Motherboard per Orange Pi Zero

Da La cantina di Gvf.
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I Single-board computer sono bellissimi ma quando andiamo ad utilizzare i connettori di espansione possono essere problemi: necessità di collegare più componenti allo stesso bus, più fili allo stesso terminale e così via. Per i miei progetti ho realizzato una motherboard che mi fornisce una serie di connettori per collegare le varie periferiche.

Requisiti

  • Orange PI Zero (con connettore modificato se si vuole usare la parte relativa ad audio e usb)

Caratteristiche

  • Alimentazione da 7 a 28 V con modulo DC/DC converter
  • In alternativa alimentazione via Power over Ethernet (richiede modifiche alla scheda OPi Zero)
  • RTC DS3231
  • Cicalino comandato da GPIO
  • Amplificatore BF (monofonico)
  • Ingresso per modulo microfonico per interfono
  • Ingresso digitale optoisolato (collegabile a vari GPIO)
  • Led di stato e pulsante di reset (richiedono modifiche alla scheda OPi Zero)
  • Tre connettori su I²C0 di cui uno compatibile con i moduli RTC reperibili in rete
  • Un connettore su I²C1 (bus a cui è collegato anche il RTC presente sulla scheda)
  • Connettore seriale 1 (/dev/ttyS1)
  • Connettore seriale 2 (/dev/ttyS2) con il segnale RTS (utile per il comando di interfacce RS485) e alimentazione 3,3 e 5 V
  • Connettore SPI out (per collegamento moduli display a led, facilmente modificabile per avere disponibile un'interfaccia completa), utilizzabile in alternativa come per seriale 3 (/dev/ttyS3) con segnale RTS
  • Connettore per 1Wire (per esempio sensori temperatura DS18B20)
  • Connettore per ricevitore IR
  • Tre connettori USB con protezione su alimentazione e linee segnale

Quasi tutti i connettori prevedono linee di alimentazione a 3,3 o 5V

Schema elettrico

gvf2303 v2c.pdf

Elenco componenti

  • C1 = Condensatore elettrolitico 220 µF, 10V verticale, interasse 2,5mm, diametro 6,3 mm
  • C2,C3 = Condensatori ceramici SMD 0603 100nF [1]
  • C6,C7 = Condensatori ceramici SMD 0603 100nF [2]
  • C4 = Condensatore ceramico SMD 1206 47nF [1]
  • C5 = Condensatore elettrolitico 220 µF, 10V verticale, interasse 2,5mm, diametro 6,3 mm [1]
  • C8 = Condensatori ceramici SMD 0603 100nF [3]
  • C9 = Condensatore ceramico SMD 1206 10µF [4]
  • D1 = LED blu SMD 1206 indicatore di presenza alimentazione
  • D2 = LED rosso SMD 1206 microfono collegato [2]
  • D3 = LED giallo SMD 1206 ingresso optoisolato alimentato [5]
  • D4 = LED verde SMD 1206 presenza alimentazione prese su USB [6]
  • D5 = LED 3mm [7]
  • D6 = Ponte a diodi SMD [4]
  • F1 = Fusibile SMD 1210
  • F2 = Fusibile SMD 1210 [6]
  • J1 = Pin header verticale 2x13 passo 2,54 mm
  • J2 = Pin header verticale 1x13 passo 2,54 mm
  • J3 = Morsettiera 1x6 passo 5,08 mm Phoenix Contact MSTBVA_2,5-6-G-5,08 sito web Phoenix Contact
  • J4,J5,J6 = Connettori USB-A femmina verticali da stampato [6]
  • J7 = Connettore JST XH (passo 2,5 mm) 1x02 verticale
  • J8 = Connettore JST XH (passo 2,5 mm) 1x02 verticale [5]
  • J9,J10,J12,J15,J16 = Connettori JST XH (passo 2,5 mm) 1x04 verticali
  • J11 = Connettori JST XH (passo 2,5 mm) 1x05 verticali
  • J13 = Connettore JST XH (passo 2,5 mm) 1x03 verticale
  • J14 = Connettore JST XH (passo 2,5 mm) 1x06 verticale
  • J17 = Header IDC 2x05 passo 2,54 mm verticale
  • J18 = Connettore JST XH (passo 2,5 mm) 1x03 verticale [8]
  • J19 = Connettore JST PH (passo 2) 1x02 orizzontale [7][9]
  • J20 = Connettore Molex PicoBlade 53047-0210_1x02 (passo 1,25mm) verticale [3]
  • J21 = Connettore JST PH (passo 2) 1x02 orizzontale [4]
  • J22 = Connettori JST XH (passo 2,5 mm) 1x05 verticali (alternativo a J17)
  • JP1,JP2,JP3 = Selezione pin per ingresso optoisolato (default GPIO 6)
  • JP4 = Selezione alimentazione LED power (default 24V)
  • Q1 = Transistor BC807 (PNP) SOT-23 [10]
  • R1 = 22 KΩ SMD 1206
  • R2 = 10 Ω SMD 1206 [1]
  • R3,R4,R5 = 2,2 KΩ SMD 1206 [2]
  • R6 = 10 KΩ SMD 1206 [10]
  • R7 = 4,7 KΩ SMD 1206 [5]
  • R8 = 2,2 KΩ SMD 1206 [5]
  • R9 = 4,7 KΩ SMD 1206 [8]
  • R10 = 22 KΩ SMD 1206 [6]
  • R11 = 4,7 KΩ SMD 1206 [7]
  • SW1 = pulsante da stampato normalmente aperto SMD 6x6mm [9]
  • U1 = modulo alimentazione DC/DC MP1584 datasheet integrato possibile fornitore
  • U2, U3, U4 = USBLC6-2SC6 (protezione disturbi USB) [6] datasheet
  • U5 = LM386 DIL [1] datasheet
  • U6 = SFH618A-1 [2] datasheet
  • U7 = H11L1 [5] datasheet
  • U8 = DS3231M SOIC-16W [3] datasheet
  • U9 = Ag9905LP [4] (alternativo a U1) datasheet
  • BZ1 = Buzzer 12x9.5 passo 7.6 [10]


