Դյուրակիր գործառույթի գեներատոր WiFi- ի և Android- ի վրա. 10 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:45

20 -րդ դարի վերջին տարբեր տեխնոլոգիական նորամուծություններ ի հայտ եկան, հատկապես կապի ոլորտում. բայց ոչ միայն Մեզ համար, օգտվողները, սպառողները և ինժեներները պարզեցին էլեկտրոնային սարքերի արագ զարգացումը, ինչը կարող է շատ ավելի հեշտացնել մեր կյանքը. Խելացի ժամացույցներ, խելացի տներ, սմարթֆոններ և այլն:

Քանի որ մեր օրերում ամեն ինչ կարող է «խելացի» լինել, ես որոշեցի նախագծել գերշահավետ սարք, որը պետք է լինի հիմնական էլեկտրոնային լաբորատոր սարքավորումների մի մասը ՝ Դյուրակիր գործառույթի գեներատորը, որը կառավարելի է Android OS օպերացիոն համակարգով աշխատող սմարթֆոնի միջոցով ՝ WiFi անմիջական կամ WiFi Տեղական ցանցի (WLAN) միջոցով:):

Ինչու՞ պետք է կառուցենք այս սարքը:

Փորձարկման սարքավորումների ճնշող մեծամասնությունը մեր օրերում բավականին թանկ է: Եվ երբեմն, այդ սարքերը շարժական չեն: Որպես բարձր գների, դյուրատարության և սարքի ցանցի հասանելիության բացակայության լուծում, սարքն ապահովում է երկակի ալիքների ձևի գեներատոր, որն իսկապես շարժական է և ունի անսահմանափակ մուտք դեպի ցանց ՝ ինտերնետ կամ տեղական:

Եվ, իհարկե, սարքը պետք է կառուցվի խանդավառության պատճառով ՝ ենթարկվելով DIY սկզբունքներին: Երբեմն մենք պարզապես պետք է ինքներս ինչ -որ բաներ անենք, որպեսզի ճիշտ զգանք:)

ԿԱՐԵՎՈՐ մասեր

Էներգամատակարարում

• USB Type-A միակցիչ ՝ ինչպես սնուցման համակարգերի, այնպես էլ ծրագրավորման համար
• Ամբողջական Li -Ion մարտկոցի կառավարման համակարգ - Լիցքավորում և կայուն ռեժիմներ
• Smart Switch- ի ներդրում. Կարիք չկա հոսանքի միացման անջատիչի
• Երկակի սնուցման աղբյուր ՝ +3.3V և -3.3V ՝ սիմետրիկ լարման ալիքի ձևավորման համար

Ալիքի ձևի սերունդ

• DC մակարդակի իրականացում ելքային կասկադում `լարման սահմանների միջև կողմնակալ ալիքի ձև
• DDS- ի վրա հիմնված 4 տիպի ալիքի ձևի սերունդ `սինուս, եռանկյուն, քառակուսի և DC
• Մինչև 10 ՄՀց հաճախականությունների աջակցություն
• Ելքային հոսանք մինչև 80 մԱ ՝ 500 մՎտ առավելագույն էներգիայի առկայությամբ
• Առանձնացված ալիքներ ալիքի ձևավորման համար `պառակտված AD9834 սխեմաներ

Հաղորդակցություն

• ESP32- ի ներդրում - Կիրառելի WiFi հնարավորություններ
• Լրացրեք TCP/IP աջակցությունը գեներատոր սարքի և Android սմարթֆոնի միջոցով
• Յուրաքանչյուր սարքի ցիկլի համար օգտագործողի պարամետրերը պահելու ունակություն
• Պետական մոնիտորինգ. Երկու համակարգերն էլ տեղյակ են միմյանց վիճակի մասին. FuncGen (եկեք այսպես անվանենք այսուհետ) և սմարթֆոն:

Օգտագործողի ինտերֆեյս

• 20 x 4 բնույթի LCD պարզ 4-բիթանոց տվյալների միջերեսով
• Android հավելված - օգտվողների ամբողջական վերահսկողություն FuncGen սարքի վրա
• Buzzer circuit - ձայնային արձագանք օգտվողին

