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多场景下可灵活接入的无线传输方案

简介

本方案使用新一代的蓝牙模块,其突出特点是可连接多个MasterSlave角色的节点。最多可连接8个节点,在本节点被配置为主从一体的情况下,具体来说就是:4个Master和4个Slave角色。 在事先绑定要连接的节点的MAC并且在Master开机的情况下,已经绑定MAC(配置为Master或者Slave角色)的节点可随时加入或者退出与Master 角色的连接。 一旦与Master角色的节点连接成功,它们将不再接收AT命令。同时LINK引脚输出低电平,指示本模块已连接。

为什么?

为什么会创建出这么一套系统?
事情源自于 2014 年的时候,手头上有一个涡轮风扇,标注功率为[email protected]4-Pin支持调速。直接引入12V的直流电,非常简单的方法就可以让其全速运行。但是如何利用它已有的PWM调速功能,我一直很好奇。
时间来到 2018 年,期间这件事一直在我心里,不曾忘记,我倒是想忘记。某次在搜索4-Pin风扇的引脚连接示意图的时候,有人提到pwm引脚可以使用频率为22.5 KHzPWM波控制。
整理一下手里已有的单片机,还行,有能用的。接下就发生了:

它们的突出特点是控制端的电源不与直流风扇共用。其目的是为了保护控制端,因为控制端直连的是计算机的USB端口。
在调整期间,由于单片机引脚误碰到12V电源,遇到了单片机立即报废的情况。还好不是很贵。

原理图

原理图

即将打印的PCB

PCB正面 PCB背面

3D 视图

3D模型

实物图

一共印制了 6 个板子。即便还是邮票孔的蓝牙模块,也挺贵的。等我有钱了,一定买够。先买 3 个蓝牙模块,完全可以验证一主多从的配置,就这样。
第一个手工焊接的板子,原理图上的所有元件都已焊接。原理图上,部分功能设计的有冗余,考虑到不一定非得买到所有的元件,可以用一定的方式替代。既然它是最全的,把它配置为Master role。 另外2个,很明显的是,部分预留的元件未焊接,焊接的共阳极LED不是很亮,但是不影响功能。其中又有一个蓝牙模块焊接的有些跑偏,也能用。

  1. 印制的PCB板 PCB空板
  2. 已经焊接好的蓝牙模块 已经焊接好的模块
  3. 配置好的一主多从连接(当模块有连接时,LINK引脚输出低电平,反映到本模块上,表现为共阳极的LED会点亮一个) 一主多从配置
  4. 用于控制PWM波的频率和占空比 一种应用

应用场景

本套系统设计之目的是为了取代正在使用的蓝牙方法。现在使用的蓝牙只能是一主一从方式下的一对一连接,如果我想控制更多的风扇,还得重建一套同样的系统。而且没有集中控制的途径,有种大权在握的感觉,真好?!
这一套系统很不一样,在事先绑定了即将加入的模块的MAC之后,只要Master开机,新的节点可以随时加入和退出,完全没有影响。想要控制更多的散热设备和风扇功率,加入一个蓝牙模块就是了。
当然其应用场景不止于此,除了可以接收数据,还可以主动给Master节点发送数据,其他传感器可以发送数据给Master。 代价也是有的,就是成本更贵了。

  1. 管理多个设备的散热
    如本方案之目的。现在我可以把Master节点连接到我使用计算机,然后加入其他的节点,它们可以是为不同的设备提供散热的节点。我想调整各个设备的散热风扇功率大小,只在连接Master节点的计算机上发送数据即可
  2. 不能联网的传感器数据采集
    比如室内空气质量监测
  3. 家用场景下的智能控制
    这需要附加其他控制器

目前存在的问题

  1. 按键未标注功能
    PCB板子上存在两个4脚按键。尽管给不同功能的按键使用了不同的形状,但是如果能在F.Silks层标注一下,会更好
  2. 同时上电,导致计算机的USB端口停止供电
    电源输入端并入容量太大的电容器,当3个及以上的模块同时上电时,导致计算机的USB端口停止供电。这是因为电容容量大,在上电的瞬间电容器充电,其充电电流超过了USB端口允许的电流导致USB端口主动停止供电。同时给2个模块上电是没问题的。 这是由于现有材料的局限性导致的。由于手头上有这样的电容,再买的话,不得花钱不是?
  3. 3.3V的输出并入大容量的电容器
    导致的问题是,在关断输入端的电源后,3.3V输出端的电容存储的电量不能合理的释放。(至于电容容纳的电荷究竟都到哪去了?不是还有ESR吗?)
  4. 输入电压受限
    这套系统的核心是蓝牙模块,它使用的是3.3V的直流电,其他辅助电路则可以变化。要是有高效率(整个系统的功耗也不大,如果降压电路消耗的功率不被约束的话,岂不是不划算?)的直流降压电路,使用起来会更方便。这样,输入电压就不受约束了(目前只能使用直流5V的输入电压)

解决方案

  1. 针对问题1,已经在新的PCB图上修改了
  2. 可以给并入到电源输入端的电容器串入一个较小阻值的电阻
  3. 简单点可以串入一个电阻,用它来消耗电容器存储的能量。或者在3.3V输出端点亮一个LED都行。自己玩,不怎么考虑成本,有什么用什么。

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