View source for KAmod ESP32-C3 DIN (PL)

__jzpdf__
====== Opis ======
<b>KAmod ESP32-C3 DIN - uniwersalny moduł sterujący z mikrokontrolerem ESP32-C3</b><br> <br>
Na płytce KAmod ESP32-C3 DIN zastosowano moduł ESP32-C3-WROOM-02U, który umożliwia komunikację poprzez Wi-Fi 2,4 GHz i bazuje na mikrokontrolerze o architekturze RISC-V. Ponadto na płytce zaimplementowano interfejs USB do programowania i monitorowania aplikacji, interfejs RS485 stosowany w automatyce oraz interfejs I2C w standardzie Q-wire umożliwiający łatwą rozbudowę systemu. Dodatkowo mikrokontroler może sterować 4 wyjściami z tranzystorami MOSFET małej mocy a układ zasilania pozwala na podłączenie napięcia z zakresu 7…32 V. Cała konstrukcja mieści się na niewielkiej płytce, dopasowanej do obudowy typu Z106, która może być zamontowana na szynie DIN35.
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_3d.png|none|900px|thumb|center]]
</center>
<hr>
===== Podstawowe parametry =====
* Mikrokontroler ESP32-C3 - 32-bitowy rdzeń RISC-V, max 160 MHz
* Rozmiar pamięci: 400 kB SRAM, 4 MB SPI Flash
* Komunikacja Wi-Fi 2,4 GHz, IEEE 802.11 b/g/n oraz Bluetooth 5 LE
* Złącze antenowe typu U.FL
* Interfejs RS485 wyposażony w zabezpieczenia przeciwprzepięciowe
* Interfejs USB do programowania oraz monitorowania działania aplikacji (realizuje funkcję USB-UART)
* Mikroprzyciski do wykonania resetu oraz uruchomienia trybu programowania (bootloader)
* Interfejs I2C z zasilaniem 3,3 V w standardzie Q-Wire (Qwiic, Stemma QT)
* 4 diody LED sygnalizujące: zasilanie, komunikację RS485 oraz sterowane z aplikacji
* Złącze szpilkowe typu goldpin z wyprowadzonym zasilaniem 3,3 V i 7 liniami GPIO
* 4 wyjścia małej mocy z tranzystorami N-MOSFET (max 1 A)
* 2 wejścia analogowe z dzielnikami napięcia - rozdzielczość ADC 12-bitów, max napięcie wejściowe 32 V
* Zasilanie napięciem stałym z zakresu 7…32 V, pobór prądu do 100 mA (sam moduł w trybie aktywnym).
* Zasilanie napięciem stałym 5 V poprzez złącze USB-C
* Złącze zasilania, złącze interfejsu RS485 oraz złącze wyjść typu Phoenix MC 3,81 mm
* Kompatybilny  z Arduino IDE
* Kompaktowe wymiary dopasowane do obudowy typu Z106 na szynę DIN35 (obudowa nie jest częścią zestawu)
<br>
<hr>
===== Wyposażenie standardowe =====
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Kod
! style="text-align: center;"|Opis
|-
| style="text-align: center;"|<b>KAmod ESP32-C3 DIN</b>
| style="text-align: left;"| Zmontowany i uruchomiony moduł
|-
| style="text-align: center;"|<b>Antena Wi-Fi 2,4 GHz</b>
| style="text-align: left;"| Antena ze złączem U.FL

