Программируемый контроллер DXL-IoT

Одним из популярных вычислительных устройств, произведенных ООО «Прикладная робототехника ПРО» является программируемый контроллер DXL-IoT. Данное устройство представляет собой компактный вычислительный модуль, ориентированный на использование в образовательных проектах, где применяется технология «Интернета Вещей» (Internet of Things - IoT), благодаря тому, что он обладает компактными габаритами и необходимыми интерфейсами для подключения к сети. Помимо стандартного сетевого функционала, модуль обладает аппаратно реализованным Dynamixel – интерфейсом. Что позволяет контроллеру выполнять как роль ведущего устройства («мастера») для взаимодействия с Dynamixel-совместимыми устройствами, так и, при необходимости, данный модуль может быть сконфигурирован таким образом, что сам будет являться Dynamixel-совместимым устройством. В качестве вычислительного микроконтроллера в универсальном вычислительном контроллере DXL-IoT используется микроконтроллер Atmega2560. Также на модуле размещен чип беспроводной связи по интерфейсам Wi-Fi и Bluetooth. (Рис. 1.1).

Рис. 1.1. Внешний вид вычислительного контроллера DXL-IoT спереди и сзади

Технические характеристики контроллера DXL-IoT выглядят следующим образом:

Габариты – 40х40 мм.

Напряжение питания, номинальное – 12В.

Flash-память - 256 KB (из которых 8 КB используются для загрузчика). ОЗУ - 8 KB.

Энергонезависимая память - 4 KB.

Тактовая частота - 16 МГц.

Количество 3х пиновых портов Dynamixel – 2 шт.

Количество портов USB 2.0 – 2 шт.

Количество линий ввода-вывода – 40 шт.

В том числе: Линия «земля» - 1 шт.

Линия +3.3В - 1 шт.

Линия +5В – 1 шт.

Линия +12В – 1 шт.

Интерфейс SPI – 1 шт.

Интерфейс I2C – 1 шт.

Интерфейс UART – 1 шт.

Цифровые линии ввода-вывода – 12 шт.

Аналоговые линии ввода – 16 шт.

Индикаторы – 2 шт (5В). Переключатель ESP-MCU – 1 шт.

Беспроводные интерфейсы – Wi-Fi, Bluetooth.

Органы управления (кнопки) – 3 шт.

Основные элементы контроллера следующие:

miniUSB порт для подключения к ПК и программирования основного контроллера – Atmega2560. Данный порт может использоваться для подачи на модуль питания 5В.
miniUSB порт для подключения к ПК и программирования модуля беспроводной связи Bluetooth и Wi-Fi. Данный порт может использоваться для подачи питания на модуль питания 5В.
Коммуникационный интерфейс полудуплексный UART с напряжением 5В универсального вычислительного модуля. Используются для подключения контроллера в цепь как Dynamixel-совместимого устройства. Контроллер DXL-IoT может быть использован и как ведущее Dynamixel-совместимое устройство (с его помощью можно управлять подключенными к нему сервоприводами Dynamixel), так и как ведомое (модуль может выступать в качестве Dynamixel-совместимого устройства и обмениваться данными с внешним контроллером через протокол Dynamixel. Данные порты также могут использоваться для подачи на модуль питания 12В. При использовании контроллера в качестве Dynamixel-совместимого устройства наличие внешнего источника питания 12В обязательно.
Индикационный светодиод линии 5В.
Штыревой разъем, содержащий интерфейсы I2S и CAN.
Гнезда с выводами для подключения внешних устройств и плат расширения.
Программируемый светодиод. Подключен к линии PB7 (D13) микроконтроллера Atmega2560.
Кнопка перезагрузки микроконтроллера Atmega2560.
Кнопка перезагрузки модуля беспроводной связи.
Кнопка ввода в режим загрузчика модуля беспроводной связи.

Рис. 1.2. Распиновка боковых разъемов контроллера DXL-IoT

Для работы с данным контроллером в среде программирования Arduino IDE в качестве платы необходимо выбирать Arduino Mega 2560.

Для расширения функционала данного контроллера существует ряд модулей расширения.

Плата расширения контроллера DXL-IoT с адаптером Ethernet

Плата расширения контроллера DXL-IoT с адаптером Ethernet – вычислительный модуль, который, будучи установленным на контроллер DXL-IoT, позволяет выполнить подключение контроллера к сети с помощью интерфейса Ethernet, а также подключить и работать с картами памяти формата microSD (Рис. 1.3).

Основные элементы платы расширения DXL-IoT с адаптером Ethernet следующие:

Ethernet-разъем.
Индикационные светодиоды, сигнализирующие о работе сетевого соединения.
Разъем для установки microSD карты.
Кнопка для перезагрузки модуля.

Гнезда под штыревые разъемы, размещенные на данной плате расширения, являются сквозными для подключения к основному контроллеру DXL-IoT и его силовой плате расширения.

Рис. 1.3. Плата расширения контроллера DXL-IoT с адаптером Ethernet

Характеристики платы расширения DXL-IoT с адаптером Ethernet следующие:

Габариты – 40х40 мм.

