Як прогнати сценарії без куба: тестовий стенд для KC868-A6

Плата на столі, до неї три тумблери й один DS18B20 — так перевіряється лише те, що реле клацає. Сценарій ББК має сім стадій і десяток аварій, парогенератор — три скрипти в композиції, і половину їхніх станів на живому кубі викликати не можна: надтиск, сухий хід, датчик, що показує 130 °C, шину 1-Wire, яку поклав один датчик. Кожна така ситуація, не перевірена на стенді, перевіриться на клієнті — у розпал перегону.

Ця стаття — про стенд, на якому кожен вхід A6 має імітатор під рукою, а кожен вихід — навантаження, яке видно й чути. Перша половина — що купити і куди підключити, клема за клемою. Друга — методика: які тумблери в якому порядку клацати, щоб провести кожен сценарій прошивки через усі стадії й усі аварії, і що при цьому має показати контролер.

Що стенд має вміти#

Прошивка бачить залізо не як «датчики й реле», а як шість типів інтерфейсів (interface_type у rb_environment_parts.h). Стенд імітує саме їх — тоді будь-яка периферія, яку клієнт створить у Периферії, на стенді має свій фізичний відповідник:

Три стани, які прошивка розрізняє окремо, і стенд має вміти дати кожен:

• значення — те, що читається; для більшості перевірок досить його міняти руками;
• «нема даних» — датчик мовчить. Для 1-Wire і Modbus прошивка це бачить: без вдалого читання довше 15 с (RB_SENSOR_STALE_S у rb_environment.h) датчик стає протухлим, картка попереджає, а блокування виходів (rb_interlock.cpp) тримає відмічені ТЕНи вимкненими. Стенду потрібен вимикач у лінії DQ і спосіб «вимкнути» Modbus-пристрій;
• обрив і конфлікт — сухий контакт розімкнений там, де має бути замкнений, «мокрий» датчик вище «сухого». Аналоговий вхід і сухий контакт прошивка на збій не перевіряє (read_value(): «локальні входи збій не розрізняють»), тому обрив датчика 4–20 мА стенд показує як 0 В на клемі — і саме це має ловити налаштування «Безпека» скрипта, а не прошивка сама.

Що потрібно#

Перелік — під один стенд A6. Позиції з каталогу — за посиланням у рядку «У каталозі» під статтею; решта — типові модулі, які продаються під тими назвами, що в таблиці.

Живлення й захист#

Імітатори входів#

Навантаження виходів#

Шини#

Інструменти#

Мультиметр, кабель USB-C, ноутбук із панеллю oCBot і симулятором Modbus, маркер для ферул. Осцилограф не потрібен: усе, що треба побачити на DA, показує твердотілка з лампою.

Як підключити#

Принцип один на всі клеми: між платою і будь-яким імітатором — клемник на DIN, а на клемнику — ферула з номером клеми плати. Тоді стенд перекомутовується під іншу збірку за хвилину, і дріт «DI-3» знайдеться без прозвонки.

Реле: шість навантажень#

COM кожного реле — на шинку +12 блока навантажень (не блока плати). З NO — навантаження, другий дріт навантаження — на шинку GND. Контакт тримає 10 А, тож лампа на 1,75 А і патрон на 3,3 А для нього ніщо (стаття про виходи).

Нагрівальний блок — це і є «куб» стенда. Брусок алюмінію 50×50×20 мм важить близько 135 г; при 40 Вт і теплоємності 0,9 Дж/(г·К) він гріється на 0,33 К/с — від кімнатної до 80 °C за три хвилини, а вентилятор за стільки ж повертає назад. Цього досить, щоб термостат затирання пройшов усі паузи в реальному часі, а не в уяві.

DA-1, DA-2: два плавні виходи#

На клемі DA при 50 % — не 5 В, а меандр 0/10 В на 4 кГц; для нагрівача прошивка з 0.2.7 замість меандру тримає 10 с період: частку — 10 В, решту — 0 В (що насправді на клемі). Стенд має показати обидва режими:

Вихід DA — операційний підсилювач, він тримає лише вхід приймача. Вентилятор на нього напряму не садити: тільки через драйвер.

DI-1…DI-6: сухі контакти#

Тумблер між DIn і GND тієї ж колодки. Живлення на контакт дає плата, струм близько 5 мА, полярності немає (стаття про входи). Розкладка під збірку ББК з пісочниці — три рівні, два пресостати, кнопка:

Тумблер увімкнено = контакт замкнутий = «мокро» / «тиск є». Інверсію (нормально замкнутий поплавок) вмикайте в налаштуваннях периферії, а не переставляйте дроти: саме так її вмикатиме клієнт.

