Controller Board: Unterschied zwischen den Versionen
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| − | + | Die '''Control Electronic''' ist auf der separaten Platine dem '''Controllerboard''' untergebracht.<br> | |
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ESP32-DevKitC.png|ESP32-DevKitC | ESP32-DevKitC.png|ESP32-DevKitC | ||
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| − | + | Wir verwenden das Development board '''ESP32-DevKitC''' mit dem ESP32-WROOM-32 von espressif Systems. Das DevKit hat 2*19 Pins <br> | |
| − | Wir verwenden das Development board '''ESP32-DevKitC''' von espressif Systems.<br> | + | Bevor wir den [https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/release-v4.2/esp32/hw-reference/esp32/get-started-devkitc.html ESP32] verwenden können muss er programmiert werden. Die Programmierung des ESP32 ist beschrieben in [[Programmierung ESP32]].<br> |
| − | Bevor wir den ESP32 verwenden können | ||
Das ESP32-DevKitC wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt<br> | Das ESP32-DevKitC wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt<br> | ||
=== DAC 2 Click Digital Analog Converter === | === DAC 2 Click Digital Analog Converter === | ||
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| + | DAC 2click mit Lötbrücken.png|3 Stück DAC 2 Click | ||
| + | Verbindung_DAC_Platine|FOTO FEHLT | ||
| + | Adapterboard_detail_piezo.png|PIEZO Schraubklemme | ||
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Die drei 16-bit Digital Analog Konverter [https://www.mikroe.com/dac-2-click DAC 2 Click] von MIKROE dienen der Erzeugung der X, Y und Z Spannungen zur Ansteuerung des Piezos.<br> | Die drei 16-bit Digital Analog Konverter [https://www.mikroe.com/dac-2-click DAC 2 Click] von MIKROE dienen der Erzeugung der X, Y und Z Spannungen zur Ansteuerung des Piezos.<br> | ||
| − | Die DACs werden mit 5 Volt und der internen Referenzspannug 4,096 Volt betrieben. Dazu werden die Lötbrücken bzw. 0 Ohm Widerstände auf den DAC boards gesetzt. Siehe Rote Pfeile<br> | + | Die DACs werden mit 5 Volt und der internen Referenzspannug 4,096 Volt betrieben. Dazu werden die '''Lötbrücken''' bzw. 0 Ohm Widerstände auf den DAC boards gesetzt. Siehe Rote Pfeile im Bild oben.<br> |
Da die DACs allein nicht in der Lage sind, die nötigen Spannungen bis zu +-15 Volt für die Ansteuerung der Piezos zu erzeugen, müssen die Spannungen noch verstärkt werden.<br> | Da die DACs allein nicht in der Lage sind, die nötigen Spannungen bis zu +-15 Volt für die Ansteuerung der Piezos zu erzeugen, müssen die Spannungen noch verstärkt werden.<br> | ||
Die Spannungsverstärkung erledigen die Operationsverstärker TL072.<br> | Die Spannungsverstärkung erledigen die Operationsverstärker TL072.<br> | ||
| − | Die drei DAC 2 Click werden nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt. | + | Die drei DAC 2 Click werden nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt. <br> |
| + | Die Ausgangsspannungen der DACs werden von den orangen DAC '''VOUT''' Ausgängen auf die einpoligen Controllerboard Pins '''DAC_X''', '''DAC_Y''' und '''DAC_Z''' geführt.<br> | ||
| + | Die Verbindung vom Controllerboard zum Piezo erfolgt über die 5 polige '''PIEZO''' Schraubklemme. | ||
=== TL072 Operationsverstärker === | === TL072 Operationsverstärker === | ||
