Robotika a IoT: Osciloskop na Raspberry Pi
V našich seriáloch IoT prakticky a novom seriáli o konštrukcii a programovaní robotov vás zaujali ukážky zobrazenia priebehu signálu pri PWM modulácii na osciloskope. Dostali sme niekoľko mailov, ako sa dá osciloskop, čo najjednoduchšie. Nebudeme riešiť čínske e-shopy a keďže to boli otázky čitateľov seriálov, v ktorých sa využívajú mikrokontroléry, tak ukážeme jednoduchú a lacnú možnosť ako si postaviť osciloskop dokonca s integrovaným 10-kanálovým logickým analyzátorom s využitím mikropočítačovej dosky Raspberry Pi. Na väčšinu hobby aktivít vám jeho parametre: rozsah do: 100 kHz a max vstupné napätie: 30 V úplne postačia. Raspberry Pi s nadstavbou Velleman VM 205 v cene 40 – 50 eur môžete pripopjiť cez HDMi k veľkému monitoru, prípadne k 5, alebo 7 palcovému 7 palcovému monitoru.
Možnosti osciloskopu využívajúceho Raspberry Pi s nadstavbou Velleman VM 205 si môžete pozrieť v našom videu
Osciloskop (zdroj wikipedia) je elektronický merací prístroj určený na meranie časových priebehov veličín, ktoré sa dajú previesť na elektrické napätie, prípadne na meranie závislosti dvoch takýchto veličín. Hlavným účelom osciloskopu je vizuálne zobrazenie signálov.
Skôr než popíšeme riešenie s Raspberry Pi a VM 205, ku ktorému potrebujete aj monitor, alebo displej, predstavíme aj ďalšie alternatívy jednoduchých jednokanálových osciloskopov umožňujúcich sledovať priebeh signálov s frekvenciou do 200 kHz. Modul osciloskopu DS 0138 má procesor ARM Cortex-M3 (STM32F103C8) a 2,4-palcový TFT LCD (320 X 240) displej. Cena je 30 – 45 eur, podľa toho, či si kúpite stavebnicu, ktorá má na doske plošných spojov prispájkovaný len procesor a ďalšie obvody využívajúce plošnú montáž, alebo komplet zostavený a otestovaný modul.
 |
 |
Lacnejšou avšak menej komfortnou alternatívou je malý osciloskop Velleman EDU09 (28 eur). Menej komfortnou preto. lebo modul nemá displej a je potrebné pripojiť ho k počítaču cez USB.
Vráťme sa však k zostave Raspberry Pi s nadstavbou Velleman VM 205.
 |
 |
Na Raspberry Pi nainštalujte najnovšiu verziu softvérového balíčku NOOBS https://www.raspberrypi.org/downloads/noobs/. Počas inštalácie operačného systému Raspbian je v konfigurácii potrebné v ponuke Advanced Options označiť voľbu Enable SPI. Aplikáciu na zobrazovanie údajov nájdete na stránke výrobcu rozširujúcej dosky Velleman. Skôr, než aplikáciu spustíte, musíte modifikovať jej povolenia a nastaviť aplikáciu ako spustiteľná. Kliknite pravým tlačidlom myši na súbor a vyberte Properties. Nastavte, aby bol súbor čitateľný a spustiteľný kýmkoľvek.
Vysvetlenie pojmov a ovládanie:
- Volts/Div: Nastavenie napäťového rozsahu. Je to napätie, ktoré zodpovedá v zvislej osi jednému dieliku na obrazovke
- Time/Div: Nastavenie rozsahu času zobrazovanej periódy. Nastavuje sa v jednotkách času na jeden dielik obrazovky vodorovne. Inak povedané tento parameter udáva za aký čas prejde skenovanie signálov v časovej osi vzdialenosť jedného dielika
- Dieliky: Mriežka na obrazovke osciloskopu. Pomáha odhadovať amplitúdu a periódu signálu
- Perioda (T): Trvanie jedného cyklu tvaru vlny (= 1 / f)
- Frekvencia (f): Počet cyklov priebehu signálu za sekundu.
- Priebeh signálu zobrazený na obrazovke
- Amplitúda signálu
- Peak-to-peak: rozkmit signálu medzi najväčšou kladnou a zápornou hodnotou. U periodického signálu je dvojnásobkom amplitúdy
Trigger On/Off: Režim voľného chodu alebo spúšťaný režim.
Trigger Level: Vyberie úroveň signálu, pri ktorej sa aktivuje trigger. Referenčná značka spúšťania sa zobrazuje s vodorovnou čiarou na ľavej strane obrazovky.
Run: Aktivuje opakovanú aktualizáciu zobrazenia. Stlačením tlačidla Stop sa displej zablokuje.
Na meranie napätia sa zobrazujú dve horizontálne značky. Zobrazí sa rozdiel napätia medzi tymíto značkami. Taktiež sú k dispozícii dve vertikálne značky na meranie a zobrazovanie času (T1, T2), časového rozdielu (dT), prípadne frekvencie (1/dT).
Pre zaujímavosť technické parametre. Osciloskop:
- max vzorkovacia frekvencia: 1 MS/s
- frekvenčný rozsah: 200 kHz (-3dB)
- rozsah do: 100 kHz
- impedancia: 100 kohm // 20 pF
- max vstupné napätie: 30 Vp (AC + DC)
- vstup: AC + DC
- AD rozlíšenie: 8 bit
- pamäť: 800 vzrorků
- trigger: 254 krokov
- timebase: 15 krokov 5 µs - 200 ms/div.
- vstupná citlivosť: 6 krokov, 100 mV/div. - 5 V/div.
- markery pre čas i napätie
- meranie frekvencie (pomocou markerov)
Logický analyzátor:
- počet kanálov: 10
- pamäť: 10x800 vzoriek
- max vzorkovacia frekvencia: 1 MS/s
- max. vstupné napätie: 5 VDC