Քայլ 1: Արգելափակել դիագրամ - Սարքավորումներ

Միկրոկառավարիչների միավոր - ATMEGA32L

Microcontroller- ը ծրագրավորվող չիպ է, որը բաղկացած է համակարգչի բոլոր գործառույթներից, որոնք տեղակայված են մեկ էլեկտրոնային չիպի մեջ: Մեր դեպքում դա «ուղեղն» է եւ համակարգի կենտրոնական բաղադրիչը: MCU- ի նպատակն է կառավարել բոլոր ծայրամասային համակարգերը, կարգավորել այս համակարգերի միջև հաղորդակցությունը, վերահսկել ապարատային աշխատանքը և ամբողջական աջակցություն տրամադրել օգտագործողի միջերեսին և դրա փոխազդեցությանը իրական օգտագործողի հետ: Այս նախագիծը հիմնված է ATMEGA32L MCU- ի վրա, որը կարող է աշխատել 3.3 Վ լարման և 8 ՄՀց հաճախականությամբ:

Կապի SoC - ESP32

Այս SoC- ն (System on Chip) ապահովում է ամբողջական հաղորդակցման աջակցություն FuncGen- ի համար - WiFi- ի հնարավորությունների հասանելիություն, ներառյալ ուղղակի, տեղական կամ ինտերնետային կապը: Սարքի նպատակներն են.

• Android ծրագրի և FuncGen սարքի միջև տվյալների փոխանցման վարում
• Վերահսկիչ/տվյալների հաղորդագրությունների կառավարում
• Աջակցություն շարունակական TCP/IP Հաճախորդ-սերվերի կազմաձևմանը

Մեր նախագծում SoC- ը espressif ESP32 է, որը չափազանց տարածված է դրա վրա ավելի ընդլայնվելու համար:)

Li-Ion մարտկոցի կառավարման համակարգ

Մեր սարքը շարժական սարքի վերածելու համար սարքը պարունակում է Li-Ion մարտկոցի լիցքավորման միացում: Շղթան հիմնված է MC73831 IC- ի վրա, վերահսկվող լիցքավորման հոսանքի միջոցով `ծրագրավորման մեկ դիմադրության արժեքը ճշգրտելու միջոցով (Այս թեման կանդրադառնանք սխեմատիկայի փուլում): Սարքի սնուցման աղբյուրի մուտքը USB Type-A միակցիչ է:

Smart Switch Circuit

Խելացի անջատիչ սարքի հզորության կառավարման միացումն ապահովում է սարքի անջատման հաջորդականության ամբողջական ծրագրային վերահսկողություն և սարքի մարտկոցի լարման անջատման արտաքին անջատիչ անջատիչի անհրաժեշտության բացակայություն: Բոլոր էներգիայի գործողությունները կատարվում են սեղմելով կոճակը և MCU- ի ծրագրակազմը: Որոշ դեպքերում անհրաժեշտ կլինի համակարգը փակել. Մարտկոցի ցածր լարում, մուտքի բարձր լարում, հաղորդակցության սխալ և այլն: Խելացի անջատիչը հիմնված է STM6601 խելացի անջատիչի IC- ի վրա, որն էժան է և շատ ընկերական:

Էլեկտրամատակարարման հիմնական միավոր

Այս միավորը բաղկացած է երկու մարտկոցից աշխատող էներգիայի մատակարարման սխեմաներից ` +3.3 Վ բոլոր թվային / անալոգային մատակարարման սխեմաների համար և -3.3 Վ FunVen սիմետրիկ ելքի համար` 0 Վ ներուժի նկատմամբ (այսինքն ՝ առաջացած ալիքի ձևը կարող է սահմանվել [-3.3 Վ: 3.3 Վ] տարածաշրջան:

• Հիմնական մատակարարման սխեման հիմնված է LP3875-3.3 LDO (ցածր անկում) 1A գծային լարման կարգավորիչի վրա:
• Երկրորդային մատակարարման սխեման հիմնված է LM2262MX IC- ի վրա, որը կատարում է DC-DC բացասական լարման փոխակերպում կոնդենսատոր-լիցք-պոմպի միջոցով `համակարգ, որի վրա հիմնված է IC:

Ալիքի ձևավորման գեներատորների համակարգ

Համակարգը նախագծվել է ՝ շեշտը դնելով առանձին DDS (ուղիղ թվային սինթեզ) ինտեգրալ սխեմաների վրա, որոնք թույլ են տալիս ալիքի ձևի ամբողջական վերահսկում MCU- ի SPI (սերիական ծայրամասային ինտերֆեյս) միջոցով: Դիզայնի մեջ օգտագործվող սխեմաներն են անալոգային սարքերը AD9834, որոնք կարող են ապահովել տարբեր տեսակի ալիքների ձևեր: Մարտահրավերները, որոնց պետք է բախվենք AD9834- ի հետ աշխատելիս, հետևյալն են.

