Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Wireless / Wind Logging System for Sourcing ENergy - "Wilssen" is a modular controller for e.g. a wind turbine, it monitors all parameters like phase voltage and efficiency when the wind turbine is generating power.
Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Mo 19. Nov 2012, 22:41

Low cost, compatibility and (cost-, energy-) efficiency are key aspects.
In my opinion, everything should be in SMD. It will make the PCB more space efficient, ie. smaller, and cheaper to produce (less holes) and populate (even at DIY level)
The only downside IMHO is, that a fried chip is harder to replace compared to an MCU in a DIL socket. However, it's not impossible to fix a fried chip, nor is it likely, that the MCU will be fried, especially when using the Arduino bootloader.

- MCU: Atmel Atmega 168 running at 8Mhz with an external crystal due to the system voltage of 3.3V. (NRF24L01, sdcards.. work with 3.3V)
I would go for the 328 (more space) or even a newer one from the U series with hardware-USB, but those are significantly more expensive. We don't need USB at the controller.

- microSD card slot (optional to populate)
- header for the wireless module with the Nordic NRF24L01
- ISP-header
- multiple headers for SPI output?
- direct battery connection to ADC through a stabilized voltage divider to measure the logic power supply battery voltage.
- I am still searching for a 4xAA charging IC. I found some expensive ones at National, but those seem too sophisticated and... expensive! :roll:
- How should we multiplex the phase voltage and current measurements? Analog multiplexing IC after the Amplifier stage or before?
- Should there be OpAmps onboard with configurable gain through jumpers or unpopulated pads or should those also be outsourced to the e.g. current sensor boards.
- Should we incorporate the footprint of an Arduino nano or something like that and bring out all the pins in the same manner?
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Sa 24. Nov 2012, 08:16

I started to layout an alpha version of the schematics. I think I will include the MAX1555 or MAX1551 LiPo 1c charger onboard, it doesn't take up much space. It's optional to populate then. One can use a single LiPo cell as a logic board power supply then and charge it with an USB connection.
Dateianhänge
20121124LXM2357__LX-M.de__-002.jpg
Shure working on the Wilssen PCB
20121124LXM2357__LX-M.de__-002.jpg (75.96 KiB) 5841 mal betrachtet
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Di 27. Nov 2012, 06:36

(work in progress)

PS: Someone may please install an image resize and thumbnail plugin for phpBB. :roll:
201211270426_Wilssen_core_schematic4.png
201211270426_Wilssen_core_schematic4.png (169.24 KiB) 5825 mal betrachtet
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
case
Beiträge: 741
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von case » Di 27. Nov 2012, 15:55

Hi Alex.

Cool!

Handelt es sich bei "Bat_Sens" und U2 um das was Du mit "direct battery connection to ADC through a stabilized voltage divider to measure the logic power supply battery voltage." meintest ?

Programmiert wird das ganze vermutlich über JP4/ISP_Header zum flashen des Bootloaders und über JP9 zum hochladen der Programme in den Bootloader, mittels FTDI-Breakout-Shield, ja ?

Wäre es vielleicht möglich JP4 so auszulegen, das man den wahlweise auch mit nem 10poligen Stecker bestücken kann ?

Und beim USB-Connector der Pin "VBUS", ist das ein Typo und sollte eigentlich "VUSB" heissen oder heisst der tatsächlich so ?

Achja, und bezügl. "multiple headers for SPI output?", das wär vielleicht ganz gut wegen SD-Card Anschluss.

Gruss, Oliver
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

Mein Blog: http://makeable.de
OpenEcoLab-Charta: http://openecolab.de

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Mi 28. Nov 2012, 07:55

Hey Oli,
Bat_Sens ist die Spannungsüberwachung, ja, aber U2 ist die Logikspannungsversorgung, ein 3.3V LDO Spannungsregler. Hierzu noch auf der TODO-List: Einen 3.3V LDO mit niedrigem idle current und low drop <0.3V suchen, der bezahlbar ist.

ISP-Header ist 6polig, weil ich das effizienter finde: Man braucht nur 6 pole und bei 10 sind 4 überflüssig. Das ist schon eine Menge Platz der zusätzlich draufgehen würde. zusätzlich zum 6pol einen 10pol geht nur mit airwires oder vias (also auch doof).

VBUS ist correct, USB = Universal Serial BUS :-)

SPI header kommen noch dabei, muss mir aber mal überlegen, wie und welche Pins ich als CSN (chip select not) rausführe, damit man die clients ansprechen kann.

Shure
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
case
Beiträge: 741
Registriert: Mi 13. Jun 2012, 01:12

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von case » Fr 30. Nov 2012, 01:06

shure hat geschrieben: ISP-Header ist 6polig, weil ich das effizienter finde: Man braucht nur 6 pole und bei 10 sind 4 überflüssig. Das ist schon eine Menge Platz der zusätzlich draufgehen würde. zusätzlich zum 6pol einen 10pol geht nur mit airwires oder vias (also auch doof).
Ok, is auch nicht so wichtig. Hab grad im Blog gelesen dass Du die Vias auf ein Minimum beschränken willst.
SPI header kommen noch dabei, muss mir aber mal überlegen, wie und welche Pins ich als CSN (chip select not) rausführe, damit man die clients ansprechen kann.
Welche Clients benötigen denn noch SPI-Kommunikation ? OK, der NRF24L01 könnt ich mir vorstellen. Sonst noch welche ?

Bzw. was wird denn jetzt noch alles an Peripherie benötigt ?

