Hilfe bei der Hardwareauswahl

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Servus zusammen,
ich habe aktuell ein Projekt am Laufen, bei dem ich euere Hilfe brauche. Ich beschreib mal kurz, um was es geht:

Es ist eine Art Schießanlage für einen Verein. Es gibt 15 Ziele. Diese Ziele versorge ich über ein 48V DC Netzteil in einem kleinen Schaltschrank. Jedes dieser Ziele hat einen Sensor, die ebenfalls zum Schrank kabelgebunden hinlaufen, Distanz zwischen Schaltschrank und Zielen jeweils ca. 10-20m. In diesem Schrank werden dann die Ziele über Relais gesteuert (pro Ziel 2 Relais, also insgesamt 30 Relais). Sprich das Ziel wird vom Arduino über das Relais aktiviert, wird es dann getroffen, merkt der Arduino das über den Sensor und deaktiviert das Ziel wieder.

Vom Schaltschrank aus soll dann eine Leitung nach vorne laufen (ebenfalls ca. 10-20m), um dort ein Steuerpult betreiben zu können. Das soll mit einem Display ausgestattet werden, ein paar Tastern und LEDs. Auf dem Display soll man dann verschiedene Spielmodi wählen können (z.B. "2 Minuten, wie viele Treffer schaffst du?" oder "30 Treffer, wie lange brauchst du?"), aber auch ein manueller Modus zum Training soll möglich sein, wo also nur über einen Taster die Ziele aktiviert werden können.

Also muss ich meine 15 Sensoren auswerten sowie 30 Relais schalten. Um diese Menge In/Outs realisieren zu können würde ich mit I2C-Extendern (PCF8575) arbeiten. Soweit so gut.
Am Steuerpult habe ich das Display, 15 Taster und 15 LEDs.

Wie realisiere ich jetzt die Verbindung zwischen Pult und Schaltschrank? Ich habe gelesen dass RS485 über solche Strecken (10-20m) locker funktionieren soll. Ist es da sinnvoller die I2C Extender auf RS485 zu packen und alles auf einem Arduino laufen zu lassen. Schafft einer das überhaupt?

Oder macht es mehr Sinn die Auswertung der Sensoren und das schalten der Relais über einen Arduino im Schaltschrank laufen zu lassen und Display, Taster usw. über einen zweiten Arduino? Dann müsste ich ja die beiden miteinander vernetzen, um die Schaltimpulse des "Pults" an den Schaltschrank weitergeben zu können und auch umgekehrt um vom Schaltschrank die Info zu bekommen, ob das Ziel getroffen wurde oder nicht. Klappt das über den RS485 auch ohne lange Delays?
Welcher Arduino kann denn von der Rechenleistung her am schnellsten diese Auswertung vornehmen? Oder lieber einen Raspberry oder ESP?

Ich hoffe ich konnte meine Fragen verständlich formulieren.
Danke schonmal im Voraus!

Markus

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Ja, das schafft ein Arduino locker :wink:
Die Verbindung mit RS485 geht auch. Es geht auch CAN oder, oder, oder.

Ich hab mich nur gefragt, warum Du nicht einfach Deine 48V an die Ziele bringst und dort jeweils einen Attiny oder nen kleinen Mini antackerst.
Dann jedes Ziel mit einer RS485-Schnittstelle versehen und Du sparst Dir den Schaltschrankkram mit dicken (teuren) Leitungen.
RS485 ist nen BUS, einfach von einem zum nächsten und gut ist.
Das Ganze dann mit XLR-Steckern gelöst, ist das sogar robust genug um mal abgebaut und wieder irgendwoanders aufgebaut zu werden.
Durch die Module an den Zielen bist Du im Ausfall flexibel genug und brauchst keine Expander etc.

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Das war ursprünglich der Plan, ist aber aufgrund mehrerer Probleme und auch wegen den Kosten nicht mehr umsetzbar.