• Ալիքի ձևի ամպլիտուդ. Ալիքի ձևի ամպլիտուդը վերահսկվում է արտաքին DAC մոդուլով
• Օֆսեթ DC մակարդակի նկատմամբ ուշադրություն չի դարձվում. DC օֆսեթ -ի ցանկալի արժեքներով ամփոփման սխեմաների իրականացում
• Քառակուսի ալիքի և եռանկյունու/սինուս ալիքի առանձին ելքեր. Բարձր հաճախականությամբ միացման սխեմայի իրականացում, ուստի յուրաքանչյուր ալիքի մեկ ելքը կարող է ապահովել բոլոր ցանկալի ալիքի ձևերը `սինուս, եռանկյուն, քառակուսի և DC:

Հեղուկ բյուրեղյա էկրան

LCD- ն UI- ի (ինտերֆեյսի) մի մասն է, և դրա նպատակն է թույլ տալ օգտվողին հասկանալ, թե ինչ սարքն է իրական ժամանակի ռեժիմում: Այն փոխազդում է օգտագործողի հետ յուրաքանչյուր սարքի վիճակում:

Բզզոց

Պարզ տոնային գեներատորի միացում ՝ սարքից օգտվողին լրացուցիչ արձագանքելու համար:

Ինտեգրված ISP ծրագրավորող

Everyրագրավորման գործընթացին վերաբերող յուրաքանչյուր ինժեների համար առկա է մշտական խնդիր. Միշտ կա արտադրանքի ապամոնտաժման ամենավատ կարիքը `այն նոր ծրագրակազմով ծրագրավորելու համար: Այս անհարմարությունը հաղթահարելու համար AVR ISP ծրագրավորողը միացված էր սարքին ներսից, մինչդեռ USB տվյալները և հոսանքի գծերը կապված են սարքի USB Type-A միակցիչին: Այս կազմաձևում մենք պարզապես պետք է միացնենք մեր FuncGen- ը USB մալուխի միջոցով `ծրագրավորման կամ լիցքավորման համար:

Քայլ 2. Արգելափակման դիագրամ - ingանցավորում

Երկակի ալիքի գործառույթի գեներատոր

Հիմնական սարք: Այն, ինչ մենք վերանայել ենք նախորդ քայլին

ESP-WROOM-32

Ինտեգրված System-on-Chip WiFi և BLE հնարավորություններով: SoC- ն կցված է հիմնական տախտակին (Սա լուսաբանելու ենք սխեմատիկ փուլում) UART մոդուլի միջոցով և հանդես է գալիս որպես հիմնական սարքի և Android սմարթֆոնի միջև հաղորդագրությունների հաղորդիչ:

WiFi տեղական ցանց

Սմարթֆոնը և սարքը հաղորդակցվելու են WiFi ուղղակի կամ տեղական ցանցի միջոցով ՝ հիմնված TCP սերվերի/հաճախորդի կազմաձևման վրա: Երբ սարքերը միմյանց ճանաչում են WiFi- ով, հիմնական սարքը ստեղծում է համապատասխան պարամետրերով TCP սերվեր և ունակ է ուղարկել/ստանալ հաղորդագրություններ: Սարքը գործում է որպես երկրորդական սմարթֆոնի համար: Մյուս կողմից, Android սարքը միանում է TCP սերվերին ՝ որպես հաճախորդի ցանցային սարք, բայց համարվում է որպես հաղորդագրության հիմնական հաղորդիչ. Սմարթֆոնը նա է, ով նախաձեռնում է հաղորդակցության ամբողջական ցիկլը.

Android սմարթֆոն

Android OS- ի վրա հիմնված սմարթֆոնային սարք, որն աշխատում է FuncGen հավելվածով

Քայլ 3. Մասեր, գործիքներ, IDE և նյութերի հաշիվ

Նյութերի հաշիվ (տե՛ս կցված XLS աղյուսակը)

UI և համակարգի միացումներ

• 1 x 2004A Char-LCD 20x4 Կապույտ
• 1 x USB Type B միակցիչ
• 1 x 10 հավաքածու Mini Micro JST XH 2.54 մմ 4 պին
• 1 x 6 հատ Momentary SW

PCB- ի պատվիրում (ըստ Seeed Studio- ի)

Հիմքի նյութ FR-4

Շերտերի թիվ 2 շերտ

PCB Քանակ 10

Տարբեր դիզայնի համար 1

PCB Հաստություն 1.6 մմ

PCB Գույն Կապույտ

Surface Finish HASL

Oldոդման նվազագույն դիմակ պատնեշ 0.4 մմ

Պղնձի քաշը 1 ունց

Հորատման անցքի նվազագույն չափը `0,3 մմ

Հետքի լայնություն / տարածություն 6/6 մլն

Սալիկապատ կիսափոսեր / Castellated Holes No.

