Зависание SPI-дисплея на ESP32 при управлении инвертором

[ntfs1984]

Приветствую, коты. Я новенький. И вы моя последняя надежда =)

Делаю т.н. "гибридный инвертор" своими руками. Столкнулся с проблемой зависания SPI дисплея.

Опишу в словах, что есть.

Вход 220 В подключен к AC\DC 220-28 через реле №2.
Выход 28 В этого AC\DC подключен к китайскому инвертору 28-220. Вот такому: https://www.aliexpress.com/item/1005007170105678.html
Этот же выход 28 В подключен к DC-DC преобразователю в 5В, который питает ESP32 (хотя это и не важно).

Фаза входа 220 В подключена к контакту реле №1, который по умолчанию сомкнут.
На второй контакт этого реле №1 подключено ВВ-плечо трансформатора от инвертора. Через индуктивность конечно же.
Общий контакт реле №1 - является выходом 220 В на нагрузку.
Соответственно земля входа 220 В и второй вывод 220 В - соединены.

Таким образом я реализовываю "bypass", т.е. когда реле №1 неактивно, выход 220 В подключен ко входу 220 В напрямую.
Когда реле №1 активно - выход 220 В переключается на ВВ-выход трансформатора инвертора.

Реле №1 и реле №2 - китайские модули с опторазвязкой, подключены к ESP32 GPIO out.

Китайский инвертор имеет разъем для кнопки включения. Этот разъем через оптопару так же подключен к ESP32 GPIO out.

Еще к ESP32 подключен TFT SPI дисплей.

Проблема в том, что когда инвертор управляется через оптопару-ESP32, и реле №1 переключается - SPI-дисплей иногда подвисает.
Подвисает именно дисплей, потому что ESP32 продолжает работать, а дисплей заводится после переинициализации.
Подвисает не при включении\выключении инвертора, а именно при переключении реле №1.

Когда разъем включения инвертора не подключен к оптопаре-ESP32, а например закорочен пинцетом - зависания не происходит.
Зависания не происходит так же, если разомкнуто низковольтовое плечо трансформатора.
И зависания не происходит, если реле №1 сначала переключается на инвертор, а затем инвертор включается. Но этот костыль не очень подходит, потому что тогда при переключении источника, дом будет примерно одну секунду без электричества.

Питание ESP32 роли не играет - питал от внешнего источника.
Повесил феррит на шину от реле №1 до ESP32 - все равно зависает.
Повесил индуктивность на шину от инвертора к оптопаре - все равно зависает.
Разнес плату ESP32 и дисплея на 15 см от силовых цепей - все равно зависает.
Поскручивал шины в косички - тоже зависает.
Зависает так же при работе от аккумуляторов, т.е. AC\DC ни при чем.
Поставил RC-фильтр на высоковольтную цепь трансформатора от инвертора - все равно зависает.
Экранировка ESP32\SPI-дисплея не помогает.

В общем условия для зависания это включенный инвертор + подключение его разъема к ESP32 + активный трансформатор + щелчок реле. При отсутствии хотя бы одного из условий, зависания нет.

Осциллографа профессионального нет, есть только самодельный до 100кГц и лимитом до 3.3В, собранный на такой же ESP32.

И к сожалению, ни дисплей, ни SPI шина не имеют (во всяком случае бескостыльных) методов контроля целостности, или определения наличия дисплея - данные шлются просто "втуда".
Варианта как по мне два.
Либо каким-то боком обратная ЭДС самоиндукции от реле проходит в цепи. Хотя на контакты реле я тоже поставил RC-фильтр.
Либо в момент переключения реле формируется ЭМИ такой мощности, что все провода становятся антеннами или вторичными обмотками и сами создают ЭДС в низковольтной цепи. Что тоже странно, потому что нагрузки на выходе 220В у меня нет никакой, соответственно ток через контакты реле нулевой.
Да и напрягает момент, что при декоммутации разъема инвертора от оптопары, зависания прекращаются, а оптопара по идее устраняет гальваническую связь.

Есть идеи, как можно победить зависание SPI-дисплея?

Приложил картинку, на которой в общих чертах обрисовал схему подключения зависающей части. Требуху не рисовал, поскольку без нее зависает тоже. Заранее извините за кривизну, возможности рисования ограничены.
Знания по радиоэлектронике у меня средние, поэтому диалог можно вести употребляя радио-матюки.

Заранее огромное благодарю.

