基于ESP32 S2的工业物联网控制器

如果您像我一样具有控制工程背景并在嵌入式系统领域工作，那么您肯定了解 PLC 并且很可能喜欢它们！我喜欢 PLC，更喜欢它们在实践中的实际制造方式。在这个项目中，我为中小型家庭和工业控制应用设计了具有 WiFi 和以太网连接功能的紧凑型物联网 PLC。它内置了一些 IO；但是，它不限于任何数量的 IO，因为您可以使用板上可用的 MODBUS 和/或 CAN 总线将它们增加到大量。为了使设备更实用，我还在 Fusion 360 中设计了一个外壳，包括 DIN 导轨适配器，便于控制柜安装和使用，并具有以下附加功能：

1. 具有理想二极管反极性保护的 24VDC 电源
2. ESP32-S2 嵌入式，Xtensa？单核 32 位 LX7 微处理器，最高 240 MHz，带 4 MB SPI 闪存和 2 MB PSRAM
3. 16 通道 24 VDC 输入，符合 IEC61131 标准，带 LED 指示灯
4. 12 通道 24 VDC 晶体管输出，带过流保护和 LED 指示灯
5. 8 通道 0-10 VDC 模拟输入，16 位分辨率。
6. 以太网 10/100 Mbps 和 WiFi EEE 802.11b/g/n 连接
7. MODBUS 和 CANBUS 高达 1Mbps 的速度连接
8. 4 层堆叠，具有坚固的接地层和接地填充，以提高 EMC
9. 铝盒连接到机箱接地和 PCB 接地，以提高 ESD、EMC 和热性能。
10. 外壳上的 DIN 导轨适配器，便于导轨和机柜安装。
11. 工业温度范围 -40 至 +85。
12. 用于编程和调试的 USB OTG
13. 在 Arduino IDE 中直接可编程
14. 兼容 Open PLC 平台，可直接使用 LADDER 和 FBD 等 PLC 标准编程语言

如下图所示，大部分组件都安装在底部。

仅包括连接器和 ADC 芯片在内的少数组件放置在顶部。您也可以在下图中看到这一点。

请注意，有一根内部电缆将 WiFi SMA 连接器连接到设计文件中不存在的 ESP32 UFL 连接器。从 PCB 文件到 BOM 的所有内容都已准备好，系统已准备好进行原型设计和进一步优化。

需要特别注意的一件事是 ESD 保护。在连接到电路板的每个连接器或电缆上，都有一种 ESD 保护 TVS 二极管和电容器。还有一个机箱地，所有这些 ESD TVS 二极管和电容器都连接到该地，以转移主电路的 ESD 放电。您可以在所有层中看到电路板周围的这个机箱，内部有许多过孔，以有效降低阻抗。机箱在电源输入连接器处连接到 PCB 地。此外，板上有 4 个孔将机箱连接到铝制外壳，形成更大的机箱。您也可以在下图中看到此链接。

在地平面的左侧观察到一个大切口。这种切割不会隔离这部分接地层，但会避免数字返回电流影响精确的 16 位模拟测量。以太网的谐波丰富的数字返回电流很容易使 ADC 地电位失真。

有许多过孔，尤其是在电路板的数字区域位于中间，而电源区域几乎位于右侧。和底部的开关晶体管。过孔直接连接到接地平面和所有层上的接地填充。以改善电路板在全功率下运行时的热传递。