Powernode 1.1

Deze documentatie is nog onvolledig en de nieuwe nodes zijn nog niet in gebruik. Work in progress.

Powernode1.1 is de opvolger van KrachtStroomACNode, WoodLatheACNode en dergelijke.

Door middel van dezelfde kaart als waarmee toegang tot de makerspace kan worden gekregen, kunnen gebruikers van diverse machines waarvoor instructie nodig is, de energievoorziening van deze machines inschakelen zodat ze gebruikt kunnen worden.

Gebruik

Swipe je toegangskaart. Als je instructie gehad hebt voor deze machine en in de database staat blijft de endicatie LED nu aan en krijgt de machine voeding (de klik die je hoort is het relay wat bekrachtigd wordt).

Druk op de knop als je klaar bent met de machine, de voeding naar de machine wordt dan weer uitgeschakeld.

Als er iets anders aan de hand is, wordt dat gemeld door de indicatielampjes.

Indicatie lampjes

Het bovenste lampje staat aan indien de node actief is. Indien het lampje knippert is er iets fout.

Het onderste lampje is uit indien het relay uit is; en gaat 'vol' aan als het relais is ingeschakeld.

Beide lampjes knipperen even snel indien er geen toegang is. Dit kan (ook) zijn omdat het apparaat buiten werking gesteld is (zie mailing list).

Betekenis LEDs

Boven	Onder	Betekenis
UIt	Uit	Geen stroom (of de node is nog aan het opstarten).
Knippert	*	Iets fout met de CPU - check de syslog op de centrale node
Aan	*	CPU functioneert normaal.
Aan	uit	Geen (kracht)stroom. Je kan een toegangspas voor het kastje houden.
Aan	-.-.	Buiten gebruik
Aan	...	De pas is niet herkend of niet (meer) geldig.
Aan	Aan	De pas is herkend en de machine krijgt voeding

Tests

TBD. (Hoe werking van node controleren)

Ontwerp

Het kastje bevat een RFID kaartlezer, enige indicatieLED's en een Powernode1.1 basisboard met daarop ofwel een POESP-board_1.0 of POESP-board_1.1, of een ESP32-Vroom en een netvoeding.

IO list

I/O	Wat zit er op?	Note
IO34	Opto-ingang J1
IO35	Opto-ingang J2
IO32	RST van RC522_RFID	RFID-kaartlezer
IO33	IRQ van RC522_RFID	RFID-kaartlezer
IO4	AartTriac / P3 open collector	Op P3 kan extern een AartTriac worden aangesloten
IO16	AartLED	Aartled is de bovenste LED op het kastje.
IO5	Relais / P2 open collector	Op P2 kan een extern relais worden aangesloten
IO14	SCK van RC522_RFID	RFID-kaartlezer
IO12	MISO van RC522_RFID	RFID-kaartlezer
IO13	MOSI van RC522_RFID	RFID-kaartlezer
IO2	SW1 / P4	P4 via R16=330Ohm en C2=100nF, R17 is pullup 33k, D8 LED, D5 zener 3v3
IO15	SDA (CS) van de kaartlezer (en ADC ingang voor de stroomtrafo)	Oeps. Daar moet dus een suffertjesdraadje, zie "bestukkingsopties"
I_36 (SVP)	LM35 of unprotected externe input. Of suffertjesdraadje stroomtrafo.	input only. ADC1CH0
I_39 (SVN)	P8 / SW2	input only. Dit is de schakelaar op het kastje.

Bestukkingsopties

Het powernode 1.1 basisboard is in de basis erg eenvoudig, maar heeft een flink aantal optionele bestukkingsmogelijkheden om het zo universeel mogelijk inzetbaar te maken, en zijn er een aantal subtiliteiten waarover nagedacht is, en zit er zelfs een foutje in (waar dus niet goed over nagedacht is, behalve achteraf, want zo werkt dat met fouten).

Zo kan er worden gekozen uit ofwel een PoESP bord, ofwel een losse ESP32 voor situaties waar geen power-over-ethernet nodig is, of waar dit wordt geregeld door een externe POE-adapter.