[Базилюк]

Осциллографа профессионального нет, есть только самодельный до 100кГц и лимитом до 3.3В,

Хорошо. Покупаем на Алиэкспрессе простой USB-шный лог.анализатор - клон Saleae 8 за 400 руб. https://sl.aliexpress.ru/p?key=gCLTrZO
8 каналов, полтора десятка мегагерц, приложение Logic 2 с декодером SPI данных - увидите поток байтов, сможете распознать остановку обмена или ошибки в байтах в момент зависания.
Это раз.

Подвисает не при включении\выключении инвертора, а именно при переключении реле №1.

А это уже - схемотехническая проблема. Тут либо электромагнитно по воздуху прилетает помеха, либо по электрическим дорожкам гадит в питание и сбрасывает микроконтроллер или дисплей. Без измерительных приборов проблему искать можно только методом научного тыка.
Можно попробовать обернуть плату с контроллером и дисплеем в металлический экран, подключенный к GND питания. Можно пробовать блокировочные конденсаторы на питании и сигнальных линиях. Да много чего можно тыкать, если не измерять

[ntfs1984]

[uquote="Базилюк",url="/forum/viewtopic.php?p=4631053#p4631053"]

Осциллографа профессионального нет, есть только самодельный до 100кГц и лимитом до 3.3В,

Хорошо. Покупаем на Алиэкспрессе простой USB-шный лог.анализатор - клон Saleae 8 за 400 руб. https://sl.aliexpress.ru/p?key=gCLTrZO
8 каналов, полтора десятка мегагерц, приложение Logic 2 с декодером SPI данных - увидите поток байтов, сможете распознать остановку обмена или ошибки в байтах в момент зависания.
Это раз.

Подвисает не при включении\выключении инвертора, а именно при переключении реле №1.

А это уже - схемотехническая проблема. Тут либо электромагнитно по воздуху прилетает помеха, либо по электрическим дорожкам гадит в питание и сбрасывает микроконтроллер или дисплей. Без измерительных приборов проблему искать можно только методом научного тыка.
Можно попробовать обернуть плату с контроллером и дисплеем в металлический экран, подключенный к GND питания. Можно пробовать блокировочные конденсаторы на питании и сигнальных линиях. Да много чего можно тыкать, если не измерять[/uquote]

Ну что прилетает помеха - это понятно. Помеха от чего?
Если от катушки реле - тогда странно, потому что во-первых модуль с опторазвязкой, во вторых прилетает когда включен инвертор и подключен к МК через оптопару.
В момент переключения контактов - тогда еще страннее, потому что нагрузки там никакой нет, помеху вызывать по сути нечему, общий контакт реле ни к чему не подключен, а в NC-NO контактах 220 уже присутствует, а при срабатывании реле, общий контакт просто меняет одно 220 на другое.

Я понимаю помеха может быть от работающего транса, окей. Допустим она даже проходит к контактам реле, и на плату инвертора. Но как она может пройти две оптопары (а там кстати заявлено напряжение пробоя в 5кВ), и остаться настолько мощной чтобы вырубить дисплей?

[Базилюк]

А помеха может лететь по воздуху - электромагнитная. И для неё оптопара - не барьер. Бывали случаи, когда работающий в пяти метрах сварочный инвертор через воздух наводил кучу помех на отдельно запитанную электронику.

[shonty]

Похоже в какой то момент пропадает питание на дисплей (хотя может быть и скачёк). После чего дисплею нужна переинициализация (аппаратный и программный сбросы).

Как варианты:
1. проверить на другом дисплее, не обязательно с таким же разрешением.
2. если у вас дисплей подключен китайским шлейфом dupont, то там жилы стальные (проверяется магнитом) и не всегда хороший контакт, я почти от всех таких избавился, переобжал на медные провода.
3. что бы точнее определить момент зависания дисплея, запрограммируйте динамическую картинку на дисплее, например мигание какого нибудь небольшого поля несколько раз в секунду.
(Иногда в поделках так и делаю, что бы понимать, работает устройство или коллизию какую нибудь словило видео на рутубе)
Тут важно понять, зависает в один и тотже момент или нет.

Если что, то развязать по питанию можно с помощью например B0505S-1W и подобным, но сначала нужно определиться с проводами и моментом зависания.

PS в проект временно добавить кнопку, по нажатию которой после зависания запускается инициализация дисплея.

