Модуль реле, 2 канала, i2c - Datasheet

Модуль реле на 2 канала.

Техническое описание: Данная страница содержит подробное техническое описание модуля реле на 2 канала и раскрывает работу с модулем через его регистры.

Ознакомиться с пользовательским описанием модуля и примерами работы с библиотекой iarduino_RELAY можно на странице Wiki - Модуль реле на 2 канала.

Назначение:

Модуль реле на 2 канала - является устройством коммутации, которое позволяет подключать и отключать устройства к сети переменного тока до 250В. При этом устройства подключённые через выходные контакты модуля, не должны потреблять более 10А переменного тока (на каждый канал).

Управление модулем осуществляется по шине I2C. К одной шине I2C можно подключить более 100 модулей. Адрес модуля на шине I2C (по умолчанию 0x09) назначается программно и хранится в его энергонезависимой памяти.

Модуль можно использовать в любых проектах где требуется управлять устройствами с напряжением питания до 250В и потреблением переменного тока до 10А.

Описание:

Модуль построен на базе микроконтроллера STM32F030F4, снабжен собственным стабилизатором напряжения, двумя электромеханическими реле и переключателем выбора питания обмоток реле.

Если переключатель выбора питания обмоток реле находится в положении «Vrelay», то обмотки реле питаются от напряжения поступающего со входа «Vrelay», а если переключатель находится в положении «Vcc», то обмотки реле питаются от напряжения питания логики поступающего с разъема шины I2C.

Использование отдельного питания обмоток реле оправдано если на линиях питания Vcc и GND шины I2C находятся модули чувствительные к помехам возникающим при включении и отключении обмоток реле.

Силовые устройства подключаются к сети переменного тока (до 250В) через контакты разъемов «K1» (первое реле) или «K2» (второе реле). У каждого разъема имеются контакты «NC» - нормально замкнутые и «NO» - нормально разомкнутые.

    О состоянии реле можно судить по светодиодам расположенным рядом с реле.
  • Если светодиод выключен, значит обмотка соответствующего реле обесточена, следовательно, выводы «NC» (Normally Closed) данного реле - замкнуты, а выводы «NO» (Normally Open) - разомкнуты.
  • Если светодиод светится, значит на обмотку соответствующего реле подано напряжение, следовательно, выводы «NC» данного реле - разомкнуты, а выводы «NO» - замкнуты.

Управление выходными контактами модуля осуществляется через его регистры. Доступ к регистрам модуля осуществляется по шине I2C.

С помощью регистров модуля можно:

  • Изменить адрес данного модуля, временно (пока есть питание) или постоянно.
  • Включить / отключить любое реле.

Выводы модуля:

В левой части платы расположены два разъема для подключения модуля к шине I2C. Шина подключается к любому разъему I2C, а второй разъем можно использовать для подключения следующего модуля реле, или других устройств.

  • SCL - вход/выход линии тактирования шины I2C.
  • SDA - вход/выход линии данных шины I2C.
  • Vcc - вход питания модуля 5В.
  • GND - общий вывод питания.

По центру платы, сверху и снизу, расположены разъемы Vrelay, для подключения отдельного питания 5В обмоток реле (если переключатель питания реле находится в положении Vrelay). Напряжение подаётся на любой разъём Vrelay, а второй разъем можно использовать для подачи питания на следующий модуль реле. Если переключатель питания реле находится в положении Vcc, то подавать питание на входы Vrelay не требуется.

  • Vrelay - вход отдельного питания обмоток реле (5В постоянного тока).
  • Цепь питания Vrelay оптически развязана с питанием шины I2C (у них нет общих выводов).

В правой части платы расположены два разъема: K1 и K2, это выходы, через контакты которых подключаются силовые устройства к сети переменного тока до 250В. Устройства не должны потреблять более 10А (на каждый канал).

  • K1 - разъём первого реле с контактами «NC» (Normally Closed) - нормально замкнуты и «NO» (Normally Open) - нормально разомкнуты.
  • K2 - разъём второго реле с контактами «NC» (Normally Closed) - нормально замкнуты и «NO» (Normally Open) - нормально разомкнуты.