|}
</center>
<hr>
===== Schemat elektryczny =====
======Schemat główny======
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_sch1.png|none|1000px|thumb|center]]
</center>
======Schemat obwodu zasilania======
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_sch3.png|none|1000px|thumb|center]]
</center>
======Schemat interfejsów RS485 oraz USB======
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_sch2.png|none|1000px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Funkcje przypisane liniom GPIO =====
Moduł ESP32-C3-WROOM-02U ma 15 liniiGPIO. W tabeli opisano jakie funkcje zostały przydzielone poszczególnym liniom na płytce KAmod ESP32-C3 DIN.
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|GPIO
! style="text-align: center;"|Funkcja
|-
| style="text-align: center;"|<b>00</b>
| style="text-align: left;"|
Wejście ADC0-0, wyprowadzone na złącze szpilkowe IntIO, oraz poprzez dzielnik 100 k/10 k dołączone do wyjścia 2
|-
| style="text-align: center;"|<b>01</b>
| style="text-align: left;"|
Wejście ADC0-1, wyprowadzone na złącze szpilkowe IntIO, oraz poprzez dzielnik 100 k/10 k dołączone do wyjścia 1
|-
| style="text-align: center;"|<b>02</b>
| style="text-align: left;"|
Linia zegarowa I2C - SCL, dołączona do złącza szpilkowego IntIO oraz złącza Q-Wire. <br>Zawiera rezystor podciągający pull-up 2,2k
|-
| style="text-align: center;"|<b>03</b>
| style="text-align: left;"|
Linia danych I2C - SDA, dołączona do złącza szpilkowego IntIO oraz złącza Q-Wire. <br>Zawiera rezystor podciągający pull-up 2,2k
|-
| style="text-align: center;"|<b>04</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje tranzystorem N-MOSFET, wyjście nr. 4 dostępne na złączu J8
|-
| style="text-align: center;"|<b>05</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje tranzystorem N-MOSFET, wyjście nr. 3 dostępne na złączu J8
|-
| style="text-align: center;"|<b>06</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje tranzystorem N-MOSFET, wyjście nr. 2 dostępne na złączu J8
|-
| style="text-align: center;"|<b>07</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje tranzystorem N-MOSFET, wyjście nr. 1 dostępne na złączu J8
|-
| style="text-align: center;"|<b>08</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje diodą LED - LED08, sygnał aktywny w stanie niskim
|-
| style="text-align: center;"|<b>09</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje diodą LED - LED09 i odczytuje stan przycisku, który uruchamia tryb programowania - PRG. <br>Należy skonfigurować jako ''Open Drain IN/OUT''
|-
| style="text-align: center;"|<b>10</b>
| style="text-align: left;"|
Steruje sygnałem DE/RE transceivera RS485, stan wysoki aktywuje nadajnik. Dostępny na złączu szpilkowym IntIO
|-
| style="text-align: center;"|<b>18</b>
| style="text-align: left;"|
Sygnał D- interfejsu USB
|-
| style="text-align: center;"|<b>19</b>
| style="text-align: left;"|
Sygnał D+ interfejsu USB
|-
| style="text-align: center;"|<b>20</b>
| style="text-align: left;"|
Wejście interfejsu UART - RX, podłączone do złącza szpilkowego IntIO oraz do transceivera RS485
|-
| style="text-align: center;"|<b>21</b>
| style="text-align: left;"|
Wyjście interfejsu UART - TX, podłączone do złącza szpilkowego IntIO oraz do transceivera RS485 i do diody LED - LED21
|}
</center>
<hr>

