Zdalne rejestrowanie danych o wysokiej dokładności za pomocą multimetru/Arduino/pfodApp: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:30

Zaktualizowano 26 kwietnia 2017 Zaktualizowany obwód i płytka do użytku z miernikami USB 4000ZC.

Nie wymaga kodowania Androida

Ta instrukcja pokazuje, jak uzyskać dostęp do szerokiej gamy pomiarów o wysokiej dokładności z Arduino, a także wysyłać je zdalnie w celu rejestrowania i kreślenia. Aby uzyskać szybkie rejestrowanie danych (2000 próbek/s), zapoznaj się z instrukcją, zdalne rejestrowanie danych z dużą prędkością przy użyciu Arduino/GL AR150/Android/pfodApp

Konwerter AtoD wbudowany w Arduino ma słabą dokładność, zwykle +/-10% i bardzo ograniczony zakres, zwykle tylko od 0 do 5 V DC. Korzystając z prostego obwodu i biblioteki, możesz zasilać Arduino pomiarami z automatycznym zakresem o wysokiej dokładności z multimetru z optycznie izolowanym połączeniem RS232. Posiadanie pomiarów dostępnych w szkicu umożliwia sterowanie danymi wyjściowymi w oparciu o wartości. Ten samouczek obejmuje również zdalne wysyłanie pomiarów przez Wi-Fi, Bluetooth, Bluetooth Low Energy lub SMS na telefon z systemem Android w celu wyświetlania, rejestrowania i kreślenia za pomocą pfodApp.

Ta instrukcja wykorzystuje płytę Arduino Mega2560 5V, którą można sparować z szeroką gamą osłon komunikacyjnych, Ethernet, WiFi, Bluetooth V2 (klasyczny), Bluetooth LE lub SMS. Przedstawiony tutaj sprzęt i biblioteka interfejsów mogą być również używane z płytami kompatybilnymi z Arduino 3.3V. Oprócz Mega2560 można korzystać z szerokiej gamy innych płyt, takich jak UNO z osłoną Ehternet, płytka bazowa ESP8266 (samodzielna), płytka ze zintegrowanym Bluetooth Low Energy, np. Arduino 101, lub płyty, które łączą się z komunikacją podsystem wykorzystujący SPI, taki jak RedBear BLE shield i płyty Bluefruit SPI firmy Adafrut. pfodDesignerV2 obsługuje wszystkie te kombinacje płyt i wygeneruje dla nich kod. Warunkiem ograniczającym jest to, że musisz mieć wolny port szeregowy sprzętowy, aby podłączyć się do tego ekranu multimetru RS232.

Przedstawiony tutaj obwód i kod działa z wieloma multimetrami. Łatwo dostępny i niedrogi model to Tekpower TP4000ZC, znany również jako Digitek TD-4000ZC. Multimetry współpracujące z tym obwodem i biblioteką to Digitek DT-4000ZC, Digitech QM1538, Digitech QM1537, Digitek DT-9062, Digitek INO2513, Digitech QM1462, PeakTech 3330, Tenma 72-7745, Uni-Trend UT30A, Uni-Trend UT30E, Uni -Trend UT60E, Voltcraft VC 820, Voltcraft VC 840

Krok 1:

Ten samouczek składa się z dwóch części:

Pierwsza część obejmuje interfejs sprzętowy do multimetru i bibliotekę kodów za pomocą Arduino Mega. Jeśli chcesz tylko wprowadzić pomiar do swojego Arduino, to wszystko, czego potrzebujesz.

Druga część obejmuje wysyłanie pomiaru do zdalnego telefonu komórkowego z systemem Android w celu wyświetlenia, rejestracji i kreślenia. W tym przykładzie użyjemy osłony Bluetooth i wygenerujemy podstawowy szkic za pomocą pfodDesignerV2, ale możesz również wygenerować kod dla połączeń WiFi, Ethernet, Bluetooth Low Energy i SMS za pomocą pfodDesignerV2. Biblioteka multimetru jest następnie dodawana do podstawowego szkicu w celu uzupełnienia kodu. Do wyświetlania, rejestrowania i kreślenia odczytu nie jest wymagane kodowanie systemu Android. Wszystko jest kontrolowane z Twojego kodu Arduino.