Характеристики:

  • Напряжение питания логики: 5 В (постоянного тока).
  • Напряжение питания обмоток реле: 5 В (постоянного тока).
  • Ток потребляемый логикой модуля: до 20 мА.
  • Ток потребляемый обмоткой реле: до 80 мА (на каждый канал).
  • Коммутируемое напряжение: до 250 В (переменного тока).
  • Коммутируемый ток: до 10 А (на каждый канал).
  • Количество каналов: 2.
  • Интерфейс: I2C.
  • Скорость шины I2C: 100 кбит/с.
  • Адрес на шине I2C: устанавливается программно (по умолчанию 0x09).
  • Уровень логической 1 на линиях шины I2C: 3,3 В (толерантны к 5 В).
  • Рабочая температура: от -40 до +65 °C.
  • Габариты с креплением: 55 х 55 мм.
  • Габариты без креплений: 55 х 45 мм.
  • Вес: 20 г.

Установка адреса:

Установка адреса (без сохранения):

Если в регистр 0x06 «ADDRESS» записать значение из 7 бит адреса и младшим битом «SAVE_FLASH» равным 0, то указанный адрес станет адресом модуля на шине I2C, но он не сохранится во FLASH памяти, а значит после отключения питания, установится прежний адрес модуля.

Установка адреса (с сохранением):

Для установки адреса с его сохранением в FLASH память модуля необходимо выполнить два действия:

  • Установить бит «SAVE_ADR_EN» в регистре 0x01 «BITS_0» (при этом адрес модуля останется прежним).
  • Записать в регистр 0x06 «ADDRESS» значение из 7 бит адреса и младшим битом «SAVE_FLASH» равным 1.
  • Если не выполнить первое действие (не установить бит «SAVE_ADR_EN»), то новый адрес будет проигнорирован и у модуля останется старый адрес.
  • ВАЖНО: запись адреса занимает не менее 30 мс. После сохранения адреса бит «SAVE_ADR_EN» в регистре 0x01 «BITS_0» самостоятельно сбросится в 0.

Регистры:

Карта регистров модуля:

адрес76 5 4 3 2 10
0x00 FLG_RESET FLG_SELF_TEST - - - - - -
0x01 SET_RESET SET_SELF_TEST - - - - SAVE_ADR_EN -
0x02
0x03
RESERVED
0x04 MODEL[7-0]
0x05 VERSION[7-0]
0x06 ADDRESS[6-0] SAVE_FLASH
0x07 CHIP_ID[7-0]
0x08
...
0x11
RESERVED
0x12 - - - - - - DIGITAL-2 DIGITAL-1
0x13 - - WRITE_H-2 WRITE_H-1 - - WRITE_L-2 WRITE_L-1

Регистры с адресами 0x02, 0x03, 0x08 - 0x11 зарезервированы, их биты сброшены в 0. Попытка записи данных в эти регистры будет проигнорирована модулем.

Регистр 0x00 «FLAGS_0» - содержит флаги чтения состояния модуля:

Регистр только для чтения.

  • FLG_RESET - Флаг указывает на факт выполнения успешной перезагрузки модуля. Флаг самостоятельно сбрасывается после чтения регистра 0x00 «FLAGS_0».
  • FLG_SELF_TEST - Флаг указывает на результат выполнения самотестирования модуля (0-провал, 1-успех). Не поддерживается данным модулем.

Регистр 0x01 «BITS_0» - содержит биты установки состояния модуля:

Регистр для записи и чтения.

  • SET_RESET - Бит запускает программную перезагрузку модуля. О завершении перезагрузки свидетельствует установка флага «FLG_RESET» регистра 0x00 «FLAGS_0».
  • SET_SELF_TEST - Бит запускает самотестирование модуля. При успешном завершении самотестирования устанавливается флаг «FLG_SELF_TEST » регистра 0x00 «FLAGS_0». Не поддерживается данным модулем.
  • SAVE_ADR_EN - Бит разрешает записать новый адрес модуля для шины I2C в FLASH память. Бит самостоятельно сбрасывается после сохранения адреса во FLASH память. запись адреса выполняется следующим образом: нужно установить бит «SAVE_ADR_EN», после чего записать новый адрес в регистр 0x06 «ADDRESS» с установленным битом «SAVE_FLASH».

Регистр 0x04 «MODEL» - содержит идентификатор типа модуля:

Регистр только для чтения.

Регистр 0x05 «VERSION» - содержит версию прошивки модуля:

Регистр только для чтения.

  • VERSION[7-0] - Версия прошивки (от 0x01 до 0xFF).

Регистр 0x06 «ADDRESS» - отвечает за чтение/установку адреса модуля на шине I2C:

Регистр для чтения и записи.