Indien een losse ESP32 wordt gebruikt, is de IO hiervan beschikbaar op P9 (gelabeld VroomIO)

De stroomtrafo tr1 heeft een aantal mogelijkheden. Zo kan een 4 pins stroomtrafo type ZMCT118F gebruikt worden of een 2-pins trafo met een steek van 15.24 mm. De 4 pins trafo kan zowel recht als onder 90 graden geplaatst worden, dus met het gat in dezelfde richting als de printkroonstenen, of haaks daar op. De 2 pins trafo kan zowel recht als onder 90 graden geplaatst worden, en met enige creativiteit ook onder 45 graden, waarbij wel moet worden opgelet dat de juiste aansluitingen gekozen worden. Enkele gaten zijn namelijk Not Connected (NC) of met elkaar verbonden.

Er wordt uitgegaan van 1:1000 stroomtrafo's. Uiteraard kan door een andere keuze van load weerstand de trafo worden aangepast op het bereik van de ADC, en kan ook de software worden aangepast.

Andere trafo's kunnen worden aangesloten met connector P10 op de rand van de print, of met de soldeervlakjes P11 in het midden van de trafo-footprint, waarbij de draden voor trekontlasting door de 2.0 mm gaten "gevlochten" kunnen worden. (Via de bovenkant van de print door het gat het dichtst bij de rand, dan vanaf de onderkant door het andere gat, en dan vanaf de bovenkant door het soldeervlakje en aan de onderkant vastsolderen, hierna draad straktrekken).

De aansluiting van de trafo op de ADC kan door selectief bestukken worden gekozen. Ofwel via een 10k weerstand R19 ofwel via een 10k weerstand R22, diode D3, en afvlakcondensator C3. Zie schema. Zo kan dus gekozen worden om snel te samplen en de stroom en golfvorm echt te meten, of om via de diode en afvlakcondensator op een lagere samplerate eenvoudiger slechts een indicatie te krijgen als er "veel stroom" loopt / of de machine gebruikt wordt. D2 is een dubbeldiode die wordt gebruikt als clampdiode om de adc ingang te beschermen als door piekstromen de stroomtrafo een te hoge uitgangsspanning zou geven.

Omdat door een fout in versie 1.1 de stroomtrafo op dezelfde ingang is aangesloten als de SDA van de kaartlezer, moet hiervoor een printspoortje worden doorgekrast en een suffertjesdraadje worden gelegd. De stroomtrafo komt op ADC1CH0, de kaartlezer's SDA blijft op I/O 15. Leg hiervoor aan de onderkant van de print een draadje tussen de via die vastzit aan de linkerkant/kathode van D3 en de middelste pin van U3, en kras de verbinding aan de onderkant van de print van deze via naar de volgende via ernaast weg. (Dit is zowel van toepassing als een ESP32 wordt gebruikt als wanneer een PoESP wordt gebruikt). Als je op een andere plek de verbinding doorkrast of een draadje legt, let dan op dat de kaartlezer met de MCU verbonden blijft. Bij toepassen van een ESP32Vroom kan ook voor een andere ADC ingang worden gekozen door 1 van de pinnen op de VroomIO header (P9) te gebruiken.

U3 was bedoeld zodat een LM35 kon worden aangesloten, of, indien deze niet gebruikt wordt, hier 12V, I_36 / ADC1CH0 en gnd beschikbaar te stellen voor andere analoge sensoren, maar gezien bovenstaande "Oeps" kan deze niet worden gebruikt als ook de stroomtrafo wordt gebruikt. Mocht deze ingang toch gebruikt worden voor een andere sensor, houd er dan rekening mee dat deze rechtstreeks is aangesloten zonder enige vorm van protectie.

De Opto-ingangen, Relais, Triac en dergelijke kunnen als ze niet gebruikt worden worden weggelaten.