===== Wyjścia małej mocy =====
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Wyjście
! style="text-align: center;"|Linia GPIO / 
stan załączający wyjście
! style="text-align: center;"|Złącze / uwagi
|-
| style="text-align: center;"|<b>1</b>
| style="text-align: center;"| GPIO 07 / H
| style="text-align: left;"| J8-2 (OUT 1) / Stan aktywny na wyjściu - GND
|-
| style="text-align: center;"|<b>2</b>
| style="text-align: center;"| GPIO 06 / H
| style="text-align: left;"| J8-3 (OUT 2) / Stan aktywny na wyjściu - GND
|-
| style="text-align: center;"|<b>3</b>
| style="text-align: center;"| GPIO 05 / H
| style="text-align: left;"| J8-4 (OUT 3) / Stan aktywny na wyjściu - GND
|-
| style="text-align: center;"|<b>4</b>
| style="text-align: center;"| GPIO 04 / H
| style="text-align: left;"| J8-5 (OUT 4) / Stan aktywny na wyjściu - GND
|-
| style="text-align: center;"|<b>COMM</b>
| style="text-align: center;"| -
| style="text-align: left;"| J8-1 (COMM) połączyć z dodatnią linią zasilania w przypadku sterowania obciążeniami indukcyjnymi np. przekaźnikami.
|}
</center>
Obwody wyjść zbudowane są na bazie tranzystorów N-MOSFET o maksymalnym prądzie ciągłym 1 A. Wyjścia są zabezpieczone przed przepięciami generowanymi z obciążeń indukcyjnych, zatem mogą bezpośrednio sterować przekaźnikami elektromagnetycznymi, małymi zaworami, elektromagnesami czy silnikami na napięcie stałe. Maksymalne napięcie na wyjściach nie może przekraczać 32 V.
<br><br>
Podłączenie komponentów do wyjść modułu należy wykonać tak, jak na poniższym rysunku.
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_out.png|none|800px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Wejścia analogowe =====
KAmod ESP32-C3 DIN ma 2 wejścia analogowe połączone ze zintegrowanym, 12-bitowym przetwornikiem ADC. Wejścia analogowe zostały wyposażone w dzielniki napięcia z rezystorami 100 k/10 k, co daje współczynnik podziału 0,09 i pozwala na pomiar napięcia w zakresie do ok. 32 V.
<br><br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Kanał pomiarowy ADC
! style="text-align: center;"|Złącze / wyjście
! style="text-align: center;"|Uwagi
|-
| style="text-align: center;"|<b>ADC0-1</b>
| style="text-align: center;"| J8-2 / OUT 1
| style="text-align: left;"| Współdzielone z wyjściem OUT 1 / max 32 V
|-
| style="text-align: center;"|<b>ADC0-0</b>
| style="text-align: center;"| J8-3 / OUT 2
| style="text-align: left;"| Współdzielone z wyjściem OUT 2 / max 32 V
|}
</center>
<br>
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_ain.png|none|850px|thumb|center]]
</center>
<br>
Wejścia analogowe IN 1/2 są połączone z wyjściami OUT 1/2 i jeśli dane wyjście będzie załączone to odczyt wartości analogowej będzie wskazywał wartość bliską 0. Jeśli zamierzamy korzystać z wejścia analogowego to należy uniemożliwić załączenie odpowiadającego mu wyjścia.
<br><br>
Nie jest zalecane podłączenie bezpośrednio do wejść analogowych IN 1/2 napięcia zasilania np z zasilacza czy akumulatora. W razie pomyłki i załączenia wyjścia zostanie ono uszkodzone. Napięcie z zasilacza/akumulatora należy dołączyć do wejścia IN1/2 przez niewielki rezystor 100…1000 Ω.
<br><br>
Przetwornik ADC zintegrowany w module ES32-C3 ma rozdzielczość 12 bitów ale nie umożliwia osiągnięcia precyzyjnych pomiarów napięć ze względu na dużą nieliniowość, niestabilny offset i mało precyzyjne napięcie odniesienia.
<hr>

===== Komunikacja Wi-Fi =====
KAmod ESP32-C3 DIN jest wyposażony w moduł komunikacji Wi-Fi typu ESP32-C3-WROOM-02U. Jego podstawowe parametry to:
*pasmo częstotliwości: 2,4 GHz
*standard komunikacji: kompatybilny z IEEE 802.11 b/g/n
*komunikacja bluetooth: Bluetooth LE, Bluetooth 5, Bluetooth mesh
*wyposażony w złącze antenowe typu U.FL
<br>
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_wifi.png|none|800px|thumb|center]]
</center>
<br>
Do poprawnego działania modułu komunikacji Wi-Fi należy dołączyć kompatybilną antenę poprzez złącze U.FL znajdujące się na płytce modułu.
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_ant.jpg|none|400px|thumb|center]]
</center>

<hr>

===== Interfejs USB i programowanie modułu =====
Amod ESP32-C3 DIN jest wyposażony w interfejs USB ze złączem USB-C. Podstawowe funkcje interfejsu to:
*działa jak konwerter USB-UART
*służy do programowania modułu ESP32-C3-WROOM-02U
*umożliwia monitorowanie działania aplikacji poprzez przesyłanie komunikatów interfejsem szeregowym
*jest opcjonalnym złączem zasilania
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_usb.png|none|800px|thumb|center]]
</center>
<br>
Programowanie poprzez interfejs USB wymaga uruchomienia tzw. bootloadera. W tym celu, gdy KAmod ESP32-C3 DIN jest podłączony przewodem USB do komputera, należy wykonać następującą sekwencję:
*wciskamy i trzymamy wciśnięty przycisk RST
*wciskamy i trzymamy wciśnięty przycisk PRG, zaświeci się dioda LED09
*zwalniamy przycisk RST, ale trzymamy wciśnięty przycisk PRG
*po chwili zwalniamy również przycisk PRG.
W ten sposób zostanie uruchomiony bootloader, który umożliwia programowanie modułu ESP32-C3 np. poprzez Arduino IDE.

