Проект электронного мультитула QUARK. Часть 2
В первой статье я в общих словах познакомил читателей с устройством. Сегодня расскажу о примененных технических решениях и о том, какого прогресса добился в вопросе выхода на рынок. Но для начала хочу сказать спасибо всем тем, кто откликнулся и дал полезные советы к предыдущей статье. И это не дежурная благодарность, я действительно использовал советы читателей по улучшению прибора и об этом, так же, пойдет речь ниже.
QUARK
Для начала напомню, что собой представляет устройство. QUARK это электронный мультиинструмент, в первую очередь, ориентированный под разработку микроконтроллерных устройств, Arduino, ESP32, STM32, IoT, домашняя автоматизация и тому подобные девайсы.
Че определяется такая ориентированность? Во-первых, набором функций. И если первая часть стандартна для типичного мультиметра:
· Вольтметр
· Амперметр
· Измерение сопротивления
· Измерение емкости
· Измерение индуктивности
…то UART логгер и UART плоттер вещи необходимые ардуинщикам и иже с ними. Осциллограф конечно не блещет скоростью — 400 килосемплов, однако проверки ШИМ сигналов и сигналов с различных датчиков, его более чем достаточно.
Во-вторых — идеологией работы с выводимыми значениями. Скажем, ардуинщику практически никогда не требуется знать напряжение с точностью в одну тысячную процента, зато значение логического уровня параметр всегда необходимый:
Вольтметер
Точно так же мгновенное потребление тока, при разработке IoT, параметр в себе. Гораздо удобнее проследить изменение в динамике при различных режимах работы устройства:
Амперметер
Калькулятор цветовой и СМД маркировки компонентов вещь полезная и нужная, но, согласитесь, так удобнее:
Сопротивление
А сейчас опишу свой личный опыт работы с осциллографом. В свое время приобрел себе DS203. Вполне себе, по характеристикам, годный девайс, с жутко неудобным управлением:
Стандартный сценарий работы примерно такой:
Необходимо снять форму (частоту, амплитуду) сигнала с/на пина ноги устройства. Подключаешься к контактам, включаешь осциллограф, отключаешь не используемые входы, настраиваешь триггер, амплитуду, положение графика на экране. Да, я знаю, что прошивками это кое-как решается, но мой DS203 больше не шьется, да и возня с прошивками… Но поскольку свой девайс я делал в первую очередь для личного удобства, то и дефолтный режим, это полностью автоматическая настройка развертки сигнала на лету. «Тыкаю» в нужный пин и, практически сразу вижу сигнал:
Осциллограф
UART данные, конечно, удобнее смотреть на телефоне чем на дисплее устройства. Не скажу, что я прям мучаюсь при подключении UART-TTL моста к компу, но «в поле» не всегда имеется такая возможность:
Теперь пару слов о схемотехнике. Вся система построена на ESP32 со всеми вытекающими из нее ништяками (bluetooth, Wi_fi). Для измерения напряжения и тока я использовал готовый чип INA219. Подключается по I2C шине, имеет малый размер и вполне достойные, для моих задач, параметры. Сопротивление измеряю стандартным делителем напряжения, но в качестве известного сопротивления использую цифровой потенциометр AD5245, что освобождает пины контроллера, а учитывая тот факт, что AD5245 управляется по I2C, так и вообще нет нужды в дополнительных пинах. Тем же способом измеряю емкость конденсаторов по известному методу заряда до 63.2%. На больших емкостях AD5245, подключенное к питанию имеет низкое сопротивление, а при низких, заряд идет через 1 мегаомный резистор. Таким образом, минимальная измеряемая емкость определяется пикофарадами.
Индуктивность меряю резонансным методом при известной ёмкости по срабатыванию компаратора.
Тракт осциллографа реализован на Rail-to-Rail ОУ AD8541, усиление сигнала регулируется вторым AD5245. Соответственно, сигналы как с высоким, так и с низким размахом амплитуды, поступают на вход АЦП в максимальном разрешении. Для оцифровки использую аппаратный I2S, складываю весь буфер в DMA и вывожу на LCD и, при необходимости, отсылаю по bluetooth.
UART вход реализован аппаратно. Предварительно определяется Baud rate, после чего происходит инициализация драйвера UART с определенными параметрами.
На плате присутствует датчик ускорения LSM6DS3TR. Вообще я его планировал использовать для автовыключения, но ничто не мешает вывести с него данные на экран.
А теперь хотелось бы сказать пару слов о тех нововведениях, которые были реализованы на основе предложений к предыдущей статье.
Во-первых, универсальный прикручиваемый щуп:
Такие будут как в корпусе, так и во втором щупе. Довольно универсальное решение на стандартной резьбе М2.
Во-вторых, расширен функционал: поиск компонентов по заранее введенному значению и удержание значений с записью в лог.
И в-третьих, вариант без корпуса, этакий кит-набор, но распаянный.
Ну и самое главное. По-совету читателей я таки запустился на краудфандинговой платформе Crowdsupply. Некоторое время вел переговоры, совместно настраивали страницу и готовили описание. Платформа ориентирована на «железные» open source проекты, а значит и мое устройство будет выложено в открытый доступ. Всех, кому проект интересен приглашаю поддержать старт и тут я снова сделаю упор на том, что это open source.