Soweit ich das jetzt überblicke steht da noch an

- ein 2.4Ghz Modul
- SD-Card
- Messung des Stroms vom Generator
- Messung der Spannung vom Generator (mehrere Phasen ?)
- RGB-LED Modul
- Ladekontrolle für Batterie ?
- Messung dessen was vor dem Generator ankommt ? (ich sags mal mit meinen laienhaften Worten)

Bin schon gespannt darauf, leider gehts da in einen Bereich rein, wo ich absolut kein Plan von hab., von wegen OpAmps on board oder outgesourced, gemultiplexte Phasenspannung, usw. Wieso müssen die denn analog gemultiplexed werden, ich mein, wenn die Spannung und der Strom einmal gemessen sind und der Wert digital vorliegt dann hat man doch die Info (sorry, wenn ich so naiv frage, aber hab wie gesagt keine Ahnung v.d. Materie). Da Du das Core-Modul ja möglichst schmal ausgelegt hats machts glaub ich Sinn, alles weitere auf Peripherie-Module auszulagern, weil dann Wilssen-Core ev. auch noch für andere Projekte eingesetzt werden kann.

Bin gespannt wie die Strommessung aussehen wird. Willst Du dafür sowas wie einen ACS712 einsetzen (ist das überhaupt Gleichstrom bzw. brauchen wir da noch irgendwie nen Gleichrichter ? ;) ) ?

Ich sprudel hier einfach mal unqualifiziert so vor mich hin ;) Versuche mir nur eine Vorstellung von der Sache zu machen und hoffe das das nicht allzu schräg klingt. Ich versuche mir das bildhaft als Schema vorzustellen, vielleicht sollten wir das irgendwann mal skizzieren.

Gruss, Oliver
--- Man wächst nur, indem man etwas zuende bringt und etwas anderes beginnt ---

Mein Blog: http://makeable.de
OpenEcoLab-Charta: http://openecolab.de

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Fr 30. Nov 2012, 06:07

Der acs712 misst Gleichstrom wie Wechselstro , und zwar potentialunabhängig :) ist nur leider teuer bei vielen Phasen..

Genau, wilssen core ist schlank und hat links und rechts die Peripherie fest auf dem pcb, aber die Peripherie ist optional und der core ohne jene natürlich auch für andere Projekte nutzbar.

Multiplexes muss man nur, wenn nicht genug adc Kanäle zur Verfügung stehen. Zb 3 Phasen Strom, 3phasen Spannung, Spannung nach Gleichrichter, Batteriespannung.. Die das sind ja schon 8 Kanäle.

Kannst gerne fragen so viel du willst ;)
“With great power come great heat sinks.”

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Mi 5. Dez 2012, 15:13

Integrated three optional constant current sources / hp LED drivers for the RGB LED.
Leon Rische will be writing the code for the LED functions.
Bild

PS: Git updates are posted to IRC at every commit (channel #OSEG on freenode)
“With great power come great heat sinks.”

nikolayhg
Beiträge: 841
Registriert: So 17. Jun 2012, 20:29
Wohnort: Berlin, Germany
Kontaktdaten:

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von nikolayhg » Mi 5. Dez 2012, 15:43

Great! Alex, can you recommend online/offline clients for IRC in the Wiki http://wiki.opensourceecology.de/wiki/IRC?
Thanks!

Benutzeravatar
shure
Beiträge: 373
Registriert: Mo 11. Jun 2012, 16:15

Re: Wilssen PCB/hardware, brainstorming for first alpha

Beitrag von shure » Mi 12. Dez 2012, 18:42

Update zum PCB:
- ein 2.4Ghz Modul
- SD-Card
- Messung des Stroms vom Generator
- Messung der Spannung vom Generator (mehrere Phasen ?)
- RGB-LED Modul
- Ladekontrolle für Batterie ?
- Messung dessen was vor dem Generator ankommt ? (ich sags mal mit meinen laienhaften Worten)
unvollständige Featurelist:

- ICSP via SPI
- NRF24 via SPI
- sdcard via SPI
- Strom und Spannung vom Generator analog an den ADC
- RGB-LED driver analog an drei PWM ausgängen oder z.B. via WS2801 (two-wire digital, SPI). Momentan ist das analog an drei portpins.
- Spannungüberwachung nach Gleichrichter
- Spannungüberwachung nach Spannungswandler (DC-DC Stepdown)
- Referenzspannungsquelle für den ADC
- Spannungsüberwachtung der Batterie für die Logikversorgung

* RGB LED driver fertig,
* Referenzspannungsquelle fertig,
* NRF24 hat einen eigenen header bekommen (ziemliches Labyrinth)
* Spannungsüberwachtung der Batterie für die Logikversorgung fertig,
* SDcard ist auf dem Board, aber muss ich noch routen. Wird kniffelig und gibt wohl ein paar Brücken/Vias.
* ICSP habe ich ausgelagert grad auf ein Peripherieboard, weil ich unten nicht mehr genug Platz hatte. Vielleicht passt das später noch oben hin. Ohne Vias oder Brücken aber nicht machbar. Schade.
* ICSP ist jetzt grad 10polig, weil an der Stelle eh genug Platz war. 10pol hat aber redundante Pins, das ist überflüssig..
* ICSP header bekommt VCC nicht konnektiert, weil das Board und die Peripherie auf 3.3V läuft, am ICSP aber 5V anliegen. Vielleicht mit drei Dioden in Serie später, mal schauen.

Offen: Alle Signalaufbereitungen für Spannung und Strom Inputs. (Ausser Batterie der Logikversorgung)

Bild
“With great power come great heat sinks.”

Antworten

Zurück zu „Controller for renewable energies ("Wilssen")“