Ten projekt jest również dostępny on-line na www.pfod.com.au

Aby zapoznać się ze zdalnym wyświetlaczem multimetru, zapoznaj się z instrukcją Arduino Data Glasses For My Multimeter firmy Alain.

Krok 2: Multimetr

Multimetry użyte w tym samouczku to niedrogi (~US40) Tekpower TP4000ZC (znany również jako Digitek DT-4000ZC) i starszy Digitech QM1538, który nie jest już sprzedawany. Oba te mierniki są wizualnie takie same i używają tego samego kodowania RS232 pomiaru.

Tutaj specyfikacja Tekpower TP4000ZC:-Napięcie DC: 400mV/4/40/400V ±0,5%+5, 600V ±0,8% Napięcie AC: 4/40/400V ±0,8%+5, 400mV/600V ±1,2%+ 5DC Prąd: 400/4000μA ±2,0%+5, 40/400mA ±1,5%+5, 4/10A ±2%+5AC Prąd: 400/4000μA ±2,5%+3, 40/400mA ±2%+5, 4 /10A ±2,5%+5Rezystancja: 400Ω/4/40/400kΩ/4MΩ ±1%+5, 40MΩ ±2%+5Pojemność: 40nF ±3,5%+10, 400nF/4/40μF ±3%+5, 100μF ± 3,5%+5Częstotliwość: 10Hz-10MHz ±0,1%+5Cykl pracy: 0,1%-99,9% ±2,5%+5Temperatura: 0oC - +40oC ±3oC, -50oC - +200oC±0,75% ±3oC, +200oC - +750oC ± 1,5% ±3oC, rozdzielczość 0,1oC za pomocą dołączonej sondy termopary.

Połączenie RS232 multimetru jest tylko w jedną stronę i nie można zdalnie zmieniać ustawień multimetru, więc trzeba ręcznie wybrać rodzaj pomiaru. Jednak miernik automatycznie zmienia zakres, a ustawienia napięcia i prądu obsługują zarówno prąd przemienny, jak i stały.

Krok 3: Sprzęt interfejsu RS232

Istnieją dwa interfejsy. Nowsze mierniki Digitek DT-4000ZC i Tekpower TP40000ZC są dostarczane z kablem USB. Podczas gdy starszy Digitek QM1538 został dostarczony z kablem złącza RS232 9pin D. Powyższy obwód (wersja pdf) pokazuje, jak podłączyć transoptor multimetru do sterowania pinem szeregowym Arduino RX. Uwaga: Ten obwód został zaktualizowany, aby dodać kolejny rezystor ochronny, R2, dla mierników Digitek DT-4000ZC i Tekpower TP40000ZC. Rezystor ten nie był zawarty na płytce złącza 9pin D pokazanej powyżej.

Digitek DT-4000ZC i Tekpower TP40000ZC

W przypadku Digitek DT-4000ZC i Tekpower TP40000ZC potrzebny jest kabel audio 3,5 mm męski na męski, stereo lub mono oraz gniazdo 3,5 mm.

Digitek QM1538

W przypadku starszego Digitek QM1538 potrzebne jest gniazdo 9pin D. Złącze 9pin D ma przesunięte piny, które nie dadzą się podłączyć do prototypowej osłony. Wystarczy odciąć rząd 4 pinów, aby można było przylutować złącze do płytki, ponieważ obwód wykorzystuje tylko piny w drugim rzędzie 5 pinów. Nogi montażowe zostały wygięte, aby złącze leżało płasko, a złącze zostało przymocowane do osłony prototypu za pomocą dwuczęściowego kleju epoksydowego („Araldite”) Układ styków złącza pokazany powyżej pochodzi z tej strony. Rezystor 10K, który jest montowany wewnątrz złącza dostarczonych kabli RS232 (podłączonych między pinami 2 i 3) nie jest wymagany do tego projektu.