A1–A4: аналог і імпульси#

Дільник 5,1 кОм / 10 кОм уже на платі: клема чекає 0–5 В, зовнішній дільник не потрібен, лінійна ділянка — до ~3,7 В на клемі (стаття про входи). Порядок каналів на A6 збігається з клемами: A1 → канал 0.

Частоту для витратоміра рахуйте з формули прошивки: витрата, л/хв = імпульси/с ÷ (імп/л ÷ 60). Для збірки ББК з 400 імп/л це 6,67 Гц на 1 л/хв; поріг «мінімальна подача браги» 0,5 л/хв — 3,3 Гц. Генератор із дисплеєм показує герци, і в Периферії одразу видно л/хв.

IO-1, IO-2: температура#

Дві шини 1-Wire з підтяжкою 4,7 кОм на платі; DS18B20 — трьома дротами на IO-n, 3V, GND, без другої підтяжки. Шина 0 в oCBot — це IO-2 (стаття про шини). На стенді шини розділені за призначенням:

Емулятор — не готовий прилад, а скетч, який заливається в Nano: бібліотека OneWireHub відкрита, приклад емуляції DS18B20 в ній є, адреси датчиків задаються в коді. Півгодини роботи, і далі температура «верху колони» — це число, набране в терміналі.

RS485: Modbus#

Клеми A, B. Драйвер з автонапрямом, rts = -1, 9600, термінатор 120 Ом уже на платі — тож другий термінатор вмикається перемичкою на USB-перехіднику, а модуль PT100 посередині шини лишається без нього (стаття про шини). Третій дріт GND — на шинку землі.

Одна пастка: UART під RS485 на платі один, тож контролер у ролі вузла для іншого oCBot не може водночас опитувати свій частотник. Для перевірки мультиконтролерності на стенді потрібен другий контролер, а не симулятор.

IIC: плата розширення#

Роз'єм IIC запаяний: GND, 3V3, SCL, SDA. Адреси 0x22, 0x24, 0x68 зайняті платою; PCA9685 за замовчуванням сідає на 0x40 без конфлікту. Канал 0 PCA9685 → ULN2803 → вхід третьої твердотілки → індикатор. На A6 це потрібно лише для перевірки часо-пропорційного режиму плати розширення і кількох плат на шині; нагрів на A6 сценарії ведуть через DA.

Як розташувати#

Стенд — це монтажна плита 400×500 мм із трьома DIN-рейками і лицьова панель 400×250 мм перед нею, на якій живе все, що клацається під час прогону. Панель на петлях знизу: відкинув — видно клемники.

Три рейки#

1. Верхня — живлення й захист. Автомат і ПЗВ секції 220 В (якщо є), два блоки 12 В, два запобіжники, клеми грибка. Силове зліва, слабкострумове справа, між ними — 50 мм порожньої рейки.
2. Середня — контролер і шини. A6 на DIN-адаптері посередині, ліворуч модуль PT100 і USB-перехідник RS485 у тримачі, праворуч PCA9685 з ULN2803 на DIN-каретці та обидві твердотілки на радіаторі. Усе, що спілкується з платою по шині, — на одній рейці з нею, кабелі короткі.
3. Нижня — клемники й індикатори. Два ряди клемників: лівий — входи (DI, A, IO), правий — виходи (реле, DA). Над правим рядом — вісім індикаторів реле. Кожен клемник підписаний номером клеми плати, той самий номер — на ферулі дроту.

Лицьова панель#

Зони — зліва направо, у тому ж порядку, що колодки на платі, щоб рука не шукала:

Кольори — не декор, а та сама палітра, що в прошивці: помаранчевий у рівнів, пурпуровий у тиску, золотий у помпи й витрати, блакитний і бірюзовий у води, червоний у нагріву — саме такі кольори мають картки в збірках пісочниці. Людина дивиться на панель і на екран і бачить один колір.

Підпис кожного органа — у два рядки: зверху назва периферії так, як вона буде в Периферії («води · низ»), знизу — клема плати («DI-1»). Нагрівальний блок — на кронштейні збоку від плити, з боку зони температури, з вентилятором назовні: він гарячий, і йому не місце серед тумблерів.

