Beginnen in Eagle, Arduino DCC 8x servo shield

[Bert van Gelder]

Ik had het net afgesplitst, waarna jij jouw bericht hebt geplaatst.

Ik heb Nico's advies opgevolgd qua titel.

Mij om het even.....

Gr, Bert

[Timo]

Haha, sorry. Maar zou het iets specifieker benoemen. We zijn nu opmerkingen aan het maken over een specifiek design, basis is dus niet Eagle maar het design. Zou dus gaan voor "Beginnen in Eagle, Arduino DCC 8x servo shield" dus een passendere naam vinden (want dat iemand hulp wil is inherent aan de categorie  )


Timo

[jowi]

Thanks Timo, en bij een DCDC moet ik denken aan iets als dit? https://www.conrad.nl/nl/hn-power-sim2-1205d-sil7-dcdc-converter-print-12-vdc-5-vdc-5-vdc-200-ma-2-w-aantal-uitgangen-2-x-156757.html

[Timo]

Zoiets zo kunnen maar dat is wel een erg chique. Maar als we naar een van onze favorite sites voor onderdelen gaan kan het een stuk betaalbaarder (of kleiner). En ze zijn klein dus je kunt het zo ontwerpen dat je hem direct (of met headers) op een print gebruikt.


Timo

[jowi]

Ah ok... ja ik denk dat je mijn verse pcb board skills toch wat overschat
Hoe moet ik zoiets integreren in mijn ontwerpje? Of wordt dit gewoon een los board? Dat wil ik eigenlijk niet.... maar het kost inderdaad geen drol zeg.

[Timo]

Je moet in de eerste plaats van je af zetten dat het al een printplaat is, zie het gewoon als component. Soldeer je headers in de gaatjes heeft het net zoals een LM7805 gewoon pootjes :p

Wat je dan te doen staat is om een component model te maken (volgens mij heet het in Eagle een device). In ieder geval, iets wat je op je schema kunt gebruiken :p Kan zo simpel zijn als een vierkantje met de pinnen Vin+, Vin-, Vout+ and eventueel Vout- (maar zou je weg kunnen laten omdat het eigenlijk hetzelfde is als Vin-) En daarna een footprint te maken. Dus hoe ziet het er werkelijk uit. Dit is iets meer werk maar is vooral een kwestie van meten met een schuifmaat. Eerste keer zal het puzzelen zijn maar een footprint van een mooi vierkant ding als die DCDC converters maken is een mooi eerste project 

Dus ja, het is weer een nieuwe wereld maar wel leerzaam en te doen. Kan je helaas niet helpen met het echte ontwerp in Eagle. In KiCad heb ik de laatste kleine converter wel eens gebruikt maar had ik deze rechtop gezet. Stelt niet zo veel voor met zo'n vierkant blokje 


Timo

[jowi]

Ik ga er mee aan de slag heb inmiddels ook het schema inderdaad omgezet naar 3 pins headers om de servo's direct op te klikken. Heb inderdaad even gekeken op ali en ebay, en verlengkabels kosten inderdaad 2x niets. Ook de relais ga ik op die manier aansluiten, met dezelfde kabels maar dan aan 1 kant voorzien van de platte stekker. Zo wordt de print een stuk kleiner, niet groter dan de uno zelf.

Leuk werk dit

[jowi]

Ik zie dat veel van die dcdc 'buck' converters gebouwd zijn rondom een LM2596. Nu heb ik de datasheet bekeken, en het is eenvoudig om daar een 3A, 12V naar 5V regulator van te maken, eigenlijk net zo simpel als een 7805. Is dat een idee? Is misschien wel iets duurder, maar dat is ook weer niet zo erg, het is hobby, ik hoef geen productielijn op te starten tenslotte

datasheet:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM2596-D.PDF

[Timo]

@Jowi,

Laat ik bij het laatste beginnen. De LM2596 was inderdaad een bekende chip die gebruikt werd. Maar tegenwoordig zijn er ook veel andere. Alleen veel advertenties op eBay/AliExpress hebben dan iets in de titel als "replace LM2596" zodat ze wel gevonden worden als iemand naar LM2596 zoekt maar er zit el degelijk een andere chip op.

Maar ik zou niet aan zelf ontwerpen beginnen. Allereerst is het wel echt een stuk duurder. Het gaat nog steeds niet om grote bedragen maar ik denk dat je toch al snel twee keer zo veel kwijt bent dan dat je een module koopt. En dan reken ik nog niet de extra grote, de ontwerp tijd, de onderdelen-zoek tijd en assembly tijd. Daarnaast komt het ontwerpen van een DC-DC redelijk nauw. Het zijn redelijk snel schakelende signalen enz. Dus de kans dat je met een oscillator eindigt ipv een regulator is aanwezig. Ik zie er dus zelf geen voordelen in het zelf te ontwerpen. Module gebruiken is waarschijnlijk kleiner (en geeft je een "extra"pcb laag), goedkoper, sneller en je bent zeker dat het werkt.

