Arduino Mage Npn 12v/24v 5v Io I2c Led

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1. 01

   准备外部 24 V 电源

   把符合当地安全规范的封闭式 24 V 直流 DIN 导轨电源安装在机箱或导轨上。它的 +24V 线接到扩展板 J1 的 +24V，0V 线接到 J1 的 0V；这两根线为现场设备和扩展板供电。

   • Tip: 先用万用表量 J1 两端，确认极性正确且电压在 12–24 V 范围内。

   • ⚠ 交流市电只接外置、封闭且合规的 DIN 导轨电源；绝不能引入这块低压 PCB。
   • ⚠ 把 +24V 与 0V 接反会使保护器件发热或损坏。
2. 02

   安装 XIAO 控制器

   将 Seeed Studio XIAO ESP32S3 插入两排 1×7 母座，USB-C 接口朝向 PCB 外缘。确认每一排针脚都进入对应孔位，不要错位一列。

   • Tip: 先只焊两个对角针脚，确认 USB-C 位置和板边方向正确后，再焊完其余针脚。

   • ⚠ 焊接时不要让 5 V、3.3 V 或 GPIO 针脚之间产生焊锡桥接，否则可能损坏 XIAO。
3. 03

   装配输入区域

   在 PCB 的 IN1–IN8 区域装入八颗 PC817C 光耦、每路 2.2 kΩ/0.5 W 输入电阻、4.7 kΩ LED 电阻和红色输入 LED。光耦缺口和 PCB 丝印缺口必须同向；LED 的短脚或外壳色带一侧是负端，按丝印方向安装。

   • Tip: 每装完一路，用万用表检查该路没有把 +24V 短接到 0V。

   • ⚠ 光耦和 LED 装反会导致该输入无指示或始终不工作。
   • ⚠ 输入电阻必须使用 0.5 W、1206 或更大封装；普通小电阻可能在 24 V 现场侧过热。
4. 04

   装配输出区域

   在 OUT1–OUT8 区域依照丝印安装八颗 MOSFET、每路 100 Ω 栅极电阻、100 kΩ 下拉电阻、MF-R110 自恢复保险丝、SS36 续流二极管、红色输出 LED 及其 4.7 kΩ 电阻。SS36 带条纹的一端必须朝向 +24V 丝印，另一端朝向对应 OUTn。

   • Tip: 先检查每个 MOSFET 的封装方向，再焊接；SOT-23 的引脚很小，建议使用细焊锡和助焊剂。

   • ⚠ 把续流二极管装反会在输出开启时直接短接 24 V，可能损坏保险丝、走线或电源。
   • ⚠ 每路负载不得超过 1 A；八路同时工作时，外置电源、端子和铜箔必须承受总电流。
5. 05

   装配逻辑与电源区域

   装入 MCP23017、74AHCT541、5 V 降压稳压器、逻辑上拉电阻、去耦电容和 24 V 保护器件。MCP23017 的 A0、A1、A2 接地，I²C 地址固定为 0x20；RESET 由上拉电阻接到 3.3 V。每颗 IC 的 100 nF 电容要紧贴其电源脚。

   • Tip: 使用放大镜检查 TSSOP 引脚；相邻引脚间不应有焊锡连桥。

   • ⚠ MCP23017 和 XIAO 只能使用 3.3 V 逻辑；不要把 5 V 接到 SDA、SCL 或 XIAO 的 GPIO。
6. 06

   连接传感器与执行器

   每个三线 NPN 传感器：棕线接 +24V 公共端，蓝线接 0V 公共端，黑线接 IN1–IN8 中对应的一路。每个直流负载：正端接输出端子的 +24V_COM，负端接对应 OUT1–OUT8；该输出会把负端接到 0V 来启动负载。

   • Tip: 先只接一个小型 24 V 指示灯或继电器线圈测试 OUT1，再逐路接入其余设备。

   • ⚠ 感性负载必须使用本板对应通道的续流二极管；否则关断瞬间的尖峰可能损坏 MOSFET。
   • ⚠ 不要把 NPN 传感器的黑色输出线直接接到 +24V。
7. 07