Podłączanie sygnału do pinu Arduino RX

Ten obwód będzie działał zarówno dla płyt Arduino 5 V, jak i 3,3 V. Tutaj używamy Arduino Mega2560 (5 V) i montujemy obwód na prototypowej osłonie, jak pokazano powyżej.

Latający przewód służy do podłączenia TP1 na ekranie do Serial1 RX, pin D19, w Mega2560.

Uwaga dotycząca oprogramowania Serial: Początkowo ta tarcza była sparowana z UNO przy użyciu oprogramowania Serial na pinach 10, 11. Jednak po sparowaniu z osłoną Bluetooth na szeregowym przy 9600 bodach niektóre bajty odbioru zostały utracone. Przeniesienie RS232 na sprzętowe połączenie szeregowe rozwiązało ten problem. Tak więc, aby zapewnić niezawodne zdalne wyświetlanie i rejestrowanie, jeśli używasz osłony komunikacyjnej, która łączy się przez port szeregowy, potrzebujesz płyty z dwoma lub więcej szeregami sprzętowymi, takimi jak Mega2560. Inne alternatywy to UNO z osłoną Ehternet, płyta bazowa ESP8266 (samodzielna), płyta ze zintegrowanym Bluetooth Low Energy, taka jak Anduino 101 lub płyty, które łączą się z podsystemem komunikacyjnym za pomocą SPI, takie jak osłona RedBear BLE i Bluefruit SPI Adafrut deski. pfodDesignerV2 obsługuje wszystkie te płyty i wygeneruje dla nich kod.

Krok 4: Biblioteka PfodVC820MultimeterParser

Tekpower TP4000ZC i wiele innych mulimetrów nie wysyła pomiaru przez RS232 jako tekst ASCII, raczej wysyła 14 bajtów z bitami ustawionymi w zależności od tego, które segmenty wyświetlacza LCD są podświetlone. Kodowanie 14 bajtów wyjaśniono w tym pliku PDF. Biblioteka pfodVC820MeterParser.zip dekoduje te bajty na ciągi tekstowe i pływaki. (VC820 odnosi się do jednego z mierników, który używa tego kodowania.) Zobacz także oprogramowanie komputerowe QtDMM dla Windows, Mac i Linux, które obsługuje szeroką gamę multimetrów.

Istnieje minimalny przykład, MeterParserExample.ino, użycia biblioteki pfodVC820MeterParser. Podłącz miernik do połączenia szeregowego 2400 bodów, a następnie wywołaj haveReading() każdą pętlę, aby przetworzyć bajty. haveReading() zwróci true, gdy zostanie przeanalizowany nowy pełny odczyt. Następnie możesz wywołać getAsFloat(), aby uzyskać wartość (skalowaną) jako zmiennoprzecinkową lub getAtStr(), aby uzyskać odczyt ze skalowaniem do drukowania i rejestrowania. Dostępne są inne metody dostępu do typu pomiaru, getTypeAsStr() i getTypeAsUnicode(), a także inne metody narzędziowe.

#include "pfodVC820MeterParser.h" pfodVC820MeterParser miernik; //unieważnij ustawienia() { Serial.begin(74880); Serial1.początek(2400); meter.connect(&Serial1); } odczyt zmiennoprzecinkowy; void loop() { if (meter.haveReading()) { czytanie = meter.getAsFloat(); // użyj tego do obliczeń Arduino Serial.print("Odczyt z jednostkami: "); Serial.print(meter.getDigits()); Serial.print(meter.getScalingAsStr()); Serial.print(meter.getTypeAsStr()); Serial.print(F(" = jako float wydrukowany (6 cyfr):")); Serial.println(odczyt, 6); Serial.println("Czas (sek) i odczyt jako ciąg do logowania"); Serial.print(((zmiennoprzecinkowa)millis())/1000.0); Serial.print(", sek, "); Serial.print(meter.getAsStr()); Serial.print(', '); Serial.println(meter.getTypeAsStr()); } }

Z miernikiem ustawionym na Deg C i przy użyciu sondy termopary, przykładowy szkic daje to wyjście na monitorze szeregowym Arduino IDE