| − | Zur Aufbereitung der Spannungen aus den drei DACs benutzen wir vier Operationsverstärker. Diese sind in den zwei Doppel-Operationsverstärker TL072 enthaltem. <br>Die | + | <gallery> |
| − | + | tl072.png|2*TL072 mit jeweils 2 Operationsverstärkern | |
| − | * Addition und Subtraktion der Spannungen so, dass für jedes der vier Segmente am Piezo | + | </gallery> |
| − | Z+X<br> Z-X<br> Z+Y<br> Z-X | + | Zur Aufbereitung der Spannungen aus den drei DACs benutzen wir vier Operationsverstärker. Diese sind in den zwei Doppel-Operationsverstärker TL072 enthaltem. <br>Die vier Operationsverstärker erfüllen zwei Aufgaben<br> |
| + | * Addition und Subtraktion der Spannungen aus den DACs so, dass für jedes der vier Segmente am Piezo ein Signal erzeugt wird<br> | ||
| + | * Verstärkung der vier berechneten Spannungen auf +- 15 Volt | ||
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| + | Z+X<br> Z-X<br> Z+Y<br> Z-X | ||
=== ADC 8 Click Analog Digital Converter === | === ADC 8 Click Analog Digital Converter === | ||
| − | Wir verwenden zur Messung der Spannung aus dem Tunnelstrom-Vorverstärker einen 16 Bit Analog Digital Wandler, den [https://www.mikroe.com/adc-8-click ADC 8 Click] von MIKROE.<br> | + | <gallery> |
| − | + | mikroe ADC8 click.png|ADC 8 Click | |
| − | Der ADC 8 | + | FOTO_ADC_BOARD|FEHLT Verbindung ADC 8 Click - Controllerboard |
| + | ControlElectronicDetailTunnelIn.png|Verbindung opamp TUNNEL IN | ||
| + | </gallery> | ||
| + | Wir verwenden zur Messung der Spannung aus dem Tunnelstrom-Vorverstärker einen 16 Bit Analog Digital Wandler, den [https://www.mikroe.com/adc-8-click ADC 8 Click] von MIKROE. | ||
| + | <br>Das Messignal aus dem Operationsverstärker wird über die 2 fach Schraubklemme '''TUNNEL_IN''' auf das Controllerboard geführt. | ||
| + | <br>Die Verbindung vom Controllerboard zum ADC 8 click erfolgt über den 2fach Stehpfosten J110 '''TO ADC'''. TUN geht in den orangen A3 Eingang, GND geht auf das Ground Symbol des ADC 8 click. | ||
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| + | '''Wichtig''': Nie den Operationsverstärker Ausgang direkt and den ADC 8 Click Eingang legen. | ||
| + | Immer den Operationsverstärker an den durch einen Spannungsteiler geschützen Eingang '''TUNNEL IN''' am Controllerboard schliessen. | ||
| + | Der ADC 8 click ist empfindlich gegen Überspannung am Messeingang. Bei Überspannung droht Zerstörung. | ||
| − | + | Der ADC 8 Click wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt. | |
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=== USB to TTL Converter<br> === | === USB to TTL Converter<br> === | ||
| + | <gallery> | ||
| + | USB_TTL_Adapter.png|USB to TTL Converter | ||
| + | Adapterboard_USB.png|USB Pfostenleiste | ||
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| + | Wir verwenden für die Kommunikation zwischen PC und dem ESP32 eine zusätzliche USB Schnittstelle. Damit sind wir unabhängig von der Standard USB Programmierschnittstelle des ESP32 Dev Kit. <br> | ||
| + | Der USB to TTL Adapter wird an die 4 polige USB Pfostenleiste am Controllerboard gesteckt . <br> | ||
| + | Wichtig. Der USB to TTL Adapter muss mindestens einen PL2303 in der Version '''TA''' enthalten. Der alte PL2303 '''HXA''' ist nicht unter Windows 10, 11 .. verwendbar und zu langsam. Lieferquelle z.B. [https://www.reichelt.de/de/de/shop/produkt/raspberry_pi_-_usb_zu_ttl_0_9_m_pl2303hx-150567?PROVID=2788&gad_source=1&gclid=Cj0KCQiAwtu9BhC8ARIsAI9JHan-9tlQ26xfKQl7IAg05RfrD3jIwDGjfPrCKX-RVDl1bfLJi8XMkuAaAmVzEALw_wcB Reichelt USB to TTL Adapter] | ||
