IndusScope – אוסילוסקופ IoT הקטן ביותר לבדיקות אלחוטיות

אוסיליסקופ הוא מכשיר בדיקה ומדידה חיוני המאפשר לנו לנתח אותות AC ו-DC, לדמיין גלים ולקבוע תדר.

עם זאת, רוב האוסילוסקופים המסורתיים הם מגושמים וגדולים בגודלם, מה שעלול להיות לא נוח בעבודה עם מיקרואלקטרוניקה, תכנון ובדיקה של רכיבים קטנים.

לכן, עיצבנו את InduScope, אוסילוסקופ נייד המציע קישוריות IoT, המאפשר למשתמשים לחבר אותו לטלוויזיות חכמות, מחשבים ניידים וטלפונים. זה מאפשר הדמיית נתונים בזמן אמת, הגדלת תצוגה ושליטה אלחוטית של האוסילוסקופ.

בתהליך העיצוב, השתמשנו ב- מטבע IndusBoardהמשלב גם פונקציות DAC וגם ADC, מה שמאפשר לנו לקרוא אותות ולהשתמש בלוח כאוסילוסקופ. בנוסף, שולב מעגל להרחבת טווח האוסילוסקופ.

הרכיבים הדרושים מפורטים להלן.

– פרסומת –

שטר חומרים

מעגל IndusScope

כאן נעשה שימוש בפין ה-ADC של InduBoard בעת חיבור אוסילוסקופים רב-ערוציים רבים.

עם זאת, כדי לשמור על עיצוב פשוט וקל לייצור, נוצר רק אוסילוסקופ ערוץ אחד, וכל פינים יכולים לשמש כ-ADC. במקרה זה, ארבע הפינים משמש כערוץ הראשון של האוסילוסקופ.

לאחר הכנת הקוד, נוכל לחבר ישירות את פין 4 לבדיקה כדי לראות את האות ולהשתמש בו כאוסילוסקופ. עם זאת, כדי לעבור בין אותות AC/DC ולהרחיב את הטווח מ-0 ל-33V DC ו-220V AC, אנו זקוקים לסוג מיוחד של מעגל.

– פרסומת –

להלן העיצוב והמעגל הדרושים כדי להשיג זאת:

מעגל מחלק המתח המורכב מ R1 = 100kΩ ו R2 = 10kΩ מבטיח רמות מתח כניסה בטוחות לפין ESP32-S2 ADC על ידי הקטנת אות הכניסה. מתח המוצא ניתן על ידי:

Vout=Vin×(R2/(R1+R2))

=Vin×(10k/(100k+10k))

≈Vin×0.091

משמעות הדבר היא שאות הקלט מצטמצם לכדי 9.1% מהמשרעת המקורית שלו, מה שמבטיח שהוא יישאר בטווח המתח הבטוח של ה-ADC (0-3.3V).

הוספת קבל לחיבור AC

כדי למדוד אותות AC תוך חסימת כל רכיב DC, א קבלים בסדרה נוסף. יש למקם את הקבל בין קו אות הכניסה BNC למחלק המתח (R1).

שלבים להוספת הקבל:

1. נתק את החיבור בין פין 1 של BNC1 ו-R1.
2. הכנס את הקבל בסדרה בין הנקודות הללו.

בחירת קבלים:

• אותות בתדר נמוך (50Hz–1kHz): השתמש בא קבל אלקטרוליטי של 1µF עד 10µF.
• אותות בתדר גבוה (10kHz+): השתמש בא קבל קרמי 0.1µF עד 1µF.

אם אתה משתמש בקבל אלקטרוליטי, הקפד על קוטביות נכונה – הרגל החיובית מתחברת לאות הכניסה, והרגל השלילית מתחברת ל-R1.

הוספת דיודות להגנה על מתח יתר

כדי להגן על פין ה-ESP32 ADC מפני קוצים מתח, מתווספות שתי דיודות הידוק ביציאה של מחלק המתח (R2).

מיקום:

1. חבר דיודה אחת בין פין ADC ל-3.3V (אנודה לפין ADC, קתודה ל-3.3V).
2. חבר את הדיודה השנייה בין פין ADC ל-GND (קתודה לפין ADC, אנודה ל-GND).