  • ADDRESS[6-0] - 7 бит адреса модуля на шине I2C. При чтении возвращается текущий адрес модуля, при записи устанавливается указанный адрес модулю.
  • SAVE_FLASH - Флаг записи адреса в FLASH память модуля.
    Флаг имеет значение только при записи данных в регистр.
    Если флаг сброшен, то адрес в битах ADDRESS[6-0] будет установлен временно (до отключения питания, или сброса/записи нового адреса). Если флаг установлен, то адрес в битах ADDRESS[6-0] будет сохранён в FLASH память модуля (останется и после отключения питания), но только если в бите «SAVE_ADR_EN» регистра 0x01 «BITS_0» установлена логическая 1. Если флаг «SAVE_FLASH» установлен, а бит «SAVE_ADR_EN» сброшен, то адрес в битах ADDRESS[6-0] не будет установлен ни временно, ни постоянно.

Регистр 0x07 «CHIP_ID» - содержит идентификатор общий для всей линейки:

Регистр только для чтения.

У всех модулей линейки в регистре «CHIP_ID» содержится значение 0xC3. Если требуется отличить модули линейки на шине I2C от сторонних модулей, то достаточно прочитать значение регистров 0x06 «ADDRESS» и 0x07 «CHIP_ID» всех модулей на шине I2C. Если 7 старших битов регистра 0x06 «ADDRESS» хранят адрес совпадающий с адресом модуля, а в регистре 0x07 «CHIP_ID» хранится значение 0xC3, то можно с большой долей вероятности утверждать, что данный модуль является модулем линейки.

    Регистр 0x12 «DIGITAL_ALL» - содержит биты управления реле:

    Регистр для чтения и записи.

    • DIGITAL-1...2 - Биты определяют состояния обмоток реле: «0» - выключено, «1» - включёно.
      Пример: DIGITAL_ALL = (XXXXXX01)2 => реле 1 включено, реле 2 - выключено.
      Таким образом, можно управлять всеми реле записав всего один байт в данный регистр.

    Регистр 0x13 «DIGITAL_ONE» - содержит биты управления реле:

    Регистр для чтения и записи.

    • WRITE_H-1...2 - Установка данных битов приводит к установке соответствующих битов «DIGITAL-1...2» регистра 0x12 «DIGITAL_ALL» и, как следствие, включению соответствующих обмоток реле.
      Биты сбрасываются самостоятельно.
    • WRITE_L-1...2 - Установка данных битов приводит к сбросу соответствующих битов «DIGITAL-1...2» регистра 0x12 «DIGITAL_ALL» и, как следствие, отключению соответствующих обмоток реле.
      Биты сбрасываются самостоятельно.
    • Данный регистр, в отличии от регистра 0x12 «DIGITAL_ALL», удобно использовать когда требуется изменить состояние одного реле, не меняя состояние другого.

    Доступ к данным регистров:

    Каждый регистр модуля хранит 1 байт данных. Так как модуль использует интерфейс передачи данных I2C, то и доступ к данным охарактеризован им.

    Обмен данными по шине I2C происходит по одному биту за один такт, после каждых переданных 8 бит (1 байта) принимающее устройство отвечает передающему одним битом: «ACK» в случае успешного приёма, или «NACK» в случае ошибки. Пакет приёма/передачи данных начинается сигналом «START» и завершается сигналом «STOP». Первый байт пакета всегда состоит из 7 бит адреса устройства и одного (младшего) бита R/W.

    Сигналы интерфейса передачи данных I2C:

      Для удобства восприятия сигналов они выполнены в следующих цветах:
    • Зелёный - сигналы формируемые мастером.
    • Красный - данные отправляемые мастером.
    • Синий - данные отправляемые модулем Metro.
    • Фиолетовый - данные отправляемые мастером или модулем Metro.
    • «START» - отправляется мастером в начале пакета приема/передачи данных. Сигнал представляет переход уровня линии «SDA» из «1» в «0» при наличии «1» на линии «SCL».
    • «STOP» - отправляется мастером в конце пакета приёма/передачи данных. Сигнал представляет переход уровня линии «SDA» из «0» в «1» при наличии «1» на линии «SCL».
    • БИТ - значение бита считывается с линии «SDA» по фронту импульса на линии «SCL».
    • «ACK» - бит равный 0, отправляется после успешного приёма байта данных.
    • «NACK» - бит равный 1, отправляется после байта данных в случае ошибки.
    • ПЕРВЫЙ БАЙТ - отправляется мастером, состоит из 7 бит адреса и бита «RW».
    • «R/W» - младший бит первого байта данных указывает направление передачи данных пакета, 1 - прием (от модуля к мастеру), 0 - передача (от мастера в модуль).
    • «RESTART» - повторный старт, отправляется мастером внутри пакета. Сигнал представляет из себя «START» отправленный не на свободной шине, а внутри пакета.