Also du würdest jetzt sagen einen Arduino in den Schaltschrank und dann Display etc auch über Extender ansteuern? Welchen würdest du da empfehlen? Gibt ja mit Sicherheit Unterschieden bei den Rechenleistungen, damit hab ich mich nur noch nicht so beschäftigt :sweat_smile:

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Wieso das nicht?
Du hast doch die Leistungsstufen und musst doch sowieso irgendwie die Signae verarbeiten. Von daher macht es doch keinen Unterchied, ob Du Portexpander und was weiss ich nicht alles noch nimmst, das Ganze noch via I2C vertickerst und dann die Relaisstufen direkt daneben mit langen Kabel. Da holst Du Dir mehr EMV-Probleme rein, als Du Dir jetzt vorstellen kannst. Aber gut. Jeder wie er mag.

Ich wäre dann bei der Variante einen Arduino MEGA(*) zu nehmen. Den in den Schaltschrank und dann von dort mit RS485 an den Kontrollstand und da dann nen Uno benutzt. Spart zumindest die Portexpander.

Display ist die Frage, was da drauf alles angezeigt werden soll.
Bei den ZeitFeatures sieht eine Eieruhr oder ne runde Clock auf einem Grafikdisplay natürlich besser aus, als einfach nur ein paar Zahlen auf einen 20x4 LCD.
Ist halt ne Preisfrage :wink:

(*) den Mega gibt es auch in einer kleineren Version mit allen Kontakten. Suchbegriff Mega2560 pro - dann allerdings ohne Möglichkeit für Aufsteckmodule.

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Display hab ich noch ein 4 Zoll Touch rumliegen. Da ginge es hauptsächlich erstmal darum, einen Spielmodus auswählen zu können und dann eben am Schluss das Ergebnis mit ein paar Zahlen, also nichts großartiges. Für Turniere werden die Ergebnisse dann sowieso irgendwo extern übertragen.
Danke, dann werd ich mir mal wohl so nen Mega besorgen.

Ich erklär dir das gern mal:
Die Ziele funktionieren mit zwei Spulen, die mechanisch eine Zielscheibe aufstellen und abklappen. Aktuell habe ich 4 Adern zu meinem Ziel, +48V, Ab (GND), Auf (GND) und +48V Rückmeldung ob das Ding liegt oder steht. Ist also ein 4-poliger Stecker. Dazu kommt der Sensor über einen 3-poligen XLR. Dann noch die Versorgung vom Netzteil kommend ebenfalls 4-polig: +48V, GND, +48V Rückmeldung weitergegeben und eine Ader für die Steuerung des Arduinos um umschalten zu können (die würde aber ja wegfallen, wenn ich alles untereinander mit RS485 verbinde). Wenn ich das mit RS485 mache, brauche ich wohl nochmal jeweils kommend und gehend eine XLR Verbindung.
Diese Spulen brauchen bei 48V DC ca. 4-5A im Ruhezustand dank einer integrierten Sparschaltung, im Zeitraum des "Positionswechsels" von Auf nach Ab z.B. ungefähr 15A.
Um den Arduino beim Ziel versorgen zu können ist ein DCDC Wandler notwendig. Bisher getestet habe ich den Gaptec LCB78_0.5-0.5. Trotz ausreichend dimensionierter Freilaufdioden am Ziel habe ich Spannungsspitzen beim Ab- und Zuschalten der Spulen von ca 800mV positiv und negativ, gesamt also ca 1600mV. Gemessen mit einem Oszi. Da der DCDC Wandler für Primär- und Sekundärseite eine gemeinsame Masse hat, brennt da irgendwas aufgrund der negativ induzierten Spannung bzw dem Strom durch - vermutlich der Arduino. Der schießt dann auch noch durch seinen eigenen Kurzschluss den DCDC Wandler. Also brauche ich einen anderen DCDC Wandler, der getrennte Massen zur Verfügung stellt.

Also hätte ich pro Ziel Materialaufwand: 2x 4-polige Steckverbindung für 48VDC (15€), insg. 3x XLR für Sensor/RS485 (15€), dazu jeweils noch ein XLR Kabel um die Ziele untereinander zu verbinden (10€), DCDC Wandler (18€), Leiterplattenklemmen, Arduino, Klemmkasten, Lochrasterplatine (und jemanden der sie lötet), Kondensatoren zur Spannungsstabilisierung vor/nach dem DCDC Wandler, 3D-gedruckten Platinenhalter (alles Kleinzeug ca. 15€). Also gesamt ca 73€ (netto!).
15 Ziele sind in dem Set, insgesamt hab ich 35 Ziele, also 2555€. Vermutlich brauche ich da für jeden Arduino auch noch ein RS485 Modul, das lass ich jetzt mal aus der Rechnung raus.