Er zijn enkele soldeerjumpers waarmee het relais en de triac permanent aan, of juist permanent uit geforceerd kunnen worden. Let op: dit zijn níet de headers op de print. De headers zijn open-collector uitgangen die in plaats van het relais of de triac gebruikt kunnen worden, al dan niet om een extern van de print geplaatst relais of traic te schakelen.

Sluit JP4 Om het relais AAN te forceren. JP1 voor de triac. Open JP2 om het relais UIT te forceren. JP3 voor de triac.

P2 is de header voor de open collector uitgang van het relais en P3 de header voor de open collector uitgang van de triac. Deze kunnen gebruikt worden om extern een indicatieLED aan te sluiten, of een extern relais of triac. JP4/JP1 zal de externe oc uitgang laag forceren. JP2 onderbreekt de voeding naar het relais of de externe oc uitgang. JP3 onderbreekt alleen de verbinding naar de triac en de externe uitgang blijft verbonden.

Op P6 kan als er geen gebruik wordt gemaakt van een PoESP-bord extern een voeding worden aangesloten van 5..12VDC. Uit deze spanning wordt de spoel van het relais gevoed en de 3.3v gemaakt voor de ESP32. Ook kan ervoor gekozen worden om een Hi-Link powerblokje te plaatsen op PS1 waarbij P6 gebruikt kan worden om deze 5V extern af te nemen. Als er wel gebruik wordt gemaakt van een PoESP-bord kan P6 eveneens gebruikt worden om extern voeding af te nemen binnen de grenzen wat het PoESP bord kan leveren. De spanning word hierbij ingesteld met R4 Als er een ESP-bord of een externe voeding wordt gebruikt, het Hi-Link blokje niet plaatsen. Als het Hi-Link blokje als voeding wordt gebruikt, slechts dan ook J6 plaatsen (hier kan dan netspanning worden aangesloten), en F1 plaatsen (0.1AT 5x20mm in houder), anders kunnen deze worden open gelaten.

R4 (Ohm)	P6 (Volt)
0 (short)	24
7k15	12
INF (open)	5V

Om vanuit de spanning op P6 naar 3.3V te gaan voor de ESP32, kan als er geen PoESP-bord gebruikt wordt (Dat maakt zijn eigen 3v3), een spanningsregelaar type R-78E3.3-0.5 geplaatst worden op U7 of een LM1117-3.3 op U6 De LM1117-3.3 kan niet gebruikt worden voor ingangsspanningen boven de 5V, omdat deze dan te warm wordt vanwege de door de ESP32 verlangde stroom. Het is dus aan te raden de schakelende regelaar ... te gebruiken, daarbij moet de LM1117 worden weggelaten. Wordt tóch de LM1117 gebruikt, dan moet de schakelende regelaar worden weggelaten.

Op P5 kan deze 3V3 extern worden afgenomen, of, indien deze niet op het bord zelf gemaakt wordt (omdat U6 / U7 niet geplaatst zijn) worden aangeboden.

Op P4 en P8 kan een externe schakelaar of I/O worden aangesloten. Deze ingangen zijn voorzien van een low-pass filter en een zener als beperkte protectie tegen ESD en EMI, zie schema. P4 (I/O2) kan ook gebruikt worden voor een LED of als externe I/O. P8 (I_39) als externe ingang.