Արգելափակման վերահսկողություն No.

Գործիքներ

• Տաք սոսինձ ատրճանակ
• Պինցետ
• Դանակ
• ~ 22AWG մետաղալար `անսարքության կառավարման նպատակների համար
• Oldոդման երկաթ/կայան
• Oldոդման անագ
• SMD վերամշակման կայան (ըստ ցանկության)
• 3D տպիչ (ըստ ցանկության)
• Արտածող ֆայլ
• AVR ISP ծրագրավորող
• USB սերիական փոխարկիչ (ըստ ցանկության, կարգաբերման նպատակով)

Ինտեգրված զարգացման միջավայր (IDE) և ծրագրակազմ

• Autodesk EAGLE կամ Cadence Schematic Editor / Allegro PCB խմբագիր
• OpenSCAD (ըստ ցանկության)
• Ultimaker Cura (ըստ ցանկության)
• Saleae Logic (անսարքությունների վերացման համար)
• Atmel Studio 6.3 կամ ավելի բարձր
• Android Studio կամ Eclipse IDE
• Docklight Serial Monitor / COM նավահանգստի մոնիտորինգի այլ ծրագրակազմ
• ProgISP AVR ATMEGA32L ֆլեշ ծրագրավորման համար

Քայլ 4. Սարքաշարի ձևավորում - Հիմնական տախտակ

Մարտկոցի կառավարման միացում

Մարտկոցի լիցքավորման սխեման հիմնված է MCP7383 IC- ի վրա, որը թույլ է տալիս մեզ ընտրել Li -Ion մարտկոցի լիցքավորման ընթացիկ հոսանքը `3.7 Վ 850 մԱ / ժ հզորությամբ: Մեր դեպքում լիցքավորման հոսանքը սահմանվում է ծրագրավորման դիմադրության արժեքով (R1)

R1 = 3KOhm, I (լիցքավորում) = 400mA

USB լարման VBUS- ը զտված է π- ֆիլտրով (C1, L3, C3) և հանդես է գալիս որպես էներգիայի աղբյուր լիցքավորման սխեմայի համար:

Լարման բաժանարար սխեման (R2, R3) թույլ է տալիս MCU- ին ցույց տալ, արդյոք արտաքին USB սնուցման սարքը միացված է, թե ոչ, ապահովելով MCU A/D ալիքի հետևյալ լարումը.

V (ցուցում) (2/3) V (BUS)

Քանի որ ATMEGA32L- ի մեր A/D- ն 12 բիթ է, մենք կարող ենք հաշվարկել թվային տիրույթը.

A / D (միջակայք) = 4095V (ցուցում) / V (REF):

Ա/Ձ 14 [14 ԱՀ ՝ FFFH]

Smart Switch էներգաբլոկ

Շղթան թույլ է տալիս համակարգին վերահսկել յուրաքանչյուր նախագծված բլոկի էներգիայի մատակարարումը ինչպես MCU- ում, այնպես էլ ծրագրակազմից և հիմնված է STM6601 Smart-Switch- ի POWER տարբերակով `RESET- ի փոխարեն: Տերմինալները, որոնք մենք ցանկանում ենք դիտարկել, հետևյալն են.

• PSHOLD - Մուտքային գիծ, որը սահմանում է սարքի վիճակը. Եթե ցածր է քաշվում, սարքը անջատում է բոլոր երկրորդային էներգիայի աղբյուրները (+3.3V և -3.3V): Եթե բարձր է պահվում - սարքը պահում է ON վիճակը:
• nSR և nPB - Մուտքային տողեր: Կտտացրեք կոճակի տերմինալները: Երբ այս կապում հայտնաբերվում է ընկնող եզր, սարքը փորձում է մտնել հոսանքի բարձրացման / անջատման ռեժիմ
• nINT - ելքային գիծ: Ամեն անգամ քաշվում է OWԱOWՐ, երբ սեղմում եք կոճակը
• EN - Ելքային գիծ, օգտագործվում է որպես երկրորդային էներգիայի մատակարարման միավորների էներգիայի հնարավորություն: Մինչ ցածր է պահվում, երկու երկրորդային էներգիայի աղբյուրներն անջատված են

Նախքան վերջնական նախագծին անցնելը կան մի քանի կարևոր նշումներ.

