Systemy Embedded (Innymi słowy:  wbudowane) to systemy specjalnego przeznaczenia, stające się integralną częścią obsługiwanego przez niego osprzętu (hardware). Spełniają zazwyczaj dokładnie określone wymagania pod kątem zadań jakie stawia im się do wykonania. Z założenia nie są wielofunkcyjne, ale powinny mieć możliwość autonomicznego funkcjonowania. Jako przykłady podać można kontrolery automatów vendingowych, komputery pokładowe, sprzęt pomiarowy, bankomaty, sterowniki PLC nadzorujące konkretne procesy, systemy alarmowe czy automatyki budynków.

Jak wygodnie tworzyć tego typu urządzenia? Postaram się na konkretnym przykładzie podać kilka praktycznych wskazówek ułatwiających pracę projektantom urządzeń elektronicznych.

Weźmy „na warsztat” przykład automatyzację ogrzewania i wentylacji w budynku jednorodzinnym ogrzewanym kotłem kondensacyjnym z systemem grzejników naściennych. Koszty gazu rosną dramatycznie, warto więc stworzyć system, który pozwoli na dostarczanie ciepła we właściwe pomieszczenia o odpowiedniej porze dnia i w wymagane dni tygodnia. 

Załóżmy, że domownicy opuszczają budynek po godzinie 7:30 i wracają do niego po godzinie 16:00, oraz weekendy zazwyczaj spędzają całe w domu. Nie dość, że podczas ich nieobecności nie ma potrzeby utrzymywania stałej, wysokiej temperatury, to dodatkowo niektóre pomieszczenia (jak np. łazienka) dla komfortu ich użytkowania wymagają podwyższonego ciepła powietrza podczas porannego prysznica lub wieczornej kąpieli. Idealnie byłoby więc mieć możliwość pomiaru temperatury każdego pomieszczenia indywidualnie oraz sterowania głowicą zaworu grzejnikowego na podstawie pory dnia (godziny), dnia tygodnia oraz aktualnej temperatury danego miejsca.

Do tego celu można wykorzystać dowolny komputer jednopłytkowy (jak na przykład powszechnie dostępny i tani Raspberry Pi) rozbudowany o odpowiednie moduły. Istnieją gotowe darmowe systemy programowe, które można wykorzystać do tego celu, ale nic nie stoi na przeszkodzie, aby stworzyć własny, komercyjny system.

Jak to się odnosi do „systemu embedded”? Skoro mamy już komputer jednopłytkowy jako serce naszego systemu i wiemy jakie dodatkowe elementy funkcjonalne powinna posiadać całość, możemy dokładać odpowiednie rozszerzenia. Można tu wymienić np. dodatkowy moduł zegara czasu rzeczywistego pozwalający uniezależnić się od chwilowych zakłóceń w dostawach zasilania, moduły wejść-wyjść jak np. komunikację przewodową (np. do termometrów One-Wire) jak i bezprzewodową (jeśli gdzieś nie możemy dociągnąć kabla), moduł przekaźnikowy do sterowania zaworami. Warto to wszystko zamknąć w stosownej obudowie, która nie tylko zabezpieczy nam elektronikę przed przypadkowymi uszkodzeniami ale także nada profesjonalnego wyglądu całości.

I tu dochodzimy do sedna tematu. Jaką obudowę, gdzie ją znaleźć, co oferuje? Jak połączyć projektowane moduły między sobą, jak oprzewodować całość aby było to intuicyjne i wygodne w użyciu? Warto sięgnąć do oferty firmy Phoenix Contact, gdzie znajdziecie odpowiednie obudowy uniwersalne serii UCS oraz szeroką gamę złącz – zarówno płytka-płytka jak i złącz wtykowych zasilających, sygnałowych czy transmisji danych.

Seria UCS składa się z wielu wariantów wielkościowych. Ich rozmiar nie jest dobrany przypadkowo – są tak zaprojektowane, aby pomieścić wewnątrz najpopularniejsze komputery jednopłytkowe, stanowiące bazę np. dla systemów embedded. Ich mocowanie we wnętrzu jest banalnie proste –wykorzystujecie elementy narożnikowe posiadające odpowiednie otwory na wkręty, albo korzystacie z akcesoryjnych, dowolnie wklejanych wsporników. Wysokość obudowy można zwiększać dokładając poszczególne poziomy, a ścianki boczne wyfrezować pod stosowne gniazda. Same obudowy można postawić na blacie, powiesić na szynie DIN lub przykręcić wprost do ściany – wszystko dzięki szerokiemu programowi dostępnych akcesoriów. Co więcej – górna powierzchnia może być użyta jako ramka wyświetlacza lub baza klawiatury membranowej, aby tworzony system można było obsługiwać bezpośrednio na urządzeniu.

Złącza to od lat domena Phoenix Contact – warto wspomnieć, że w 2022 roku minie 50 lat od opracowania pierwszych złącz do PCB przez tą markę. Pół wieku doświadczeń i stałej obecności w branży, jak i ogromne zaufanie jakim obdarzyli te złącza wiodący producenci urządzeń pozwala na potwierdzenie słuszności dokonywania wyboru z najlepszej oferty na rynku.

Warto także wspomnieć, że portfolio niemieckiego producenta Phoenix Contact okazało się najczęściej kopiowane, zwłaszcza przez azjatyckie firmy. Pojawiło się dużo alternatywnych produktów, do złudzenia wyglądających jak markowe komponenty, wręcz wzajemnie kompatybilne. Nie mniej jednak diabeł zawsze tkwi w szczegółach – niektóre detale są trudne lub niemożliwe do podrobienia. Warto odpowiedzieć sobie na pytanie, czy lepiej postawić na długofalowe doświadczenie poparte odpowiednimi inwestycjami w badania, czy użyć w ważnej aplikacji taniej kopii, która po czasie może zawieść.

W zakresie elementów do połączeń międzypłytkowych, polecane są serie w małych rastrach – FQ 2,54; FQ 1,27;  FP 1,27; FP 0,8 czy najnowsza seria FS 0,635. Łączenie prostopadłe, równoległe (w szerokim zakresie odstępów między laminatami), niektóre w wersjach ekranowanych czy o wysokiej odporności na wibracje – tak szerokie portfolio zaspokoi wszelkie potrzeby konstruktorów.

Dla przyłączy zewnętrznych (np. w celu podpięcia zasilania, modułów I/O, portów komunikacyjnych) także znajdziecie odpowiednie elementy. Różne ilości biegunów, techniki przyłączania przewodów, sposoby ryglowania wtyków na gniazdach, kolorystyka, opisy bezpośrednio na złączach – wszystko aby finalne urządzenie było jak najbardziej funkcjonalne i intuicyjne w obsłudze.

Zapraszam na Strefę Elektronika (www.strefaelektronika.com) – znajdziecie tam kompletne portfolio złącz i obudów do Waszej elektroniki.

Autor:

Piotr Andrzejewski – Menadżer Segmentu DC

email: pandrzejewski@phoenixcontact.pl GSM: 604 063 571