[1]Устройство относится к энергосберегающим системам освещения и может быть использовано для автоматизированного управления системой электрооборудования сельскохозяйственного и промышленного освещения. Модуль расширения служит для создания отдельных управляемых по CAN-шине сегментов освещения (DMX-вселенные).
[2]Из уровня техники известен блок автоматизированного управления освещением, который относится к энергосберегающим системам освещения и может быть использован для автоматизированного управления сетями наружного и цехового освещения. Устройство состоит из двух электронных плат, расположенных во влагозащищенном корпусе: плата логики (logic board) и плата ввода-вывода (I/O Board), соединенных между собой шиной данных в виде шлейфа проводов. Плата логики Logic Board содержит GSM-модуль, который выполняет роль центрального процессора, микроконтроллер (далее МК), осуществляющий запуск и перезагрузку GSM-модуля, а также обеспечивающий коммуникацию с платой ввода-вывода. Имеется также две SIM-карты, обеспечивающие надежность связи. Кроме того, на плате располагается разъем подключения соединительного шлейфа P3, USB-разъем и разъем программирования МК. GSM-модуль обеспечивает связь с сервером, производит прием команд управления или конфигурирования и передачу данных. Также он управляет работой МК и получает данные о состоянии дискретных входов от МК по последовательному порту I2C. МК по команде GSM-модуля выполняет управление выходами. Плата входов-выходов I/O Board содержит AC/DC сетевой преобразователь, DC/DC преобразователь для организации изоляции входов, два интерфейса RS-485. Кроме того, на плате находятся разъемы для подключения питания, датчиков, пускателей, разъем подключения соединительного шлейфа P3, а также 4 ионистора и их защитные диоды. На плате входов-выходов I/O Board можно разместить до 12 универсальных входов-выходов. Универсальность входов-выходов достигается установкой на плату тех или иных компонентов. Изделие размещено в пластиковом корпусе с креплением на DIN-рейку и прозрачной крышкой для удобства замены SIM-карт и контроля индикации. Для присоединения проводов или организации разъемного электрического соединения используются разрывные клеммники, что обеспечивает удобный монтаж, простой демонтаж и замену изделия (RU 175522 U1 от 07.12.2017, G05B11/32).
[3]Также из уровня техники известен вычислительно-интерфейсный модуль, содержащий микропроцессор с технологическим интерфейсом JTAG, двумя контроллерами шины PCI Express, соединитель мезонина, выполненный как ХМС соединитель, общесистемный соединитель модуля, выполненный как VPX соединитель, контроллер интерфейса USB 2.0, четыре динамических ОЗУ SDRAM, два датчика температуры, память идентификации EEPROM, два РПЗУ программ и начальной загрузки NOR Flash, РПЗУ данных пользователя NAND Flash, два канала мультипротокольных приемопередатчиков RS232, управляемых по интерфейсам UART 2, 3 микропроцессора, три канала приемопередатчиков Ethernet, генераторы тактовых серий, блок управления вводом-выводом разовых команд, супервизор напряжений питания и источники вторичных напряжений питания, ПЛИС с технологическим интерфейсом JTAG для встроенного контроля модуля и два ЭЗУ NVRAM для хранения результатов контроля, драйвер сигналов MLVDS, третий канал мультипротокольных приемопередатчиков RS232/RS485, узел входных предохранителей, при этом блок управления вводом-выводом разовых команд под управлением ПЛИС выполняет функциональный контроль выходных разовых команд, включая сигнал ИСПРАВНОСТЬ, а также тестовый контроль электрических цепей входных разовых команд, буфер для системных сигналов NVMRO, SYS_CON и SYSRESET (RU 195789 U1 от 07.02.2020, G06F 15/78).
[4]Недостатком данных устройств является ограниченный функционал в части осуществления процессов обработки и передачи сигналов.
[5]Наиболее близким техническим решением к заявленному устройству является многофункциональный IoT-контроллер, содержащий встроенные в корпус и электрически связанные между собой микропроцессор с программной реализацией часов реального времени, энергонезависимую память, модем c антенной, интерфейс RS-485 с клеммами, дискретные входы, реле управления внешними объектами, выходы управления внешними объектами, светодиодную индикацию, контроллер заряда, аккумуляторную батарею, стабилизатор питания, разъем питания, в схему которого внедрена GNSS-антенна (RU 2136077 U1 от 19.09.2022, G06F 1/16).