Odczyt z jednostkami: 25,7C = jako wydruk zmiennoprzecinkowy (6 cyfr):25.700000Czas(s) i Odczyt jako ciąg do logowania 2,40, s, 25,7, C

Krok 5: Część 2 – Zdalny wyświetlacz, rejestrowanie i kreślenie

Ta część samouczka opisuje, jak zdalnie wyświetlać, rejestrować i wykreślać odczyt licznika na telefonie komórkowym z systemem Android. pfodApp służy do obsługi wyświetlania, rejestrowania i kreślenia na telefonie z systemem Android. Nie jest wymagane programowanie na Androida. Wszystkie wyświetlacze, rejestrowanie i kreślenie są całkowicie kontrolowane przez szkic Arduino. Bezpłatna aplikacja pfodDesignerV2 pozwala zaprojektować menu i wykres Androida, a następnie generuje dla Ciebie szkic Arduino.

pfodApp obsługuje wiele typów połączeń, Ethernet, WiFi, Bluetooth V2 (klasyczny), Bluetooth LE lub SMS. Ten samouczek wykorzystuje Arduino 101 (Bluetooth Low Energy) do rejestrowania i kreślenia danych. Obsługiwane są również inne karty Bluetooth Low Energy. Ten samouczek używa SMS-ów do łączenia się z pfodApp. Możesz użyć pfodDesignerV2, aby dodać rejestrowanie danych i wykresy do tego przykładu SMS. pfodDesignerV2 posiada również opcje generowania kodu Arduino do tarczy Bluetooth V2 (klasycznej) w celu połączenia z pfodApp.

W tym przykładzie użyjemy Iteadstudio Bluetooth Shield V2.2, który łączy się z Arduino Mega2560 przez połączenie szeregowe 9600 bodów. Korzystając z bezpłatnej aplikacji pfodDesignerV2 utworzyliśmy proste menu, które ma tylko etykietę pokazującą odczyt licznika i jeden przycisk do otwierania wykresu. Ta strona zawiera wiele samouczków pfodDesignerV2. Gdy mamy już podstawowy szkic, zmodyfikujemy go, aby dodać parser licznika i wysłać odczyt licznika oraz dane do rejestrowania i tworzenia wykresów.

Projektowanie menu

W tej sekcji zaprojektujemy menu Android/pfodApp, które będzie wyświetlało odczyt licznika oraz przycisk otwierający wykres odczytów. Odczyty są również zapisywane do pliku na telefonie z systemem Android

Krok 6: Dodawanie etykiety

Zainstaluj darmowy pfodDesignerV2 i uruchom nowe menu.

Domyślnym celem jest Serial przy 9600baud, który jest potrzebny dla Iteadstudio Bluetooth Shield V2.2. Jeśli łączysz się za pomocą urządzenia Bluetooth Low Energy lub Wifi lub SMS, kliknij Cel, aby zmienić wybór.

Aby dodać etykietę, aby wyświetlić odczyt licznika, kliknij Dodaj pozycję menu i wybierz przewiń w dół, aby wybrać Etykieta.

Wybierz odpowiedni rozmiar czcionki i kolory. Pozostaw tekst jako etykietę, ponieważ zmodyfikujemy wygenerowany kod, aby później zastąpić go pomiarem licznika. Tutaj ustawiliśmy rozmiar czcionki na +7, kolor czcionki na czerwony, a tło na srebrny.

Wróć do ekranu Menu edycji_1 i ustaw interwał odświeżania 1 sek. Spowoduje to, że pfodApp ponownie zażąda menu raz na sekundę, aby wyświetlić najnowszy odczyt w etykiecie.

Krok 7: Dodawanie przycisku wykresu

Kliknij ponownie Dodaj pozycję menu, aby dodać przycisk wykresu.

Edytuj tekst Przycisku Wykresu na odpowiedni, np. po prostu „Wykres” i wybierz rozmiar i kolory czcionki.

Następnie kliknij przycisk „Wykres”, aby otworzyć ekran edycji wykresu. Będzie tylko jeden wykres, więc kliknij przyciski Edytuj wykres 2 i Edytuj wykres 3, przewiń w dół i kliknij Ukryj wykres dla każdego z nich.