Добавлено after 1 hour 11 minutes 51 second:
PS2: посмотрю, если стенд не разобрал, сымитирую зависание дисплея. У меня проект приёмника на Si4735, стенд от одного источника, а УНЧ отдельно подключён. И вроде как если питанием УНЧ "щёлкнуть", то так же дисплей (TFT 3,2'') зависает..
Время найду, гляну.. но не обещаю.

[Базилюк]

Без измерительных инструментов гадать можно долго. Например, выход управления реле - токами самоиндукции от реле может давать импульс в питание платы или наводить импульсы на неподключенные выводы дисплея. Может, вход CS или Reset дисплея неправильно подключен. Вообще, этот дисплей можно и читать по SPI. Можно ж прочитать его состояние - может, он сбросился. Или из-за помех в SPI передался какой лишний импульс и дисплей перешел в непредвиденное состояние.

Кароч, направления тут два - электрический индуктивный выброс от обмотки реле или электромагнитный (по воздуху) выброс при запуске инвертора. Путь - либо через оптопару (электромагнитные через нее проходят), либо по воздуху. Через реле электромагнитно помехи тоже проникают. Особенно они любят длинные провода, играющие роль обычных радоантенн.
Плату инвертора и БП 220/28 надо заключить в магнитный экран - люменевый корпус.
Облась поиска можно сузить, не подключая реле к плате. и запуская/выключая инвертор через оптопару и без нее.

[shonty]

Время найду, гляну.. но не обещаю

Вобщем проверил. Но наверное вам это не поможет.

Сам стенд запитан от USBASP
Тестовый усилитель на TEA2025 от внешнего БП на LM317
Усилитель подключён только выходу Si4735, ну и земля общая.
Если переключить питание усилителя во аремя работы, то вырубается чип приёмника, Дисплей на нажатие кнопок не реагирует больше. Но это и понятно: программно сначала идут пакеты на Si4735, и если МК не получает ASK, то больше никакие действия я не предусматривал.
Проект сырой ещё.. оставил всё на потом. А в конечном устройстве всё будет запитано от одного источника, поэтому многие ситуации просто отпадут.


В вашем случае, думаю, всётаки нужно сделать "анимацию" на дисплее, что бы понять, что подвисает и, главное, в какой момент.

Добавлено after 6 minutes 53 seconds:

Без измерительных инструментов гадать можно долго.

Если "гадать", то да, можно долго. Ещё если гадать: а может то, а может сё.., то вообще бесконечно))

И инструменты также не панацея.

Иногда можно найти причину просто анализирую ситуацию. Не всегда нужно бежать в магазин за "андронным коллайдером"

[Базилюк]

Так ситуация проанализирована.

В общем условия для зависания это включенный инвертор + подключение его разъема к ESP32 + активный трансформатор + щелчок реле. При отсутствии хотя бы одного из условий, зависания нет.

Итого - электромагнитный импульс при коммутации реле. Платы лежат на столе без экранирования корпусами. Провода к дисплею и прочей коммутации являются радиоантеннами, излучающими и принимающими. Высокоомные входы дисплея не гасят наводимые на провода помехи. В момент размыкания одних и замыкания других контактов реле, находящихся под нагрузкой, из-за дребезга контактов генерируется пачка радиоимпульсов.

Ну, в общем, я бы вначале поместил инвертор в заземленный люминевый корпус

[shonty]

Немного оффтопа:

Спойлер

Ещё с TFT дисплеями есть такойй фокус (на ILI9341 обнаружил): если его "сфотографировать" со вспышкой, только не с телефона, а фотоаппаратом (у меня зеркалка никон), то его вырубает и экран просто становится белым , так как подсветка работает. Это из-за того, что led матрица начинает работать как солнечная батарея и видимо с контроллером дисплея коллизия происходит. После перезагрузки всё нормально становится.

И ещё сделал себе индикатор на OLED i2c, с отдельной лёгкой библиотечкой и с возможностью быстрого подключения. И с некоторых пор уже в привычке, даже когда с TFT работаю, то паралельно OLED подключаю. Это информативнее, чем светодиодами маякать.

[jcxz]

[uquote="shonty",url="/forum/viewtopic.php?p=4631282#p4631282"]Ещё с TFT дисплеями есть такойй фокус (на ILI9341 обнаружил): если его "сфотографировать" со вспышкой, только не с телефона, а фотоаппаратом (у меня зеркалка никон), то его вырубает и экран просто становится белым , так как подсветка работает. Это из-за того, что led матрица начинает работать как солнечная батарея и видимо с контроллером дисплея коллизия происходит.[/uquote]Это вы сами видели или в инетике вычитали?