<hr>

===== Interfejs RS485 =====
KAmod ESP32-C3 DIN jest wyposażony w interfejs RS485 o następujących parametrach:
*transceiver ST485
*szybkość komunikacji do 1 Mbps
*zabezpieczenie przeciwprzepięciowe
Przyporządkowanie linii GPIO zostało opisane w tabeli.
<br><br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Linia GPIO
! style="text-align: center;"|Sygnał RS485
! style="text-align: center;"|Opis
|-
| style="text-align: center;"|<b>GPIO21</b>
| style="text-align: center;"| TXD
| style="text-align: left;"| Wyjście danych na magistralę RS485
|-
| style="text-align: center;"|<b>GPIO20</b>
| style="text-align: center;"| RXD
| style="text-align: left;"| Wejście danych z magistrali RS485
|-
| style="text-align: center;"|<b>GPIO10</b>
| style="text-align: center;"| DE/RE
| style="text-align: left;"| Sterowanie kierunkiem transmisji - stan wysoki (H) aktywuje nadawanie na magistralę RS485
|}
</center>

<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_rs485.png|none|850px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Interfejs I2C =====
Interfejs I2C został wyprowadzony jako gniazdo JST 1 mm określane jako Q-Wire, które jest kompatybilne ze standardami Qwiic oraz Stemma QT. Dodatkowo na złączu dostępne jest napięcie 3,3 V o wydajności ok. 300 mA. Funkcje wyprowadzeń zostały opisane w tabeli.
<br><br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Złącze/styk
! style="text-align: center;"|Rodzaj sygnału
! style="text-align: center;"|Opis/uwagi
|-
| style="text-align: center;"|<b>Q-Wire / 1</b>
| style="text-align: center;"| Masa zasilania (GND)
| style="text-align: left;"| Masa zasilania
|-
| style="text-align: center;"|<b>Q-Wire / 2</b>
| style="text-align: center;"| Zasilanie 3,3 V
| style="text-align: left;"| Maksymalne obciążenie ok 300 mA
|-
| style="text-align: center;"|<b>Q-Wire / 3</b>
| style="text-align: center;"| Sygnał danych - SDA.
Podłączony do GPIO03
| style="text-align: left;"| Zawiera rezystor pull-up 2,2 k do 3,3 V
|-
| style="text-align: center;"|<b>Q-Wire / 4</b>
| style="text-align: center;"| Sygnał taktujący - SCL.
Podłączony do GPIO02
| style="text-align: left;"| Zawiera rezystor pull-up 2,2 k do 3,3 V
|}
</center>
<center>
[[File:KAmod ESP32-C3 DIN qwire.png|none|850px|thumb|center]]
</center>
Złącza JST 1 mm w standardzie Q-Wire
<br><br>
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_qwire_1.jpg|350px|]]
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_qwire_2.jpg|350px|]]
</center>

<hr>

===== Złącze szpilkowe Int I/O =====
Na płytce modułu KAmod ESP32-C3 DIN znajduje się listwa szpilek typu goldpin, oznaczona Int I/O. Na szpilkach wyprowadzone są wybrane linie GPIO - dokładny opis znajduje się w tabeli.
<br><br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Szpilka
! style="text-align: center;"|Rodzaj sygnału
! style="text-align: center;"|Opis/uwagi
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 1</b>
| style="text-align: center;"| Zasilanie 3,3 V
| style="text-align: left;"| Maksymalne obciążenie ok 300 mA
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 2</b>
| style="text-align: center;"|GND
| style="text-align: left;"| Masa zasilania
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 3</b>
| style="text-align: center;"|GPIO02
| style="text-align: left;"| Połączony z Interfejsem I2C - SCL
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 4</b>
| style="text-align: center;"|GPIO03
| style="text-align: left;"| Połączony z Interfejsem I2C - SDA
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 5</b>
| style="text-align: center;"|GPIO00
| style="text-align: left;"| Połączony z wejściem przetwornika ADC0-0
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 6</b>
| style="text-align: center;"|GPIO01
| style="text-align: left;"| Połączony z wejściem przetwornika ADC0-1
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 7</b>
| style="text-align: center;"|GPIO20
| style="text-align: left;"| Połączony z wejściem danych z magistrali RS485
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 8</b>
| style="text-align: center;"|GPIO10
| style="text-align: left;"| Połączony z sygnałem DE/RE (sterowanie RS485)
|-
| style="text-align: center;"|<b>Int I/O - 9</b>
| style="text-align: center;"|GPIO21
| style="text-align: left;"| Połączony z wyjściem danych na magistralę RS485
|}
</center>