Mache ich die Auswertung der Sensoren zentral am Schaltschrank spare ich mir alles oben genannte bis auf eine XLR Verbindung (5€) und brauche dafür ein längeres XLR Kabel (18€) sowie eine unabhängige 5V DC Versorgung (ca 12€) für den Arduino und seine Sensoren und natürlich die ganzen IO Extender (12€) Die letzten beiden versorgen die 15 Ziele, also rechne ich mal mit 2€ pro Ziel, womit ich bei 25€ (netto!) pro Ziel wäre, was bei 35 Zielen 875€ und somit eine Differenz von satten 1680€ macht.

Bei diesen Berechnungen hier hab ich mich jetzt nur auf die Bauteile fokussiert, die sich unterscheiden. Für beide Versionen brauche ich z.B. haufenweise 4x2,5, 4-polige Steckverbindungen, XLR Stecker an den Sensoren usw, was aber eben ziemlich gleich ausfällt, egal ob der Arduino zentral oder an jedem Ziel sitzt.

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ich würde für einen MEGA im Schaltschrank wie folgt rechnen:
15 Sensoren
30 Relais
2 Pins für Serial1 für RS485 zur abgesetzten Bedieneinheit
1 Pin für RS485 RE/DE Umschaltung
4 Die Pins für SPI und Pin 10 frei halten für ein späteres Ethernet Shield (also weitere 4)
2 Pins Serial0 zum debuggen.

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sollte sich also genau für einen MEGA ausgehen.

Warum SPI freihalten: irgendwann kommt die Frage nach einem großen Display. Und dann finde ich ist ein großer LCD Monitor und ein Raspberry eine günstige Variante für eine Visualizierung von Ergebnissen. Und einen Raspberry würde ich per Ethernet anschließen wollen.

Alternativ könnte ich mir aber auch ein Modbus Netz mit 15 Nodes vorstellen mit je zwei Relais und einem Eingang. Die Chinesen haben da sicher auch "preisgünstige" Varianten.

Warum man aus 48V keine stabile Kleinspannung bekommt, wäre separat zu anzusehen.

Sollten wir davon ausgehen dass Ziele und Sensoren inklusive Verkabelung zu diesem zentralen Schaltschrank schon exisitieren?

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Ziele und deren Verkabelung steht quasi schon, Sensoren gibt es auch schon. Kabel vom Sensor bis zum Schaltschrank sind schnell besorgt.

Danke, dann wird es wohl ein Mega werden. Das mit der Erweiterung für einen Raspberry hört sich sinnvoll an.

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Dann mal was anderes:
Verwende doch ESP8266 und nutze das WLAN - Du brauchst dann nur noch 1* Versorgung an die ESPs und kannst Dir die Verkabelung für die Signale komplett sparen. Aufnahme der Sensoren passiert dann direkt am Ziel, Auswertung am Schiesstand... 10 bis 20 Meter bei Sichtkontakt sind ebenfalls kein Problem.

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Da würde ich pin 4 auch noch reservieren da dies für die SD karte auf dem Ethernetshield benutzt wird.

Geleich wie beim UNO können die Analogen EIngänge als Digitale I/O verwendet werden.

Grüße Uwe

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Eine anschließende Frage hätte ich noch: Wenn ich RS485 nutzen möchte, auf welcher Leitung übertrage ich das am besten?

Ich bräuchte halt was UV-stabiles, was auch mechanisch bissl was aushält. Für meine 48V nehm ich H07RN-F, aber beim RS485 is was geschirmtes und mit verdrillten Drähten vermutlich sinnvoller, oder?

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Ja, Differenzsignale müssen verdrillt sein, damit sich durch induktive Felder erzeugte Spannungen zu Null addieren.

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Suche nach DMX Kabel.
DMX ist ein Protokoll - die Übertragung setzt auf 485 Hardwareseitig auf.

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