Eén ding waar je nog wel rekening mee moet houden, de maximale belastbaarheid. Nu zijn DC-DC converters een heel stuk efficiënter dan een lineaire regulator maar ze produceren wel warmte. En ook al produceert zo'n buck converter op 3A half zo veel warmte als een LM7805 op 1A^*, toch is dat nog wel veel. De genoemde maximale belastbaarheid van die buck converters kan dan ook alleen gehaald worden als je de chip voorziet van een heatsink. Zonder heatsink zou ik uit gaan van een max continue belastbaarheid van 1,5A. Maar dit is nog steeds meer dan een LM7805 en de warmte productie ligt op een fractie. 

Voor de relais, dat is zo inderdaad ook prima te doen. Maar zou ik zelf voor een module gaan waar je ook niet aan hoeft te schroeven om het te laten passen. Bijvoorbeeld door deze te gebruiken. Daar kan je inderdaad gewoon direct een servo kabel op drukken en de bekabeling naar ieder relais / voor elke wissel is hiermee mooi symmetrisch. Female-female kabels zijn alleen iets lastiger te krijgen (heb ze nog niet gevonden in ieder geval) dus zou je voor de relais een female header op je board kunnen plaatsen. Los je ook gelijk op dat de aansluitingen van de servo's en relais verschillend zijn.

Een andere optie zou zijn om de relais gelijk op je PCB te ontwerpen. Nadeel is dat je PCB wel groter wordt, wat passen en meten dus, maar het voordeel is dat het goedkoper is en het je de dradenzooi scheelt.


Timo




* De warmte productie van een LM7805 is lineair. Bij een output van 5V en 1A en een input van 12V moet je dus (12V - 5V) / 1A = 7W(!!!!) weg zien te stoken. Heb je een aardige heatsink voor nodig. Bij een buck converter gaat het om de efficiëntie. Uitgaande van een efficiëntie van 80% en een output van 3A op 5V komt dat neer op: 3A x 5V = 15W effectieve output (de 80%). De 20% die verloren gaat in warmte is dus (15W x 20%) / 80% = 3,75W. Iets meer dan de helft van een LM7805 bij drie keer de belasting. Stuk efficiënter dus maar 3,75W stook je niet zomaar weg zonder heatsink.

[jowi]

Ik denk dat ik eerst eens een LM2596 12V-5V op een experimenteerprintje probeer te bouwen. Overigens gelden de besproken 'bezwaren' met de 7805 dus ook voor de MARDEC print, ook al is het in de bespreking aldaar nooit ter sprake gekomen? Op de MARDEC print kunnen zelfs 12 servo's geplaatst worden... en die hebben via de software een initiele startup naar een basis positie vanaf de midpositie, iets wat in mijn software niet het geval is.

Mbt de relais, die relaismodules heb ik ook in gedachten. Female/female kabels heb ik niet aan gedacht nu dus wel ik zal dan inderdaad female headers op de print moeten plaatsen voor de relais, op zich geen probleem. De relais komen niet op de pcb, dat red je niet met de free versie van Eagle. En ik vind het prima dat die modules bij de wissels zelf geplaatst worden, net als de servo's immers.

[Timo]

Ik denk dat ik eerst eens een LM2596 12V-5V op een experimenteerprintje probeer te bouwen.

Je mag het proberen maar ik kan het je echt niet aanraden  

Overigens gelden de besproken 'bezwaren' met de 7805 dus ook voor de MARDEC print, ook al is het in de bespreking aldaar nooit ter sprake gekomen?

Ja. 12 servo's bewegen op één LM7805 is best wel heftig. Eén servo trekt met gemak 500mA en de LM7805 kan maar een piek aan van 2,2A (en zelfs dat is niet gegarandeerd). Nu zijn ze redelijk robuust dus ik denk niet dat ze gelijk stuk gaan maar erg netjes is het niet. 

Dat is de reden dat ik de adServo maar ontworpen heb voor initieel 4 servo's (met een max van 8 maar dan moeten ze niet alle 8 tegelijk gaan bewegen). En dat ik zeg dat 12V als voedingsspanning gewoon te hoog is. 7W weg stoken om 5W te kunnen gebruiken  Bij eventueel herontwerp zal ik dan ook zeker een DC-DC converter gaan gebruiken maar die waren ten tijden van ontwerp gewoon nog niet zo klein en goedkoop als dat ze nu zijn. Maar voor nu is het zelfs al prima mogelijk zo'n mini 360 regulator in plaats van een LM7805 te gebruiken. Qua grote past het makkelijk en het is alleen een kwestie van draden eraan maken en deze ipv de LM7805 prikken

Female/female kabels heb ik niet aan gedacht

Nouwja, female-female is dus wat lastig te krijgen lijkt het. Maar als je gewoon female headers op je bord maakt dan kan je dezelfde female-male kabels gebruik maken als voor de servo's. En extra voordeel is dus dat de headers voor relais en voor servo's werkelijk verschillend zijn op je bord.

