Projekt

Die Anforderungen an Steuerungen und Mikrocontroller-Anwendungen steigen stetig an. Moderne Touch-Displays als Bedienelemente (HMI), Vernetzung mit anderen Systemen, Integration in Gebäudeleitsysteme, Fernüberwachung und -steuerung, Cloud-Kommunikation usw. Industrie 4.0 lässt grüssen.

Leistungsfähiger Mikrocontroller (MCU)
Übliche Schnittstellen: USB, seriell, I2C, SPI
Mindestens 512kB Flash und 64kB RAM
Weitgehend Pinkompatibel mit dem Arduino Uno
Optionales LAN-Interface mit PoE-Option
Flexible Stromversorgung ab USB und mind. 5V, 12V, 24V
Gute Verfügbarkeit und günstig

Fertiges Produkt

Die Wahl viel auf den STMicroelectronics STM32F407VGT6. Alle nötigen Schnittstellen sind vorhanden und sowohl Flash, wie auch RAM sind ausreichend. Die MCU ist in vernünftigen Stückzahlen (>15000 bei Mouser und >10000 bei JLCPCB) verfügbar und ist mit einem Stückpreis von ~4$ erschwinglich.
Damit zukünftige Anforderungen erfüllt werden können, plane ich auf dem Board beide Oszillatoren ein. So sind auch stromsparende (Batteriebetriebene) Anwendungen möglich.
Die LAN-Schnittstelle wird auf einem Zusatzboard mit dem Microchip LAN8742A realisiert. Um keine Probleme bezüglich MAC-Adresse zu bekommen, plane ich einen Microchip SST26VF016BEUI ein. So kann sichergestellt werden, dass die Netzwerkadresse weltweit eindeutig ist. Zudem könnten bei Bedarf noch bis zu 16MBit an Einstellungen gespeichert werden.
Auf die LAN-Schnittstelle kann weiter ein PoE-Modul gesteckt werden. Ein Texas Instruments TPS23754PWP übernimmt die Aushandlung der PoE-Parameter mit dem Switch nach dem IEEE 802.3at Standart und steuert den Flyback-Converter auf eine Zielspannung von 24V. Mit dem AUX-Anschluss kann die Speisung alternativ mit 18V..57V erfolgen. Das PoE-Modul trennt galvanisch.
Ein Buck DC-to-DC Converter wandelt die rohe Eingangsspannug von 6.5V..40V effizient in kuschelige 5V um. Die 5V wiederum werden von einem LDO auf 3.3V für die MCU (und LAN) geregelt. Der Zwischenschritt vereinfacht es, die MCU auch vom USB-Anschluss zu speisen.
Für Debugging und Anzeige befinden sich 4 farbige LED auf dem Board.
Alle Schemata und PCB-Layouts werden in KiCAD erstellt und versioniert in einem Git-Repository abgelegt.