Zmień etykietę wykresu na odpowiednią, np. „Multimetr”. Nie trzeba zmieniać żadnych innych ustawień wykresu, ponieważ będziemy modyfikować szkic, aby wysłać inną etykietę osi y w zależności od ustawienia multimetru.

Na koniec wróć do menu edycji_1 i monitu edycji, co ustawia tekst na dole menu i ogólny kolor tła menu. Tutaj ustawiliśmy monit na „Zdalny multimetr” z rozmiarem czcionki +3 i kolorem tła Silver.

Możesz teraz wrócić do menu edycji_1 i kliknąć menu podglądu, aby wyświetlić podgląd projektu menu.

Jeśli projekt Ci się nie podoba, możesz go zmienić przed wygenerowaniem kodu. Jeśli chcesz odsunąć etykietę od przycisku, możesz dodać puste etykiety, jak opisano tutaj. Dodawanie wykresu i rejestrowanie danych na temat wyświetlania/wykreślania danych Arduino w systemie Android to kolejny samouczek dotyczący rejestrowania danych i wykresów pfodDesignerV2/pfodApp.

Krok 8: Generowanie szkicu Arduino

Aby wygenerować kod Arduino, który wyświetli to menu w pfodApp, wróć do ekranu Menu edycji_1, przewiń w dół i kliknij przycisk Generuj kod.

Kliknij przycisk „Zapisz kod do pliku”, aby wyprowadzić szkic Arduino do pliku /pfodAppRawData/pfodDesignerV2.txt na telefonie komórkowym. Następnie wyjdź z pfodDesignerV2. Przenieś plik pfodDesignerV2.txt na komputer za pomocą połączenia USB lub aplikacji do przesyłania plików, takiej jak WiFi File Transfer Pro. Kopia wygenerowanego szkicu znajduje się tutaj, pfodDesignerV2_meter.txt

Załaduj szkic do swojego Arduino IDE i zaprogramuj swoją płytkę Uno (lub Mega). Następnie dodaj Iteadstudio Bluetooth Shield V2.2. Zainstaluj pfodApp na telefonie z Androidem i utwórz nowe połączenie Bluetooth o nazwie na przykład Multimeter. Zobacz pfodAppForAndroidGettingStarted.pdf, aby dowiedzieć się, jak utworzyć nowe połączenia. Następnie, gdy użyjesz pfodApp do otwarcia połączenia multimetru, zobaczysz zaprojektowane menu.

Otwarcie wykresu nie wyświetla niczego interesującego, ponieważ nie dodaliśmy sprzętu/oprogramowania multimetru.

Krok 9: Dodawanie multimetru

Zmodyfikujemy wygenerowany szkic, aby dodać parser multimetru i wysłać jego dane do telefonu komórkowego z systemem Android. Kompletny zmodyfikowany szkic jest tutaj, pfod_meter.ino

Te modyfikacje dodają parser multimetru i 5-sekundowy timer. Jeśli w tym czasie nie ma nowego prawidłowego odczytu, szkic przestaje wysyłać dane i aktualizuje wyświetlacz Android/pfodApp do „- - -”. Wraz ze zmianą ręcznego wyboru miernika, etykiety wykresów są aktualizowane, ale musisz wyjść z wykresu i wybrać go ponownie, aby zobaczyć nowe etykiety. Z drugiej strony odczyt licznika jest automatycznie aktualizowany co sekundę. Wreszcie pfodApp domyślnie obsługuje Unicode, więc podczas wyświetlania odczytu miernika metoda getTypeAsUnicode() jest używana do zwracania Unicode dla omów, Ω i degsC, ℃ dla wyświetlacza miernika.

Przycisk wykresu wyświetla aktualizowany wykres odczytów:-

Dane wykresu w formacie CSV są również zapisywane w pliku na telefonie komórkowym z systemem Android pod adresem /pfodAppRawData/Mulitmeter.txt w celu późniejszego przeniesienia na komputer i zaimportowania do arkusza kalkulacyjnego w celu dalszych obliczeń i wykresów.