Напряжение питания, номинальное – 5В.

Количество Ethernet разъемов – 1 шт.

Внутренний буфер - 16 КБ

Скорость подключения - 10/100 МБит/с

Количество одновременных подключений – 4 шт.

Поддержка протоколов - TCP, UDP, ICMP, IPv4 ARP, IGMP, PPPoE, Ethernet.

Режимы – полудуплекс и полный дуплекс.

Интерфейс SPI – 1 шт.

Количество microSD разъемов – 1 шт.

Поддержка карт памяти microSD, объемом до 16GB.

Индикаторы – 4 шт. (SPD, LINK, RX, TX)

Органы управления (кнопки) – 1 шт.

Плата расширения контроллера DXL-IoT с адаптером Ethernet полностью совместима со стандартными библиотеками и примерами в Arduino IDE для работы с Ethernet-шилдами, разработанными на чипе W5500.

Силовая плата расширения контроллера DXL-IoT

Для управления силовой нагрузкой, такой как двигатели постоянного тока или источники освещения, существует специальная плата расширения к контроллеру DXL-IoT с возможностью коммутации больших токов и напряжений. Внешний вид силовой платы расширения контроллера DXL- IoT представлен на Рис. 1.4.

Рис. 1.4. Силовая плата расширения контроллера DXL-IoT

Основные элементы силовой платы расширения контроллера DXL- IoT следующие:

Клеммник для управления силовой нагрузкой и соответствующий ему индикационный светодиод. Управляется линией PB4 (D10).
Клеммник для управления силовой нагрузкой, объединенный двухконтактным разъемом, и соответствующий ему индикационный светодиод. Управляется линией PB5 (D11).
Клеммник для управления силовой нагрузкой, объединенный двухконтактным разъемом, и соответствующий ему индикационный светодиод. Управляется линией PB6 (D12).
Клеммник для управления силовой нагрузкой и соответствующий ему индикационный светодиод. Управляется линией PB7 (D13).
Клеммник для подключения нагрузки в виде двигателя постоянного тока и управления им, путем задания направления вращения и скорости. Управляется линиями PE4 (D2) – направление, и PE5 (D3) – скорость. Индикационные светодиоды показывают направление вращения.
Клеммник для подключения нагрузки в виде двигателя постоянного тока и управления им, путем задания направления вращения и скорости. Управляется линиями PG5 (D4) – направление, и PE3 (D5) – скорость. Индикационные светодиоды показывают направление вращения.
Клеммник для подключения нагрузки в виде двигателя постоянного тока и управления им, путем задания направления вращения и скорости. Управляется линиями PH3 (D6) – направление, и PH4 (D7) – скорость. Индикационные светодиоды показывают направление вращения.
Клеммник для подключения нагрузки в виде двигателя постоянного тока и управления им, путем задания направления вращения и скорости. Управляется линиями PH5 (D8) – направление, и PH6 (D9) – скорость. Индикационные светодиоды показывают направление вращения.
Клеммник для подключения внешнего питания. В зависимости от типа двигателя постоянного тока, может разниться напряжение питания, необходимое для его корректной работы.
Перемыкатель, с помощью которого можно выбрать источник питания для коммутации напряжения и управления двигателями. В положении 12V, источником питания является 12В с контроллера DXL-IoT. Которые тот, в свою очередь, получает через 3х пиновые DXL разъемы. В положении VCC источником питания является источник, подключенный через клеммник 9. Таким образом, в положении VCC контроллер может питаться от 12В или 5В, а силовая плата расширения работать с другими напряжениями, например, 9В.
Перемыкатель, объединяющий линию 12В и VCC от клеммника 9. Позволяет использовать клеммник 9, как источник питания 12В. Также, в свою очередь, такая схема подключения может быть использована для питания контроллера напряжением от клеммника 9, например, 9В. Но при этом к 3х пиновым DXL выводам контроллера не должно быть подведено 12В.

Характеристики силовой платы расширения контроллера DXL-IoT следующие:

Габариты – 40х40мм. Напряжение питания – 5 – 12В.

Количество линий для коммутации напряжения – 4 шт.

Максимальное напряжение коммутации – 12В.

Допустимый ток коммутации на 1 линию – 2А.

Количество линий управления двигателями постоянного тока – 4 шт.

Количество индикационных светодиодов – 12 шт.

Все рассмотренные платы расширения к контроллеру DXL-IoT могут быть собраны в одно устройство, способное одновременно управлять сервоприводами работающими по протоколу Dynamixel, быть подключенным к сети и выполнять иную коммутацию. Обратите внимание, требуется осуществлять контроль – каждая плата расширения использует в своих целях некоторые из доступных линий, идущих от основного контроллера. Тем самым, функционал платы расширения может быть уменьшен. Например, плата расширения с адаптером Ethernet использует линию PB4 (D10), как «chip select» для микросхемы Ethernet. В результате чего, при одновременной работе платы расширения с адаптером Ethernet и силовой платы расширения, на последней не будет управляться клеммник 1, который управляется этой же линией.

Center-nav

Оглавление | Вперёд →