  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 amplificatore BF
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 ingresso microfonico
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 RTC sulla motherboard
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 Power Over Ethernet
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 Ingresso optoisolato
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 prese USB
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 ripetizione LED status della scheda Orange Pi Zero
  8. ↑ 8,0 8,1 interfaccia 1W
  9. ↑ 9,0 9,1 pulsante di reset
  10. ↑ 10,0 10,1 10,2 Buzzer

Circuito stampato

Link per il file zip contente i file Gerber dello stampato.

Questa versione contiene un errore nel posizionamento di Q1 che va saldato come riportato nella foto.

Per saldare il DS3231 (U8) conviene eliminare i ponti verso massa laterali e centrali lasciando solo quelli alle estremità.

  • Render lato superiore circuito stampato

    Render lato superiore circuito stampato

  • Render lato inferiore circuito stampato

    Render lato inferiore circuito stampato

  • Circuito stampato

    Circuito stampato

  • Posizionamento corretto di Q1

    Posizionamento corretto di Q1

  • Modifiche per il collegamento del reset (filo rosso) e del POE (fili verde e blu)

    Modifiche per il collegamento del reset (filo rosso) e del POE (fili verde e blu)

Varianti

Il circuito è essenzialmente modulare ovvero si montano solo le sezioni che interessano, nel caso dell'alimentazione ci sono due circuiti che sono da usare uno in alternativa all'altro. Al momento ho utilizzato tutti i circuiti presenti sullo stampato (e ho già provato un paio di estensioni), ma non ho mai montato una scheda con tutti i circuiti in quanto non ne avevo la necessità, anche se sarebbe possibile.

Alimentazione in continua

L'alimentazione va collegata sui morsetti 1 (positivo) e 2 del connettore J3. Attenzione non è prevista una protezione contro le inversioni di polarità. Io ho alimentato il circuito con 12V o 24V ma in teoria il campo delle tensioni accettate sarebbe da 7V a 28V. Non vanno installati i componenti relativi all'alimentazione POE ovvero D6, U9, C9, J21.

Alimentazione POE

Non va installato il modulo DC/DC U1 e il LED che indica la presenza di alimentazione va collegato ai 5V chiudendo il jumper JP4 2-3. In linea di massima il jumper JP4 1-2 può rimanere chiuso. L'Orange Pi zero va modificato togliendo un paio di resistenze e collegando al posto delle stesse un paio di fili che andranno al connettore J21. Il mio switch alimenta il circuito solo collegandosi ai fili che portano il segnale. Per i fili inutilizzati ci sono un altro paio di resistenze ma dovete provare col vostro switch.

Non ho utilizzato l'ingresso microfono del citofono con questa soluzione di alimentazione.

Prese USB

Sullo stampato sono presenti 3 prese USB verticali. Le prime due J4 e J5 sono collegate ai relativi pin presenti sul connettore J2. La terza J6 invece è disponibile per essere collegata alla micro USB OTG presente sull'Orange PI Zero (necessità di essere abilitata). Se non trovate i USBLC6-2SC6 potete sostituirli con dei ponticelli perdendo avviamente la protezione che offrono.

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