[6]Недостатком ближайшего аналога является невозможность подключения приборов учета, а также отсутствие резервных каналов связи, что не позволяет применять их на территориально отдаленных участках, что приводит к отсутствию контроля и управления таким блоком.
[7]Задачей заявленной полезной модели является разработка блока управления с системой исполнительных устройств, обеспечивающего функции управления, контроля и диагностики работы сельскохозяйственных светильников (фитооблучателей).
[8]Технический результат заявленной полезной модели заключается в разработке устройства управления светодиодными драйверами и модулями управления, обеспечивающего функции управления, контроля и диагностики работы сельскохозяйственных светильников.
[9]Принятые технические решения позволяют обеспечить достаточный уровень отказоустойчивости при эксплуатации устройства, например в тепличных и скотоводческих фермах. Обеспечивает резервный канал связи, поддерживает работоспособность при плохом питании. Помимо этого, устройство позволяет наращивать функционал путем подключения дополнительных модулей по шине RS-485 (к примеру, управление каждым светильником или группой светильников).
[10]Технический результат, указанный выше, достигается тем, что модуль расширения осветительного устройства включает расположенные на объединительной плате микроконтроллер и функционально связанные с ним трансивер с опторазвязкой, CAN- трансивер, преобразователь, основной и дополнительный преобразователи, индикаторы статуса, а также разъёмы питания, при этом управляющий выход микроконтроллера оптоизолирован, CAN-трансивер подключен к микроконтроллеру на отдельные выводы, трансивер оснащен интерфейсом UART, подключенным к высокоскоростным оптронам, микроконтроллер по передающим линиям подключен к излучателям в оптронах, при этом излучатели запитаны от преобразователя, а приёмники излучения указанных оптронов - от дополнительного преобразователя.
[11]Заявленное устройство поясняется графическими изображениями, где:
[12]на фиг 1 изображена блок-схема устройства;
[13]на фиг. 2 - функциональная схема исполнительного модуля CAN2DMX.
[14]Заявленное устройство включает в свой состав следующие компоненты (см. фиг. 1):
[15]1 - трансивер RS485 с обвязкой;
[17]3 - преобразователь 5-3,3 В;
[18]4 - микроконтроллер K1986BE92QI;
[19]5 - разъёмы для питания DMX и CAN;
[20]6 - основной преобразователь 24-5 В;
[21]7 - дополнительный преобразователь 24-5 В для RS485.
[22]Модуль расширения CAN2DMX служит для создания отдельных управляемых по CAN-шине сегментов освещения (DMX-вселенные).
[23]Узлы устройства запитываются по разветвленной системе питания, которая принимает напряжения питания 24В±10% по входу через разъем 5, и питание распределено следующим образом: 24-5 В для питания основных узлов устройства, в том числе для подачи 5 В на CAN-трансивер; через преобразователь 5-3,3 В: микроконтроллер, опторазвязка; 24-5 В для питания трансивера RS485 и опторазвязки.
[24]Микроконтроллер К1986ВЕ92QI является основным узлом устройства, реализующим его логику работы. Связь с трансивером RS485 осуществляется по интерфейсу UART через опторазвязку. Управляющий выход микроконтроллера для переключения направления RS485 также оптоизолирован. Трансивер подключается ко внешним устройствам DMX/RDM через разъем 8. CAN-трансивер (физического уровня) подключен к микроконтроллеру на отдельные для него выводы [см. https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/32_razryadnye_mikrokontrollery/k1986ve92qi/#docs_tab]. Подключение микроконтроллера и CAN-трансивера не оптоизолировано. Индикаторы LED1 (Работа) и LED2 (Активность CAN) выдают статус устройства.
[25]Интерфейс UART для RS485 и управляющий сигнал подключены к высокоскоростным оптронам 6N137. Передающие линии от микроконтроллера (передача и переключение направления) подключены к излучателям в оптронах, излучатели которых запитаны от 3,3 В. Приемники излучения таких оптронов запитаны от 5 В дополнительного преобразователя для RS485.
[26]Так как диапазон питающих напряжений приемников оптронов 6N137 лежит в пределах 4,5-5,5 В, по принимающей линии приемник оптрона запитан от 5 В основного источника питания, подключение принимающей линии к микроконтроллеру осуществляется через согласующий резистор в 330 Ом между выводом микроконтроллера и приемником излучения. Излучатель такого оптрона запитан от 5 В дополнительного источника питания.