Кабелі#

• Кольори жил: червона — +12 навантажень, чорна — GND, синя — сигнал DI та аналог, біла — DQ 1-Wire, жовта/зелена — RS485 A/B, коричнева й синя 1,5 мм² — тільки в секції 220 В.
• Панель з'єднана з клемниками джгутом на роз'ємі (два пружинні роз'єми на 12 контактів), щоб відкидалась і знімалась без викрутки.
• Сигнальні й силові джгути — по різних боках плити, перетин під прямим кутом. Датчики 1-Wire — витою парою DQ+GND, не довше метра.
• Ферули з номерами клем на обох кінцях кожного дроту. Це та єдина річ, за якою стенд відрізняється від купи дротів через пів року.

Методика прогону#

Еталон конфігурації — збірки з пісочниці (packages/firmware/sandbox/kits): «Затирання зернових», «Затирання на ферментах», «ББК». Периферію на стенді створюйте з тими самими назвами й кольорами, що в збірці, — тоді журнал зі стенда читається так само, як журнал з пісочниці, і розбіжність між ними одразу видно.

Загальні правила прогону:

1. Перед кожним сценарієм — всі тумблери вниз, потенціометри на нуль, емулятор на 25 °C, грибок відпущений.
2. Клацнули тумблер рівня — стан у Периферії зміниться через 2 с: такий антидребезг у типу «Рівень» за замовчуванням (rb_default_debounce_ms). Кнопка — через 50 мс.
3. Вимкнули DQ датчика — картка попередить через 15 с, не одразу.
4. Кожен пункт методики — це пара «дія на панелі → стадія або аварія, яку має показати картка скрипта». Стадії названі так, як у коді, бо саме так вони видні в журналі.

Керування нагрівом: каскад і ротація#

Скрипт «Керування нагрівом» (sk_heater) розкладає задану потужність по елементах: реле — цілком, від найбільшого, а рівні за потужністю міняє місцями кожні cycle_period_s (60 с за замовчуванням), щоб зношувались порівну.

Термостат і затирання#

Збірка «Затирання зернових»: датчик затору — DS18B20 у нагрівальному блоці, ТЕНи — реле 1 (патрон) і 2 (лампа), мішалка — реле 3. Це єдиний сценарій, який на стенді йде замкнутим контуром без рук: патрон гріє блок, датчик це бачить, термостат (sk_temp, режим 0) вимикає нагрів при target + hyst і вмикає при target − hyst.

«Затирання на ферментах» додає спуск — режим охолодження термостата (cool-main → скрипт охолодження) з клапаном сорочки на реле 4. На стенді реле 4 крутить вентилятор на блоці: після розрідження при 63 °C сценарій має відкрити «клапан» і чекати 58 °C. Вентилятор скидає ці 5 градусів приблизно за хвилину.

Рівень води#

Скрипт «Рівень води» (sk_water_lvl): пара датчиків OFF (мокрий → стоп подачі) і ON (сухий → пуск), решта — на узгодженість. Клапан наливу — реле 3 (соленоїд, чутно).

stateDiagram-v2
    [*] --> filling: старт, датчик ON сухий
    filling --> full: датчик OFF мокрий
    full --> filling: датчик ON знову сухий
    filling --> sensor_conflict: мокрий вище сухого
    full --> sensor_conflict: мокрий вище сухого
    sensor_conflict --> filling: конфлікт зник
    filling --> error_missing_sensor: обраний датчик не привʼязаний

Аварії за часом — «низ сухий довше N с» (сухий хід), «верх мокрий довше N с» (переповнення) — це не логіка скрипта, а умова із затримкою у вкладці Безпека (alarm_delay_s). Перевіряється так: задати умову «рівень низ менше 0,5 через 30 с», опустити тумблер низу й тримати — рівно через 30 с скрипт стає в аварію, на 29-й — ні. Прапорець «Лише після норми» (alarm_arm_after_ok): порожній бак на старті аварією бути не має, поки хоч раз не був мокрим.

Тиск пари й парогенератор#

«Тиск пари» (sk_steam_press) — двопозиційний регулятор: до першого досягнення тиску — boost (power_boost), тиск є — hold (power_idle), впав після досягнення — work (power_work). Датчик тиску — будь-який із трьох: аналоговий pressure-main, контакт pressure-ready, або температура temp-main проти boil_temp (98 °C, гістерезис 2 °C).

«Парогенератор» (sk_steam_gen) — композиція «рівень + тиск»: він не гріє сам, а дозволяє тиску гріти лише коли рівень доповів full (або heat_while_fill увімкнено).