    ВАЖНО: Все изменения на линии «SDA» должны происходить только при наличии «0» на линии «SCL» за исключением сигналов «START», «STOP» и «RESTART».

      Запись данных в регистры:

      • Отправляем сигнал «START».
      • Отправляем первый байт: 7 бит адреса модуля и бит «R/W» равный 0 (запись).
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Отправляем второй байт: адрес регистра в который будет произведена запись.
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Отправляем третий байт: данные для записи в регистр.
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Далее можно отправить четвёртый байт данных для записи в следующий по порядку регистр и т.д.
      • Отправляем сигнал «STOP».

      Пример записи в один регистр:

      Запись значения 0x2A в регистр 0x06 модуля с адресом 0x09:

                                       // Запись в регистр методами библиотеки Wire.h
      Wire.beginTransmission(0x09);    // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
      Wire.write(0x06);                // Записываем в буфер байт адреса регистра.
      Wire.write(0x26);                // Записываем в буфер байт который будет записан в регистр.
      Wire.endTransmission();          // Выполняем передачу адреса и байтов из буфера. Функция возвращает: 0-передача успешна / 1 - переполнен буфер для передачи / 2 - получен NACK при передаче адреса / 3 - получен NACK при передаче данных / 4 - другая ошибка.
      

      Пример записи в несколько регистров подряд:

      Запись в модуль с адресом 0x09 нескольких значений начиная с регистра 0x12:
      В регистр 0x12 запишется значение 0x0F, в следующий по порядку регистр (0x13) запишется значение 0x30 и в следующий по порядку регистр (0x14) запишется значение 0xB1.

                                       // Запись в регистры методами библиотеки Wire.h
      byte data[3] = {0x0F,0x30,0xB1}; // Определяем массив с данными для передачи.
      Wire.beginTransmission(0x09);    // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
      Wire.write(0x12);                // Записываем в буфер байт адреса первого регистра.
      Wire.write(data, 3);             // Записываем в буфер 3 байта из массива data.
      Wire.endTransmission();          // Выполняем передачу адреса и байт из буфера. Функция возвращает: 0-передача успешна / 1 - переполнен буфер для передачи / 2 - получен NACK при передаче адреса / 3 - получен NACK при передаче данных / 4 - другая ошибка.

      Чтение данных из регистров:

      • При чтении пакет делится на 2 части: запись № регистра и чтение его данных.
      • Отправляем сигнал «START».
      • Отправляем первый байт: 7 бит адреса модуля и бит «R/W» равный 0 (запись).
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Отправляем второй байт: адрес регистра из которого нужно прочитать данные.
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Отправляем сигнал «RESTART».
      • Отправляем первый байт после «RESTART»: 7 бит адреса и бит «R/W» равный 1 (чтение).
        Получаем ответ от модуля в виде одного бита «ACK».
      • Получаем байт данных из регистра модуля.
        Отвечаем битом «ACK» если хотим прочитать следующий регистр, иначе отвечаем «NACK».
      • Отправляем сигнал «STOP».

      Пример чтения одного регистра:

      Чтение из модуля с адресом 0x09 байта данных регистра 0x05:
      (в примере модуль вернул значение 0x01).

                                       // Чтение регистра методами библиотеки Wire.h
      byte data;                       // Объявляем переменную для чтения байта данных.
      Wire.beginTransmission(0x09);    // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
      Wire.write(0x05);                // Записываем в буфер байт адреса регистра.
      Wire.endTransmission(false);     // Выполняем передачу без установки состояния STOP.
      Wire.requestFrom(0x09, 1);       // Читаем 1 байт из устройства с адресом 0x09. Функция возвращает количество реально принятых байтов. Так как предыдущая функция не установила состояние STOP, то состояние START установленное данной функцией будет расценено как RESTART.
      data=wire.read();                // Сохраняем прочитанный байт в переменную data.

      Пример чтения нескольких регистров подряд:

      Чтение из модуля с адресом 0x09 нескольких регистров начиная с регистра 0x05:
      (в примере модуль вернул значения: 0x01 из рег. 0x05, 0x13 из рег. 0x06, 0xC3 из рег. 0x07).