[27]Так как диапазон питающих напряжений CAN-трансивера К5559ИН10АSI лежит в пределах 4,5-5,5 В, сам трансивер запитан от основного источника 5 В, а для согласования уровней 5 В CAN-трансивера и микроконтроллера 3,3 В применены резисторы по информационным линиям. Для будущих вариантов исполнения CAN-трансиверов подведена линия +3,3 В для согласования логических уровней с уровнями контроллера.
[28]Устройство CAN2DMX работает следующим образом. При подаче питания устройство зажигает LED1 и выдает по DMX512 посылку из 513 байт, состоящую из нулей каждые 100 мс. Вместе с этим, устройство ожидает запросы по CAN от IoT-контроллера или другого CAN-устройства. При этом по CAN-шине принимаются фреймы с расширенным FrameID (29 бит), могут быть как широковещательными, так и по адресу устройства.
[29]Каждый FrameID из 29 бит формируется по следующему закону:
[30]старшие 24 бита отданы под адрес, при этом широковещательным считается тот адрес, в котором все 24 бита в состоянии «1»,
[31]последующий 1 бит указывает на направление сообщения: если «0», то это запрос к устройству, если «1», это ответ или сообщение от устройства,
[32]младшие 5 бит содержат ID сообщения или ответа на команду.
[33]При этом значения параметров, необходимых для команд или сообщений, указываются в поле данных CAN-фрейма.
[34]При поступлении запроса по CAN устройство его обрабатывает, зажигая при этом LED2, после чего выдает ответ в CAN-шину и гасит LED2.
[35]Поиск устройств CAN2DMX возможен с помощью отправки широковещательной команды «Пинг», в ответ на которую одно или несколько устройств CAN2DMX выдадут свои ответы, в которых содержатся их адреса. Арбитраж устройств в CAN-шине реализован аппаратно на стороне микроконтроллера и IoT-контроллера.
[36]Состояние конкретного светильника изменяется по команде «Изменить состояние светильника по стартовому адресу». Состояние всех светильников изменяется по команде «Изменить состояние всех светильников». В каждой из этих команд указывается состояние 4 каналов.
[37]Адрес CAN2DMX хранится в ПЗУ, при этом адрес по умолчанию записывается в ПЗУ микроконтроллера на этапе производства. Однако в одной партии попались несколько CAN2DMX с одинаковыми адресами, то на каждом из них адрес можно поменять, и для этого реализованы команды «Задать адрес CAN2DMX», «Вернуть адрес CAN2DMX по умолчанию» и «Перезагрузка CAN2DMX». Адрес вступает в силу после перезагрузки CAN2DMX.
[38]Помимо команд для CAN2DMX для их обнаружения и задания состояний каналов DMX, также поддерживается основные команды DMX/RDM-устройств, такие как «Discovery», «Визуальное обозначение», «Запрос информации», «Изменить стартовый адрес». Если обращение идет к DMX-устройству по его UID, оно отреагировало и команда выполнена, либо устройство не откликнулось в течение 600 мс, выдается ответ по CAN о статусе выполнения.
[39]Запрос «Discovery» производит поиск DMX-устройств, отправляя RDM-запросы Discovery по стандарту [ANSI E1.20], при этом CAN2DMX запоминает найденные UID DMX-устройств в ОЗУ. По окончанию поиска выдается в CAN-шину статус с числом найденных устройств, затем также выдаются сообщения, каждое из которых содержит UID найденного устройства.
[40]Запрос «Визуальное обозначение» необходим для того, чтобы оператор смог сопоставить найденный UID DMX-устройства и его физическое расположение, либо его назначение. При подаче этой команды на CAN2DMX на DMX-устройства подается Identify. При этом, при подаче такого запроса поведение DMX-устройств может отличаться.
[41]Подав «Запрос информации» с указанием интересующего UID, CAN2DMX отправит несколько посылок, которые содержат как служебную информацию (номер запроса, количество байт, количество посылок, номер посылки), так и информацию об интересующем DMX-устройстве, такую как количество каналов, текущий стартовый адрес, версия ПО на DMX-устройстве и другое. Структура посылки повторяет структуру ответа DEVICE_INFO в [ANSI E1.20].
[42]При запросе «Изменить стартовый адрес» CAN2DMX отправляет по указанному UID DMX-устройства команду SET_DMX_START_ADDRESS, после чего возвращает в CAN-шину статус запроса.