| + | Über diese USB Schnittstelle wird auch die Control Elektronic mit 5 Volt aus dem PC versorgt. | ||
| − | + | == Bauanleitung Controllerboard == | |
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| − | + | Schaltplan_Adapterboard.png|Schaltplan | |
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| + | === Entwicklung mit KiCad. Schaltplan und Layout === | ||
| + | Schaltplan und Layout des Controller Boards wurden mit der Open Source Software [https://www.kicad.org/ KiCad] erzeugt.<br> | ||
| + | Das KiCad Projekt für das Controller Board kann von Github heruntergeladen werden. [https://github.com/PeterDirnhofer/KiCad_RTM_Adapterboard_v3_0 Github KiCad Project]<br> | ||
| + | Schaltplan, Layout und 3D Ansicht im .png Format sind im Verzeichnis '''Plots''' zu finden. [https://github.com/PeterDirnhofer/KiCad_RTM_Adapterboard_v3_0/tree/main/Plots Github Plots] | ||
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| + | === Bestellung Controllerboard === | ||
| + | Für die Bestellung des 10*10 cm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller werden die Layoutdaten aus dem Github Folder ''Production'' heruntergeladen und an den Lieferanten geschickt. Ein Lieferant ist zum Beispiel [https://www.pcb-supermarkt.de/ Fischer pcb-supermarkt] | ||
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| + | === Bestückung Controllerboard === | ||
| + | <gallery> | ||
| + | Adapterboard_empty.png|3D Ansicht Controllerboard | ||
| + | FFab_Fmask.png|Bestückdruck | ||
| + | Silkscreen_Fmask.png | ||
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| + | Bestückungspläne sind im Verzeichnis '''Plots''' zu finden. [https://github.com/PeterDirnhofer/KiCad_RTM_Adapterboard_v3_0/tree/main/Plots Github Plots] | ||
Aktuelle Version vom 23. Februar 2025, 14:46 Uhr
Inhaltsverzeichnis
Controller
Controller mit aktiven Komponenten
Die Control Electronic ist auf der separaten Platine dem Controllerboard untergebracht.
Aktive Komponenten auf dem Controllerboard
ESP32-DevKitC
ESP32-DevKitC
Wir verwenden das Development board ESP32-DevKitC mit dem ESP32-WROOM-32 von espressif Systems. Das DevKit hat 2*19 Pins
Bevor wir den ESP32 verwenden können muss er programmiert werden. Die Programmierung des ESP32 ist beschrieben in Programmierung ESP32.
Das ESP32-DevKitC wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt
DAC 2 Click Digital Analog Converter
3 Stück DAC 2 Click
- Verbindung DAC Platine
FOTO FEHLT
PIEZO Schraubklemme
Die drei 16-bit Digital Analog Konverter DAC 2 Click von MIKROE dienen der Erzeugung der X, Y und Z Spannungen zur Ansteuerung des Piezos.
Die DACs werden mit 5 Volt und der internen Referenzspannug 4,096 Volt betrieben. Dazu werden die Lötbrücken bzw. 0 Ohm Widerstände auf den DAC boards gesetzt. Siehe Rote Pfeile im Bild oben.
Da die DACs allein nicht in der Lage sind, die nötigen Spannungen bis zu +-15 Volt für die Ansteuerung der Piezos zu erzeugen, müssen die Spannungen noch verstärkt werden.
Die Spannungsverstärkung erledigen die Operationsverstärker TL072.
Die drei DAC 2 Click werden nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt.
