RIO, maar dan niet in Brazilië

Langzamerhand beginnen de onderdelen van de elektrische installatie vorm te krijgen. Eerder al het multifunctionele display, in dit bericht de RIO. Hier niet een badplaats in Brazilië, maar een afkorting die in het vakgebied Industriële Automatisering gebruikt wordt voor Remote I/O. Vaak een input/output-module die op een veldbus aangesloten zit en op afstand van een centrale besturingscomputer geplaatst wordt. In de automobielindustrie wordt ook uitgebreid gebruik gemaakt van veldbussen met op afstand geplaatste modules voor bediening en aansturing. De de-facto veldbus in auto's is de CAN-bus, hoewel er nieuwe ontwikkelingen zijn.

In de Burton komen enkele RIO-boxjes die allemaal op de CAN-bus aangesloten worden. Hieronder een overzicht van het geheel:

CAN-bus layout

De verschillende afkortingen staan voor:

• LV: linksvoor
• RV: rechtsvoor
• MK: (onder de) motorkap
• MD: multifunctioneel display
• DB: dashboard
• LA: linksachter
• RA: rechtsachter

De LV, RV, LA en RA-boxjes zijn bedoeld om de lampen in de hoeken van de auto aan te sturen en krijgen precies dezelfde opzet. Vier mosfet-schakelingen voor de aansturing van deze relatief grote stroomverbruikers. De schakeling uit het vorige bericht wordt in elk boxje dus vier keer uitgevoerd. De boxjes zijn van het type 1590B, aluminium behuizingen die meestal gebruikt worden voor effectapparaatjes van elektrische gitaren (stompbox). De gesloten metalen behuizing zorgt voor een goede afscherming van stoorsignalen. Ze zijn niet heel groot, dus het wordt een uitdaging om alles er ingeprakt te krijgen. Met alles bedoel ik:

De onderdelen van de RIO

De microcontroller - niet onbelangrijk - staat nog niet eens op de foto. Ook de bedrading voor de voeding en de vier uitgangen (lampen) staat er hierboven niet bij. Het doosje waar dit alles in moet heeft een buitenafmeting van 112mm x 60.5mm x 31mm.

1590B stompbox

Het printje heeft doorgemetaliseerde gaatjes. Erg fijn om mee te werken. De microcontroller DevKit heeft twee rijen pins en wordt gemonteerd op pin headers.

De ESP32 DevKit met pin header

De pin headers worden als eerste geplaatst zodat de plek van de uC vast ligt. De rest van de componenten is afhankelijk van die positie.

Pin headers gesoldeerd

De optocouplers

Pull-up en -down weerstanden voor WhoAmI

Elke microcontroller krijgt hetzelfde softwareprogramma en detecteert op basis van drie digitale ingangen wat zijn functie is. Met drie ingangen kun je 8 verschillende combinaties van nullen en enen bedenken. De drie weerstanden op bovenstaand plaatje bepalen deze combinatie. Ze zijn hier trouwens nog niet aan nul of 3,3 volt verbonden. De identificatiecode op deze drie ingangen wordt het enige verschil tussen de vier RIO-boxjes.

1k weerstanden tussen uC en optocoupler

Nog vier weerstanden vormen de verbinding tussen de outputs van de microcontroller en de ingangen van vier optocouplers. De andere kant van de ingangen van de optocouplers worden gezamenlijk aan de digitale ground gesoldeerd:

Digitale ground

De vier optocouplers vormen de galvanische scheiding tussen de schone 5 volt voeding van de microcontroller en de 'vuile' 12 volt voeding (accu) van de lampen.

De 10k-weerstanden zijn geplaatst.

De 200 ohm weerstanden naar de gate van de mosfet

De mosfets zitten op bovenstaande foto tijdelijk bevestigd met boutjes door het koellichaam. Het koellichaam van de mosfet zit intern verbonden met de drain. Da's mooi, want dan is er een mooi groot metalen vlak waaraan de bedrading naar de lamp bevestigd kan worden. De mosfets zelf zitten aan de onderkant van de print. Dat komt vanwege de beperkte ruimte in de behuizing beter uit.

De bedrading zit gesoldeerd.

Aan de bovenkant van de print zit de source van elke mosfet verbonden met de nul van de accuspanning. Aangezien hier de stroom van alle vier de mosfets verzameld wordt, volstaat een dun printspoortje niet. Een stukje massief koperdraad van 2,5mm² is hier een beter idee.

Stukje koperdraad als bus bar.

De CAN-bus I/O moet nog omgezet worden van de RX-TX-signalen van de microcontroller (0..3,3 volt) naar de elektrische spanningen op de CAN-bus zelf; de zogenaamde CAN-High en CAN-Low-signalen. Hiervoor wordt een klein interface-bordje gebruikt gebaseerd op de CAN-bus transceiver chip TJA1050 van NXP.

CAN-bus interface met en...

Op dit bordje zit standaard een 120 ohm weerstand gesoldeerd (rechtsboven op de foto) om de CAN-bus af te sluiten. Alleen op de eind-nodes (LV en RA) van de CAN-bus moeten deze aanwezig zijn. Voor alle tussenliggende nodes moet deze weerstand verwijderd worden. Zo dus:

...zonder afsluitweerstand.

Het transceiver-bordje werkt op 5 volt. De microcontroller-I/O werkt echter op 3,3 volt. Het bordje werkt prima met een 3,3 volt-signaal op de TX-ingang. Echter de microcontroller vindt 5 volt op zijn RX-ingang niet zo fijn. Met een spanningsdeler bestaande uit twee weerstanden is dit probleem op te lossen.

Bijna klaar.

Linksboven op de print zit nog een aansluiting voor een blauwe led waarmee communicatiesignalen op de CAN-bus getoond worden. Dit ledje zal aan de buitenkant van de behuizing zichtbaar zijn. Onder op de print zit een printkroonsteen voor de verbinding met de CAN-bus-kabel die door de auto loopt.

Alles op zijn plek.

In een volgende post komt het aluminium kastje zelf aan bod.