   选择并连接 5 V GPIO 与 I2C

   J4 的 IO1–IO4 经过单通道电平转换器连接到 XIAO GPIO1–GPIO4；按每路 DIR 焊盘或跳线选择方向，输出模式把 DIR 接 3.3V，输入模式把 DIR 接 GND。J5 的四针顺序为 3V3、GND、SDA、SCL，SDA 接 GPIO5，SCL 接 GPIO6。

   • Tip: 第一次使用 5 V GPIO 时，先选择输入模式并用万用表确认外部设备没有把电压送入错误端。

   • ⚠ 不要把超过 5 V 的信号接到 J4；也不要把 24 V 现场信号接到 J4 或 J5。
8. 08

   第一次低风险上电

   先不接执行器，仅连接 XIAO 的 USB-C 与外部 24 V。确认 5 V 稳压输出为约 5.0 V、XIAO 的 3.3 V 为约 3.3 V，并确认所有 OUT 灯在上电时熄灭。随后一次连接一个传感器和一个小负载验证 INn 动作时 OUTn 与两颗状态灯一起变化。

   • Tip: 若某一路上电即导通，立即断开 24 V，检查该路 100 kΩ 栅极下拉、MOSFET 朝向和 74AHCT541 的 OE 接地。

   • ⚠ 进行接线或更换负载前先断开 24 V 电源；带电插拔可能产生火花并损坏端子或输出器件。

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MCP23X17.h>


// Forward declarations
void setOutputsOff();

constexpr uint8_t I2C_SDA_PIN = 5;
constexpr uint8_t I2C_SCL_PIN = 6;
constexpr uint8_t GPIO5V_1_PIN = 1;
constexpr uint8_t GPIO5V_2_PIN = 2;
constexpr uint8_t GPIO5V_3_PIN = 3;
constexpr uint8_t GPIO5V_4_PIN = 4;
constexpr uint8_t MCP_ADDRESS = 0x20;
constexpr uint8_t CHANNEL_COUNT = 8;
constexpr uint32_t INPUT_STABLE_MS = 20;

Adafruit_MCP23X17 io;
bool stableInput[CHANNEL_COUNT] = {false};
bool sampledInput[CHANNEL_COUNT] = {false};
uint32_t lastChangeMs[CHANNEL_COUNT] = {0};

void setOutputsOff() {
  for (uint8_t channel = 0; channel < CHANNEL_COUNT; ++channel) {
    io.digitalWrite(channel + 8, LOW);
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin(I2C_SDA_PIN, I2C_SCL_PIN);

  pinMode(GPIO5V_1_PIN, INPUT);
  pinMode(GPIO5V_2_PIN, INPUT);
  pinMode(GPIO5V_3_PIN, INPUT);
  pinMode(GPIO5V_4_PIN, INPUT);

  if (!io.begin_I2C(MCP_ADDRESS, &Wire)) {
    Serial.println("MCP23017 not found at 0x20; outputs remain unavailable.");
    while (true) delay(1000);
  }

  for (uint8_t channel = 0; channel < CHANNEL_COUNT; ++channel) {
    io.pinMode(channel, INPUT_PULLUP);
    io.pinMode(channel + 8, OUTPUT);
  }
  setOutputsOff();
  Serial.println("Industrial 8-in/8-out board ready.");
}

void loop() {
  const uint32_t now = millis();
  for (uint8_t channel = 0; channel < CHANNEL_COUNT; ++channel) {
    const bool sensorOn = (io.digitalRead(channel) == LOW);
    if (sensorOn != sampledInput[channel]) {
      sampledInput[channel] = sensorOn;
      lastChangeMs[channel] = now;
    }
    if (sampledInput[channel] != stableInput[channel] &&
        now - lastChangeMs[channel] >= INPUT_STABLE_MS) {
      stableInput[channel] = sampledInput[channel];
      io.digitalWrite(channel + 8, stableInput[channel] ? HIGH : LOW);
      Serial.printf("IN%u=%s, OUT%u=%s\n", channel + 1,
                    stableInput[channel] ? "ON" : "OFF", channel + 1,
                    stableInput[channel] ? "ON" : "OFF");
    }
  }
}

“Deploy to device” opens this project in Schematik, where you can flash it to your board over USB.