ББК: сім стадій#

Збірка «ББК» з пісочниці на стенді: верх і низ колони, папуга, вода з дефлегматора, парогенератор — на емуляторі (шина 1), бо їх треба вести незалежно й з точністю до десятих; тиск у колоні — потенціометр A1; витрата браги — генератор на A2; помпа браги — DA-2 з вентилятором; парогенератор — три тумблери рівня й два тиску; ТЕНи — реле 1 і 2; вода — реле 3 і 4.

flowchart TD
    A["Перевірка цілісності колони<br>пауза, чекає «Готово»"] --> B["Наповнення парогенератора"]
    B -->|"рівень full"| C["Розігрів: максимум ПГ,<br>поки верх колони нижчий за steam_warmup_temp"]
    C -->|"таймаут"| X1["warm_st_gen_timeout"]
    C --> D["Стабілізація: розкид верху до 2 °C<br>у вікні 20 показів, не менше 30 с"]
    D -->|"10 хв"| X2["col_stab_timeout"]
    D --> E["Помпа браги 60 с<br>на стартовій потужності"]
    E --> F["Дистиляція: помпа ±1 % за період<br>за міцністю папуги"]
    F -->|"витрата нижча за min, ABV нижчий за 1"| G["Завершення: вода ще 2 хв"]
    F -->|"витрата нижча за min, помпа вища за min"| X3["wort_filter_is_clogged"]
    F -->|"помпа на межі, ПГ на межі"| X4["abv_too_high або abv_too_low"]
    F -->|"помпа на межі, ПГ не на межі"| D

Стадії з таймаутами ганяються з малими значеннями параметрів — інакше прогін триватиме, як справжній перегін.

Охолодження, мішалка, міцність#

• Охолодження (sk_cooling): поки працює — тримає supply-loop (реле 4, вентилятор) на cool_power; temp-loop — лише показ. Дія: старт → вентилятор; стоп → стоп. Разом із термостатом у режимі охолодження — «спуск» вище.
• Мішалка (sk_mixing) на реле 3: режим 0 — увімкнено на час роботи. На частотнику-симуляторі — у регістр 0x044D має прийти завдання частоти, у 0x0328 — команда пуску; біт «працює» в 0x04C4 виставте вручну в симуляторі, інакше картка покаже «стоп».
• Міцність (sk_abv): папуга з емулятора, тиск з потенціометра A1, атмосферний — віртуальний. Перевірка на трьох точках температури пари — 78,5, 85 і 95 °C при нульовому надлишковому тиску — проти калькулятора «Міцність за температурою пари» з рядка «Порахувати» під статтею (як він рахує). Розбіжність більша за 1 % об. на будь-якій точці — тиск на A1 не відкалібровано на нуль.

«Нема даних» і блокування#

Це те, заради чого на панелі тумблери DQ і перемичка:

Чек-лист прогону перед релізом прошивки#

1. Ротація ТЕНів: зміна елемента через 60 с.
2. Термостат на блоці: три паузи, гістерезис ±0,5 °C.
3. Рівень: усі комбінації тумблерів з таблиці, включно з конфліктом.
4. Тиск пари: boost → hold → work → sp_overpressure.
5. Парогенератор: filling → steam → сухий хід → sg_level_fault.
6. ББК: усі сім стадій і чотири аварії з таблиці.
7. Часо-пропорційний режим на DA-1: 30 % — 3 с / 7 с на лампі.
8. Протухання: датчик, шина, Modbus — по 15 с; блокування виходів.
9. Перезавантаження плати під час роботи: усі реле в спокої, NC реле 6 світиться, сценарії не стартують самі.

Кожен пункт — рядок у журналі релізу з версією прошивки й датою. Пункт, що не пройшов, — це не «подивимось потім», а стоп реліз.

Куди рости: замкнута модель апарата#

Стенд вище ганяється руками, і для методики це правильно: людина бачить кожен перехід. Наступний крок — коли емулятор на Nano не лише слухає терміналу, а читає виходи плати через оптопари й сам піднімає «температуру», поки горить індикатор ТЕНа, і «рівень», поки відкритий клапан. Тоді ББК проходить усі стадії без оператора, а прогін стає регресійним тестом, який запускається на кожну збірку прошивки. Коду для цього поки немає — це окрема робота, і стенд із цієї статті для неї вже готовий: усі сигнали виведені на клемники, лишається замінити руку на мікроконтролер.

Суміжні статті#

• Контролер Kincony KC868-A6 — огляд плати й серія статей про кожен вузол, звідки взяті числа для стенда.
• Тестовий стенд для KC868-A16 — те саме для старшої плати: MOSFET-виходи замість реле, 16 входів, ТЕН через PCA9685.
• Пісочниця на demo.the.in.ua — еталонні збірки «Затирання», «Затирання на ферментах» і «ББК», які стенд відтворює в залізі.
• Аварійний захист у сценаріях — умови «Безпека», які на стенді провокуються тумблерами.