<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_io.png|none|850px|thumb|center]]
</center>

<hr>

===== Funkcje kontrolek LED i przycisków =====
<br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Przycisk
! style="text-align: center;"|Rodzaj sygnału
! style="text-align: center;"|Funkcja
|-
| style="text-align: center;"|<b>RST</b>
| style="text-align: center;"| EN
| style="text-align: left;"| Wykonuje restart mikrokontrolera ESP32-C3 i uruchamia ponownie program sterujący
|-
| style="text-align: center;"|<b>PRG</b>
| style="text-align: center;"|GPIO09
| style="text-align: left;"| Uruchamia bootloader jeśli jest wciśnięty w trakcie restartu mikrokontrolera
|}
</center>
<br>
<center>
{| class="wikitable"  style="width: 1000px;"
|-
! style="text-align: center;"|Kontrolka LED
! style="text-align: center;"|Rodzaj sygnału
! style="text-align: center;"|Funkcja
|-
| style="text-align: center;"|<b>PWR</b>
| style="text-align: center;"| Zasilanie 3,3 V
| style="text-align: left;"| Sygnalizuje prawidłowe zasilanie modułu
|-
| style="text-align: center;"|<b>LED21</b>
| style="text-align: center;"|GPIO21
stan aktywny niski (L)
| style="text-align: left;"| Połączona z wyjściem danych na magistralę RS485, sygnalizuje transmisję przez RS485
|-
| style="text-align: center;"|<b>LED08</b>
| style="text-align: center;"|GPIO08
stan aktywny niski (L)
| style="text-align: left;"| Może być dowolnie sterowana
|-
| style="text-align: center;"|<b>LED09</b>
| style="text-align: center;"|GPIO09
stan aktywny niski (L)
| style="text-align: left;"| Połączona równolegle z przyciskiem PRG. 
Linia GPIO09 powinna być skonfigurowana jako ''Open Drain IN/OUT''
|}
</center>
<br>
<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_led.png|none|850px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Zasilanie =====
KAmod ESP32-C3 DIN powinien być zasilany napięciem stałym o wartości z zakresu od 7 do 32 V. Pobór prądu samego modułu nie przekracza 100 mA w czasie normalnej pracy.
<br><br>
Alternatywnie moduł może być zasilany napięciem stałym 5 V poprzez złącze USB-C.
<br>

<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_pwr.png|none|850px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Wymiary =====
Wymiary modułu KAmod ESP32-C3 DIN to 84,5 x 29 x 12 mm.

<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_wym.png|none|850px|thumb|center]]
</center>

Płytka została tak zaprojektowana, że może być umieszczona w obudowie typu [https://kamami.pl/obudowy/1179608-z106j-ps-obudowa-modulowa-na-szyne-5905275012411.html Z106] zamontowanej na szynie DIN35.
<center>
[[File:Z106.jpg|none|850px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Aplikacja testowa =====
Dla KAmod ESP32-C3 DIN została opracowana aplikacja testowa, która pozwala sprawdzić działanie modułu oraz może być bazą do rozbudowy. Kod źródłowy dostępny jest na github KAMAMI-Labs:<br>
https://github.com/KAMAMI-Labs/KAmod-ESP32-C3-DIN.git

<center>
[[File:KAmod_ESP32-C3_DIN_app.jpg|none|500px|thumb|center]]
</center>
<hr>

===== Linki =====
*[https://github.com/KAMAMI-Labs/KAmod-ESP32-C3-DIN.git Aplikacja testowa]
*[https://wiki.kamamilabs.com/images/c/c7/KAmodESP32-C3-DIN_3d.zip Model CAD (STEP)]
*[https://wiki.kamamilabs.com/images/4/4f/ESP32C3.pdf ESP32-C3 series]
*[https://documentation.espressif.com/esp32-c3_technical_reference_manual_en.pdf ESP32-C3 reference]
*[https://wiki.kamamilabs.com/images/e/e6/ESP32-C3-WROOM.pdf ESP32-C3 WROOM]