного БП на 24 Вольта, надо для работы с высоковольтными батареями, пока под вопросом.
2. Гальванически развязанный вход управления через USB-UART конвертер.

В общем пока всё еще в процессе, но мне уже нравится то, что получается.