                                       // Чтение регистров методами библиотеки Wire.h
      byte data[3];                    // Объявляем массив для чтения данных.
      Wire.beginTransmission(0x09);    // Инициируем передачу данных в устройство с адресом 0x09.
      Wire.write(0x05);                // Записываем в буфер байт адреса регистра.
      Wire.endTransmission(false);     // Выполняем передачу без установки состояния STOP.
      Wire.requestFrom(0x09, 3);       // Читаем 3 байта из устройства с адресом 0x09. Функция возвращает количество реально принятых байтов. Так как предыдущая функция не установила состояние STOP, то состояние START установленное данной функцией будет расценено как RESTART.
      int i=0;                         // Определяем счётчик номера прочитанного байта.
      while( Wire.available() ){       // Выполняем цикл while пока есть что читать из буфера.
        if(i<3){                       // Лучше делать такую проверку, чтоб не записать данные за пределы массива data!
          data[i] = wire.read(); i++;  // Читаем очередной байт из буфера в массив data.
        }                              //
      }                                //

      Примечание:

      • Если на линии I2C только один мастер, то сигнал «RESTART» можно заменить на сигналы «STOP» и «START».
      • Рекомендуется не выполнять чтение или запись данных чаще 200 раз в секунду.
        Обратите внимание на сигналы «RESTART» и «STOP» в пакетах чтения данных:
      • Между фронтом и спадом сигнала «RESTART» проходит фронт импульса на линии «SCL», что расценивается как передача бита равного 1.
      • Между сигналом «NACK» и сигналом «STOP» проходит фронт импульса на линии «SCL», что расценивается как передача бита равного 0.
      • Эти биты не сохраняются в модулях и не расцениваются как ошибки.

      Модуль не поддерживает горячее подключение: Подключайте модуль только при отсутствии питания и данных на шине I2C. В противном случае потребуется отключить питание при уже подключённом модуле.

      Пример включения и выключения 1 и 2 канала модуля:

      • В начале скетча определены константы с указанием адреса модуля и адреса регистра с помощью которого можно управлять одним выходом.
      • В коде setup() была инициирована работа с шиной I2C.
      • В коде loop с промежутками в 500 миллисекунд, в регистр «REG_DIGITAL_ONE» отправляется сначала байт данных со значением 0b00110000 (включение 1 и 2 канала), а потом со значением 0b00000011 (выключение 1 и 2 канала).
      #include <Wire.h>                                   // Подключаем библиотеку Wire для работы с шиной I2C.
      const int ADDRESS         =  0x09;                  // Определяем адрес модуля Metro - расширитель выводов.
      const int REG_DIGITAL_ONE =  0x13;                  // Определяем адрес регистра DIGITAL_ONE для управления выходами.
                                                          //
      void setup(){                                       //
          Wire.setClock(100000L);                         // Устанавливаем скорость передачи данных по шине I2C.
          Wire.begin();                                   // Инициируем работу c шиной I2C в качестве мастера.
          delay(500);                                     //
      }                                                   //
                                                          //
      void loop(){                                        //
      //  Включаем 1 выход модуля:                        //
          Wire.beginTransmission(ADDRESS);                // Инициируем передачу данных по шине I2C к устройству с адресом ADDRESS и битом RW=0 (запись). При этом сама передача не начнётся.
          Wire.write(REG_DIGITAL_ONE);                    // Функция write() помещает значение своего аргумента в буфер для передачи. В данном случае это номер регистра DIGITAL_ONE.
          Wire.write(0b00110000);                         // Функция write() помещает значение своего аргумента в буфер для передачи. В данном случае это число с двумя установленными битами.
          Wire.endTransmission();                         // Выполняем инициированную ранее передачу данных.
          delay(500);                                     // Добавляем задержку в пол секунды.
      //  Выключаем 1 выход модуля:                       //
          Wire.beginTransmission(ADDRESS);                // Инициируем передачу данных по шине I2C к устройству с адресом ADDRESS и битом RW=0 (запись). При этом сама передача не начнётся.
          Wire.write(REG_DIGITAL_ONE);                    // Функция write() помещает значение своего аргумента в буфер для передачи. В данном случае это номер регистра DIGITAL_ONE.
          Wire.write(0b00000011);                         // Функция write() помещает значение своего аргумента в буфер для передачи. В данном случае это число с двумя установленными битами.
          Wire.endTransmission();                         // Выполняем инициированную ранее передачу данных.
          delay(500);                                     // Добавляем задержку в пол секунды.
      }                                                   //

      Габариты:

      Ссылки:

      Обсуждение