איך זה עובד:

• מתחים > 3.3V מנותבים מחדש ל-3.3V.
• מתחים < 0V מופנים ל-GND.

דיודות מומלצות:

• דיודות שוטקי (למשל, 1N5819): נפילת מתח נמוכה קדימה.
• דיודות סטנדרטיות (למשל, 1N4148): אפשרות חלופית.

הוספת מתג סלייד לבחירת מצב AC/DC

א מתג החלקה (SW1) מאפשר מעבר בין צימוד AC ו-DC על ידי עקיפת הקבלים הסדרתיים.

כיצד לחבר את המתג:

• הנח את המתג בְּמַקבִּיל עם הקבל.
• מתג סגור: הקבל עוקף, מה שמאפשר מדידת אותות DC.
• מתג פתוח: קבל חוסם רכיבי DC, המאפשר מדידת אות AC.

למה להוסיף רכיבים אלה?

1. קַבָּל: מאפשר גמישות למדידת אותות AC/DC.
2. דיודות: הגן על פין ESP32 ADC מפני קוצים במתח.
3. מֶתֶג: מאפשר מעבר מהיר בין מצבי צימוד AC ו-DC.

קידוד IndusScope

קוד האוסילוסקופ של IndusScope נועד לדגום אותות קלט דרך ה-ADC, לעבד את הנתונים ולהציג צורות גל בזמן אמת בממשק אינטרנט המתארח ב-ESP32-S2.

זה מתחיל על ידי הכללת ספריות חיוניות כמו WiFi.h עבור פונקציונליות WiFi ו ESPAsyncWebServer.h כדי להגדיר שרת אינטרנט אסינכרוני.

פין ה-ADC מוגדר כ-GPIO4, ומתח הייחוס עבור ה-ADC מוגדר ל-3.3V. ה-ESP32-S2 פועל כנקודת גישה (AP) עם ה-SSID אינדוס-אוסילוסקופ וסיסמא 12345678המאפשר למכשירים להתחבר ישירות ולגשת לממשק דרך כתובת ה-IP http://192.168.4.1.

ממשק האינטרנט נוצר באמצעות HTML, CSS ו-JavaScript. הוא כולל קנבס להצגת צורות גל בזמן אמת, מחוונים לכוונון סולמות זמן ומתח, וכפתור "ללכוד צורת גל" לשמירת צורות גל כתמונות ברשת.

ה drawGrid הפונקציה מעבדת את קווי הרשת של האוסילוסקופ, בעוד שה fetchData הפונקציה מאחזרת מעת לעת נתוני אות מה-ESP32 באמצעות בקשת HTTP GET ל- /data נקודת קצה.

צורת הגל משורטטת על הבד בזמן אמת על ידי ה updateGraph פוּנקצִיָה.

נתוני האות מעובדים ב- handleDataRequest פוּנקצִיָה. ה-ESP32 אוסף 100 דגימות ADC במרווחים של 100µs, מחשב את מתח השיא (משרעת מרבית), המתח הממוצע (ערך ממוצע) והתדירות (על בסיס אפס חציית צורת הגל).

נתונים אלה, יחד עם צורת הגל שנדגמה, מעוצבים לתגובת JSON ונשלחים לממשק האינטרנט. משתמשים יכולים להתאים את חלוקת הזמן והמתח באמצעות המחוונים, וצורות גל שנלכדו מוצגות ברשת הלכידה לניתוח נוסף.

התקנה זו הופכת את ה-ESP32-S2 לאוסילוסקופ קומפקטי ורב-תכליתי עם ממשק אינטרנט ידידותי למשתמש.

בדיקת IndusScope

1. הפעל את האוסילוסקופ והתחבר אליו אינדוס-אוסילוסקופ באמצעות האישורים הנתונים.
2. פתח דפדפן ונווט אל http://192.168.4.1.
3. התבונן בצורת הגל בזמן אמת, התאם הגדרות והשתמש ברשת הלכידה כדי לשמור צורות גל.