Сфотографировал свой TFT на том же самом ILI - ничего не повисло. 5 раз повторил - работает прекрасно и не виснет. Правда моя зеркалка - Canon. Может конечно Nikon мощнее.

Добавлено after 9 minutes 15 seconds:
[uquote="ntfs1984",url="/forum/viewtopic.php?p=4631026#p4631026"]Подвисает именно дисплей, потому что ESP32 продолжает работать[/uquote]Точно "ESP продолжает работать", а не перезапускается например от помехи? Уверены?

[uquote="ntfs1984",url="/forum/viewtopic.php?p=4631026#p4631026"]Есть идеи, как можно победить зависание SPI-дисплея?[/uquote]Как уже советовали выше - приобрести лог.анализатор и исследовать, что происходит на шине. Вслепую гадать можно бесконечно.
И нарисовать наконец-то нормальную принципиальную схему.

[shonty]

Это вы сами видели или в инетике вычитали?

Однажды хотел сфотать дисплей и так вот получилось. Вырубает от вспышки, стабильно.

У меня недавно был переезд и с фотоаппаратом (да и вообще мгного ещё с чем) пришлось расстаться. Но готов тут поставить закладку, и если будет возможность сниму на видео.
Если что, то я с темы не съезжаю

[Базилюк]

ДАНУНАФИК? Вот это волшебство - фоткаешь дисплей прибор, а он генерирует импульс и убивает прибор
Да ну че за сказки то. Эти дисплеи и под прямым солнцем работают, и ничего. А зависал дисплей наверняка от мощного эл.магн. импульса фотовспышки, которые наводились на длинных проводах. У фотовспышки же фактически конденс, заряженный до 300-500 В разряжается за доли секунды, что порождает мощный эл.магн. радиоимпульс.

Вообще, тема с наводимыми эл.магн. помехами - известная в узких кругах весчь. Недаром ведь есть такие тесты на эл.магн.совместимость. И именно поэтому корпуса импульсных БП заключены в алюминиевый корпус. И корпуса стационарных компутеров тоже люминиевые. И даже в ноутбуках на внутренней стороне пластиковых панелей нанесено медное напыление, а к нему поджимаются упругие металлизированные полоски, соединенные с шасси.

[jcxz]

[uquote="Базилюк",url="/forum/viewtopic.php?p=4631386#p4631386"]А зависал дисплей наверняка от мощного эл.магн. импульса фотовспышки[/uquote]Тогда в урну такой Nikon. Он вообще не должен был пройти сертификацию по ЭМС. Если генерит ЭМИ как от ядерного взрыва.

PS: Или может там вспышка самопальная была, гаражно-наколенного производства?
Если даже низкоомный и помехоустойчивый SPI от неё виснет, то что будет твориться например с I2C??? Вообще выгорать будет?

[Базилюк]

Ну я тоже думаю, что чето там с этой фотовспышкой не то. Я не замечал, чтобы они давали какие-то сильные помехи. Просто предположил.

[ntfs1984]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=4631453#p4631453"][uquote="Базилюк",url="/forum/viewtopic.php?p=4631386#p4631386"]А зависал дисплей наверняка от мощного эл.магн. импульса фотовспышки[/uquote]Тогда в урну такой Nikon. Он вообще не должен был пройти сертификацию по ЭМС. Если генерит ЭМИ как от ядерного взрыва.

PS: Или может там вспышка самопальная была, гаражно-наколенного производства?
Если даже низкоомный и помехоустойчивый SPI от неё виснет, то что будет твориться например с I2C??? Вообще выгорать будет?[/uquote]


Не сказал бы что SPI помехоустойчивый. Средств обнаружения ошибок и контроля данных нет. И как правило, скорость передачи данных больше, соответственно время передачи импульса короче, а значит больше вероятность появления несанкционированного бита.

Я в порядке экспериментов подключил RFID модуль по той же SPI - он не виснет, хотя находится рядом с дисплеем, т.е. дело даже не в SPI а в самой ILI9341-контроллере дисплея.