Schema

Schema.pdf

Materialenlijst

Designator	Hoeveelheid	Wat is het	Bestelnummer	leverancier
TR1	1	ZMCT118F 1000:1		Aliexpress
U4	1	ESP32-WROOM		?
U1,U2	2	VOS627	2547284	Farnell
U7	1	R-78E3.3-0.5	2218602	Farnell. RS:777-3291
P10,P11,P2,P3,P5,P6,P8	7	CONN_01X02	Pinheader	generiek
C2	1	100n_OPT	2522443	Farnell
C5,C10,C8	3	100n	2522443	Farnell
C1	1	100uF	8126240	Farnell
C3	1	C_2u2_OPT	2429358	Farnell
C4,C9	2	2u2	2429358	Farnell
C6,C7	2	10n_MAINS	Reichelt: MKS4-1000 10N2	Reichelt
D1	1	AARTLED	LED	generiek
D2	1	bav99+	2675152	Farnell
D4,D6,D8	3	LED	LED	generiek
D5,D11	2	Zener_3v3	1861479	Farnell 1861479 / Reichelt BZX 55C3V3 VIS
P1	1	CONN_01X25_POESP1.0	Pinheader Female	generiek
Q1,Q2	2	BC847		SMDshop / Farnell / Reichelt
R1,R2,R10,R17,R20,R21,R24,R30,R31	9	33k 0805	Reichelt: SMD-0805 33,0K	SMDshop / Farnell / Reichelt
R3,R5,R15,R16	4	2k2 0805	Reichelt: SMD-0805 2,20K	SMDshop / Farnell / Reichelt
R4	1	7k15 0805		SMDshop / Farnell / Reichelt
R6,R7,R8,R9,R11,R12,R13,R14	8	68k 1206	2447536	SMDshop / Farnell / Reichelt: SMD 1/4W 68K
R18,R25,R26	3	330R 0805	Reichelt: SMD-0805 330	SMDshop / Farnell / Reichelt
R19,R22	2	10k 0805	Reichelt: SMD-0805 10,0K	SMDshop / Farnell / Reichelt
R23	1	50R 1% 0805	2447669	SMDshop / Farnell / Reichelt
RL1	1	FINDER-40.52		Generiek
SW1,SW2	2	SW_Push		Generiek
U3	1	LM35-LP	DNP	DNP
U5	1	MOC3023M		Farnell
U6	1	NCP1117ST33T3G_MountingTab	DNP	DNP
P4	1	CONN_01X03	Pinheader	Generiek
P7	1	CONN_01X08	Pinheader Female	Generiek
P9	1	CONN_01X16	Pinheader	Generiek
J1,J2,J4,J6	4	Screw_Terminal_1x02		Reichelt: RND 205-00232
J3,J5	2	Screw_Terminal_1x03		Reichelt: RND 205-00288
R27,R28	2	470R 1206	2861948	SMDshop / Farnell / Reichelt
R29	1	39R 1206	SMD 1/4W 39	SMDshop / Farnell / Reichelt
D3	1	OPTIONAL1n4148	2675147	Farnell
D7	1	1n4148	2675147	Farnell
D12	1	Q_TRIAC_AAG_BTA24-600BRWG	1057284	Farnell
PS1	1	HiLink_HLK-PM01	HLK-PM01	Aliexpress
F1	1	0,1AT	F0.1AT	Generiek

Deze is nog niet geheel volledig. Gemaakt met een csv-> wikitable converter, maar de .csv die KiCad exporteerd is niet rechtstreeks bruikbaar, dus tussendoor bewerkt in een spreadsheetprogramma.

PCB ontwerp / gerbers / kicadfiles

Todo hier plaatsen / linken naar github ofzo.

Kicad Files

Deze powernode1.1 basisprint is ontworpen in KiCad 5.0.0

Known issues / verbeterpunten voor v1.2

• IO 15 wordt zowel gebruikt voor de kaartlezer (Als SDA) en voor de ADC ingang van de stroomtrafo. Dat is waarschijnlijk praktisch onmogelijk en zal dan opgelost moeten worden met het doorkrassen van een printspoor en het kiezen van een andere I/O.

• De anode/kathode aanduiding van de diodes is weggevallen op de silkscreen. De "dichte" kant is de kathode, maar omdat hier de pad overheen zit is het lastig te zien.

• De aansluiting voor externe voeding is niet gelabeld. Het is de onderste printkroonsteen, het dichtst bij de zekering.

• De aansluitingen NO/NC/C van het relais zijn alleen op de bovenkant van de print gelabeld, maar hier vallen sommige typen connector overheen. Het is handig ze ook op de soldeerzijde/onderzijde te labelen. Dit kan eventueel ook met een permanent marker met fijne punt.

• In V1.2 ook een zenerdiode als alternatief voor D2 opnemen.