Krok 10: Szczegółowe modyfikacje szkicu

1. Pobierz bibliotekę pfodVC820MeterParser.zip, a następnie otwórz Arduino IDE i kliknij Szkic → Dołącz bibliotekę → Dodaj.zip, aby dodać tę bibliotekę do swojego IDE.
2. Dodaj do szkicu bibliotekę pfodVC820MeterParser. Kliknij Szkic → Dołącz bibliotekę → pfodVC820MeterParser. Spowoduje to dodanie oświadczeń dołączania w górnej części szkicu.
3. Edytuj pfodParser_codeGenerated parser("V1"); to pfodParser_codeGenerated parser(""); To wyłącza buforowanie menu w pfodApp, więc zmiany w menu będą wyświetlane. Możesz powrócić do "V3" po zakończeniu wszystkich zmian, aby ponownie włączyć buforowanie menu.
4. Dodaj te linie, aby utworzyć obiekty dla numeru seryjnego oprogramowania i multimetru. pfodVC820MeterParser miernik;
5. Na koniec setup() dodaj Serial1.begin(2400); meter.connect(&Serial1);
6. Powyżej loop() dodaj unsigned long validReadingTimer = 0; const unsigned long VALID_READINGS_TIMEOUT = 5000; // 5secs bool haveValidReadings = true; // ustaw na true, gdy masz prawidłowe odczyty int measurementType = meter. NO_READING; i na górze loop() dodaj if (meter.haveReading()) { if (meter.isValid()) { validReadingTimer = millis(); haveValidReadings = true; } int nowyTyp = meter.getType(); if (measurementType != newType) { // wypisz nowe tytuły rejestrowania danych parser.print(F("sek, ")); parser.println(meter.getTypeAsStr()); } typ pomiaru = nowy typ; } if ((millis() - validReadingTimer) > VALID_READINGS_TIMEOUT) { haveValidReadings = false; // brak nowego prawidłowego odczytu w ciągu ostatnich 5 sekund }
7. Dalej w pętli zastąp parser.print(F("{=Multimetr|czas (sek)|Wykres_1~~~||}")); with parser.print(F("{=Multimetr|czas (sek)|Odczyt licznika~~~")); parser.print(meter.getTypeAsStr()); parser.print(F("||}"));
8. Na dole loop() zastąp sendData(); z if (haveValidReadings) { sendData(); }
9. W sendData() zastąp parser.print(', '); parser.print(((float)(plot_1_var-plot_1_varMin)) * plot_1_scaling + plot_1_varDisplayMin); z parser.print(', '); parser.print(meter.getAsStr);
10. W sendMainMenu() zastąp parser.print(F("~Label")); z parser.print('~'); if (haveValidReadings) { parser.print(meter.getDigits()); parser.print(meter.getScalingAsStr()); parser.print(meter.getTypeAsUnicode ()); } else { parser.print(F("- - -")); }
11. W sendMainMenuUpdate() dodaj parser.print(F("|!A"));parser.print('~'); if (haveValidReadings) { parser.print(meter.getDigits()); parser.print(meter.getScalingAsStr()); parser.print(meter.getTypeAsUnicode ()); } else { parser.print(F("- - -")); } Aby zaktualizować odczyt podczas korzystania z pamięci podręcznej menu.

Wniosek

Ten samouczek pokazuje, jak podłączyć niedrogi multimetr do Arduino Mega2560 przez RS232. Obsługiwanych jest również wiele innych płyt. Biblioteka pfodVC820MeterParserlibrary analizuje dane multimetru w pływaki do obliczeń Arduino oraz ciągi do wyświetlania i rejestrowania. pfodDesignerV2 został użyty do wygenerowania podstawowego szkicu, aby wyświetlić odczyt multimetru i pokazać wykres wartości w telefonie komórkowym z systemem Android za pomocą pfodApp. Nie jest wymagane programowanie na Androida. Do tego podstawowego szkicu dodano obsługę multimetru, a ostateczny szkic wyświetla bieżący odczyt multimetru na telefonie komórkowym z systemem Android, a także wykreśla odczyty i zapisuje je w pliku na telefonie komórkowym do późniejszego wykorzystania.