[jcxz]

[uquote="ntfs1984",url="/forum/viewtopic.php?p=4632325#p4632325"]Не сказал бы что SPI помехоустойчивый. Средств обнаружения ошибок и контроля данных нет.[/uquote]Они там не нужны, потому и нет. При грамотном проектировании схемы и платы, умении разработчика читать документацию на применяемые компоненты и отсутствии багов в программе, SPI работает стабильно, и костыли не нужны.

[ntfs1984]

[uquote="jcxz",url="/forum/viewtopic.php?p=4632399#p4632399"][uquote="ntfs1984",url="/forum/viewtopic.php?p=4632325#p4632325"]Не сказал бы что SPI помехоустойчивый. Средств обнаружения ошибок и контроля данных нет.[/uquote]Они там не нужны, потому и нет. При грамотном проектировании схемы и платы, умении разработчика читать документацию на применяемые компоненты и отсутствии багов в программе, SPI работает стабильно, и костыли не нужны.[/uquote]

Ни один механизм никогда не работает стабильно. Да и плюс грамотного проектирования, как такового - не бывает.
Любое проектирование всегда начинается с прототипа, исправления ошибок, добавления костылей, и только после - получается грамотно.

Прост

[shonty]

ntfs1984, лучше бы поведали как у вас питание организовано, ну и параметры блока питания заодно.
Можно предположить, что реле даёт просадку.
Но опять же - это всё только домыслы.

По той информации, которую вы предоставили, что-то конкретное прояснить невозможно от слова совсем. В правильно заданном вопросе обычно содержится часть ответа. Но ваш же вопрос пока из рубрики: "Почему у меня не работает?"

Добавлено after 2 hours 46 minutes 50 seconds:
PS ..и фото обратной стороны дисплея не помешало бы

Добавлено after 8 minutes 10 seconds:
Базилюк, у меня дисплей на макетке подключён. И не один. Вопрос: какую мне бурю магнитную вокруг него создать, что бы его вырубило?

Добавлено after 1 minute 10 seconds:
На счёт фотовспышки, повторюсь, я с темы не съезжаю.
Возможно я заберу фотоаппарат, но чуть позже.

Добавлено after 13 minutes 51 second:
..и даже параметры вспышки попробую замерить в режиме hold, заодно с солцем сравним))

[jcxz]

[uquote="shonty",url="/forum/viewtopic.php?p=4632646#p4632646"]Базилюк, у меня дисплей на макетке подключён. И не один. Вопрос: какую мне бурю магнитную вокруг него создать, что бы его вырубило?[/uquote]Организовать небольшой ядерный взрыв?
Это к тому, что в прошлом проекте у меня тоже был инвертор. В котором было несколько SPI-слэйвов. Только мощности немного иные, чем у ТС: до ~900V и до ~1200A от LiOn-батареи. Но SPI завесить ни разу не удалось.
Да, там были серьёзные проблемы с помехами по Ethernet (которые в конце-концов победили). Но вот SPI - ни в какую не вис, собака! И работал он у нас при этом на SCLK=36MHz и в режиме dual-SPI (т.е. - с высокоомными состояниями на шине). И ничего.

Добавлено after 8 minutes 22 seconds:
[uquote="shonty",url="/forum/viewtopic.php?p=4632646#p4632646"]На счёт фотовспышки, повторюсь, я с темы не съезжаю.
Возможно я заберу фотоаппарат, но чуть позже.[/uquote]Может в схеме того девайса был косяк? Например - какой-нить длинный провод болтался свободным концом, возомнив себя антенной и паникуя при малейшем возмущении эфира?

[Базилюк]

[uquote="shonty",url="/forum/viewtopic.php?p=4632646#p4632646"]н. Вопрос: какую мне бурю магнитную вокруг него создать, что бы его вырубило?[/uquote]
Работа обычной электросварки или мощных частотников (электромоторы такие). Видимо, ваши поделки существуют только на макетках и в тепличных условиях, коль не знаете таких простых истин.
Дело не самом SPI, а в общих принципах распространения помех. И SPI в этом плане не исключение. Просто у него нет контроля целостности сигнала и вообще пофик, че там по нему идет. Даже если провода вообще оторвались, он не остановится, а будет передавать в пустоту и принимать некий дефолтный уровень или шум.
И тут виснет не сам SPI, а дисплей, который принимает какую-то ошибочную команду, переводящую дисплей в некое неожиданное для программного кода состояние.

Освещенность от солнечных лучей - порядка 100 тыс. лм. Фотовспышка даст такую силу разве что только в упор на расстоянии пары-тройки сантиметров.