Die Ausgangsspannungen der DACs werden von den orangen DAC VOUT Ausgängen auf die einpoligen Controllerboard Pins DAC_X, DAC_Y und DAC_Z geführt.
Die Verbindung vom Controllerboard zum Piezo erfolgt über die 5 polige PIEZO Schraubklemme.
TL072 Operationsverstärker
2*TL072 mit jeweils 2 Operationsverstärkern
Zur Aufbereitung der Spannungen aus den drei DACs benutzen wir vier Operationsverstärker. Diese sind in den zwei Doppel-Operationsverstärker TL072 enthaltem.
Die vier Operationsverstärker erfüllen zwei Aufgaben
- Addition und Subtraktion der Spannungen aus den DACs so, dass für jedes der vier Segmente am Piezo ein Signal erzeugt wird
- Verstärkung der vier berechneten Spannungen auf +- 15 Volt
Z+X
Z-X
Z+Y
Z-X
ADC 8 Click Analog Digital Converter
ADC 8 Click
- FOTO ADC BOARD
FEHLT Verbindung ADC 8 Click - Controllerboard
Verbindung opamp TUNNEL IN
Wir verwenden zur Messung der Spannung aus dem Tunnelstrom-Vorverstärker einen 16 Bit Analog Digital Wandler, den ADC 8 Click von MIKROE.
Das Messignal aus dem Operationsverstärker wird über die 2 fach Schraubklemme TUNNEL_IN auf das Controllerboard geführt.
Die Verbindung vom Controllerboard zum ADC 8 click erfolgt über den 2fach Stehpfosten J110 TO ADC. TUN geht in den orangen A3 Eingang, GND geht auf das Ground Symbol des ADC 8 click.
Wichtig: Nie den Operationsverstärker Ausgang direkt and den ADC 8 Click Eingang legen. Immer den Operationsverstärker an den durch einen Spannungsteiler geschützen Eingang TUNNEL IN am Controllerboard schliessen. Der ADC 8 click ist empfindlich gegen Überspannung am Messeingang. Bei Überspannung droht Zerstörung.
Der ADC 8 Click wird nicht auf die Platine gelötet, sondern in Buchsenleisten gesteckt.
USB to TTL Converter
USB to TTL Converter
USB Pfostenleiste
Wir verwenden für die Kommunikation zwischen PC und dem ESP32 eine zusätzliche USB Schnittstelle. Damit sind wir unabhängig von der Standard USB Programmierschnittstelle des ESP32 Dev Kit.
Der USB to TTL Adapter wird an die 4 polige USB Pfostenleiste am Controllerboard gesteckt .
Wichtig. Der USB to TTL Adapter muss mindestens einen PL2303 in der Version TA enthalten. Der alte PL2303 HXA ist nicht unter Windows 10, 11 .. verwendbar und zu langsam. Lieferquelle z.B. Reichelt USB to TTL Adapter
Über diese USB Schnittstelle wird auch die Control Elektronic mit 5 Volt aus dem PC versorgt.
Bauanleitung Controllerboard
Schaltplan
Entwicklung mit KiCad. Schaltplan und Layout
Schaltplan und Layout des Controller Boards wurden mit der Open Source Software KiCad erzeugt.
Das KiCad Projekt für das Controller Board kann von Github heruntergeladen werden. Github KiCad Project
Schaltplan, Layout und 3D Ansicht im .png Format sind im Verzeichnis Plots zu finden. Github Plots
Bestellung Controllerboard
Für die Bestellung des 10*10 cm grossen PCB bei einem Leiterplattenhersteller werden die Layoutdaten aus dem Github Folder Production heruntergeladen und an den Lieferanten geschickt. Ein Lieferant ist zum Beispiel Fischer pcb-supermarkt
Bestückung Controllerboard
3D Ansicht Controllerboard
Bestückdruck
Bestückungspläne sind im Verzeichnis Plots zu finden. Github Plots