Nog een extra ding om over na te denken, het werk voltage van de relais. Als je daarvoor 5V relais pakt moet de stroom daarvoor ook van de regulator komen en dat is ongeveer 75mA per relais (excl eventuele led). Voor alleen de ingeschakelde relais ben je dus dan al 600mA kwijt! En die modules hebben vaak ook een ledje dus dan zit je al op bijna 700mA zonder dat een servo in beweging is... 

dat red je niet met de free versie van Eagle.

Lang leve KiCad, geen limiet  Sorry, plaag je een beetje. Maar ik zou zeggen dat je een board met relais met gemak kleiner kan houden van 16x10cm. 16cm bij 10cm is best wel groot!

En ik vind het prima dat die modules bij de wissels zelf geplaatst worden, net als de servo's immers.

Maar hou wel in het achterhoofd dat de ingangen van de relais modules redelijk gevoelig zijn en je met langere kabels je systeem dus vatbaarder maakt voor storing. Zeg niet dat je er gelijk/altijd/überhaupt last van gaat hebben maar een gewaarschuwd mens telt voor twee.

Een extra voordeel van een eigen relais print is in mijn ogen ook dat je de railspanning nog maar op één plek hoeft aan te sluiten (op één set schroefconnectoren) ipv dat je dat voor elke wissel moet doen. In mijn ogen is één draad van de print/centrale plaats naar iedere wissel eenvoudiger / minder werk dan iedere relais module voorzien van railspanning en een extra meerpolige kabel naar de module trekken. Maar goed, dat is mijn mening 


Timo

[jowi]

Interessant. Dus eigenlijk zeg je dat je niet meer dan 4 servo's + relais achter zo'n dcdc moet hangen? Maar om dan terug te komen op de reden, ik heb een 12V voeding/ringleiding, met een dergelijke voeding: http://www.portoshop.nl/switch-mode-voeding-12v167a-watt-p-982.html onder de baan.

Kan ik dan toch beter die voeding gebruiken om direct de arduino's zelf te voeden?
En dan neem ik daarnaast eenzelfde zware voedig in 5V variant, om de servo's en relais etc te voeden?

Dan maar een extra paar touwtjes voor de 5V naar het shield, maar dan laat ik die hele DCDC toestand gewoon compleet weg?
Dat werken met een paar flinke externe voedingen was ik in eerste instantie eigenlijk van plan

[Timo]

Nouwja, de stroom van de relais heb je alleen als je 5V modules neemt. Ga je voor een 12V module kost het je niets op je regulator. Maar als je voor 5V relais modules gaat zou ik er wel voor zorgen dat er maar maximaal 2 à 3 tegelijk maar bewegen. En dit kan iets meer zijn natuurlijk voor een korte periode. Zet je dus alleen wissels om zal het allemaal wel meevallen. Want de regulator kan nog steeds gewoon als piek 3A leveren. Het houdt het alleen niet vol om dat continue te doen omdat deze dan te heet wordt. Alleen even opletten met opstarten, alle 8 tegelijk naar de beginpositie is wat heftig, zeker als in het worst case scenario alle servo's compleet verkeerd staan.

Om klein beeld te geven, de Digikeijs heeft een 1A regulator per 2 servo's...

Tja, zoals ik al zei ben ik geen fan van 5V verspreiden. Je spreekt best over aardige (piek) belasting en dan ben je zo een volt kwijt over je ringleiding. En 4V ipv 5V ga je echt al wel merken... En voor de prijs hoef je het eigenlijk niet te laten, zoveel kost het niet om er 2 buck converters op te zetten. En wat betreft ruimte zou je deze natuurlijk rechtop kunnen zetten. Voor productie misschien niet zo handig maar voor een bordje wat je zelf soldeert een fluitje.

Dus een paar touwtjes extra brengt weer andere problemen met zich mee 


Timo

[jowi]

Nu heb ik geen hele grote baan, dus de spanningsval zal ook wel wat meevallen.
Maar wel leerzaam om te zien waar je overal rekening mee moet/kan houden!

Om het voor mezelf niet al te complex te maken denk ik dat ik vooralsnog maar even voor het gebruik van externe voeding(en) ga. Voor een eerste printprobeersel  is dat goed genoeg denk ik.

[Timo]

Maar vergis je niet hoe snel je de spanning kwijt bent! Snelle test met een stuk 0,75mm² kabel, 2 meter (dubbel aka een GND en Vcc lijn, heb je ook naar je printen toe) levert een spanningsval van 340mV op bij 2A. Dit komt dus neer op 85mV/m/A. En ik vind 340mV al een aardige drop op 5V en dan is 2A en 2m nog niet zo lang... Vandaar dat ik fan ben van lokale regulatie. 


Timo