• PSHOLD- ը պետք է լարված լինի մինչև 3.3 Վ, քանի որ կան դեպքեր, երբ MCU- ները ստիպում են բոլոր I/O- ներին լինել HIGH-Z վիճակում: Այս դեպքում, MCU- ից PSHOLD- ի վիճակը անհայտ է և կարող է կտրուկ ազդել սարքերի ծրագրավորման գործընթացի վրա:
• STM6601- ը պետք է պատվիրվի երկար սեղմման ժամանակ EN ճշգրտող տարբերակով, RESET տարբերակի փոխարեն (ես ընկել եմ այդ մեկի մեջ):

Էներգամատակարարման միավոր ՝ +3.3 Վ

Մեր նախագծի բոլոր համակարգերի հիմնական էներգիայի մատակարարումը: Երբ +3.3V գիծը պահվում է GND մակարդակում (այսինքն ՝ լարման առկայություն չկա), բոլոր IC- ն, բացառությամբ խելացի անջատիչի, անջատված են: Շղթան հիմնված է LDO LP-3875-3.3 IC- ի վրա, EN տերմինալով վերահսկվելու և մինչև 1 Ա հոսանք ապահովելու հնարավորությամբ:

Այս սխեմայի էներգիայի աղբյուրը մարտկոցի լարվածությունն է `կցված A/D ցուցիչով` VBAT- ի կոնֆիգուրացիայում զգալու համար, որը նման է VBUS սենսորային սխեմային: Այս դեպքում հաշվարկները փոքր -ինչ տարբերվում են.

V (մարտկոցից մինչև A/D) = 0.59V (մարտկոց); A/D (միջակայք) ∈ [000H: C03H]

Էներգամատակարարման միավոր `-3.3 Վ

Բացասական լարման մատակարարման սխեման մեզ թույլ է տալիս առաջացնել սիմետրիկ ալիքի ձևեր 0V DC գործոնով (այսինքն ՝ ալիքի ձևի միջին արժեքը կարող է լինել 0V): Այս սխեման հիմնված է LM2662MX IC - DC/DC փոխարկիչի վրա, որն աշխատում է «լիցքավորման պոմպ» մեթոդով: Շղթայի առավելագույն ելքային հոսանքը 200 մԱ է, որը բավարար է մեր նախագծման պահանջների համար. Մենք սահմանափակված ենք յուրաքանչյուր սարքի ալիքից 80 մԱ ելքային հոսանքով:

IC- ն կատարում է բոլոր անհրաժեշտ աշխատանքները, ուստի միայն այն մասերը, որոնք մենք պետք է ամրացնենք, երկու էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատորներ են `C33 միացման համար և C34 -3.3V գծի շրջանցման համար (աղմուկի նվազեցման նկատառումներ): Անցման հաճախականությունը նախագծում աննշան է, եթե մենք միացումը բավականաչափ հեռու ենք դնում ալիքի ձևի սերունդներից (մենք դա կքննարկենք PCB դասավորության փուլում):

Միկրոկառավարիչների միավոր - MCU

Սա մեր համակարգի կառավարիչն ու գործադիր տնօրենն է ՝ վերահսկում, ցանցերի կառավարում, հաղորդագրությունների փոխանցում և UI աջակցություն, ամեն ինչ MCU- ի կողմից է:

MCU- ն, որն ընտրվել է, Atmel ATMEGA32L է, որտեղ L- ը նշանակում է օժանդակ լարման գործողություն ∈ [2.7V: 5.5V]: Մեր դեպքում, աշխատանքային լարումը +3.3V է:

Եկեք հաշվի առնենք հիմնական գործառնական բլոկները, որոնք անհրաժեշտ են հասկանալու համար ՝ MCU- ի հետ աշխատելիս մեր նախագծում.

• Արտաքին տատանումներ - Ընտրովի բաղադրիչ է, քանի որ մեզ հետաքրքրում է 8 ՄՀց հաճախականությունը

• Ipայրամասային վերահսկողություն, SPI ցանց - Բոլոր ծայրամասային սարքերը (առանց ESP32- ի) հաղորդակցվում են MCU- ի հետ SPI- ի միջոցով: Բոլոր սարքերի համար կա երեք ընդհանուր գիծ (SCK, MOSI, MISO) և յուրաքանչյուր ծայրամասային միացում ունի իր հատուկ CS (Chip Select) գիծը: SPI սարքերը, որոնք սարքի մի մասն են.

  1. D/A ամպլիտուդիայի կառավարման համար - ալիք A
  2. D/A ամպլիտուդիայի կառավարման համար - ալիք B
  3. AD9834 սարք - Ա ալիք
  4. AD9834 սարք - B ալիք
  5. D/A կողմնակալ լարման վերահսկման համար - ալիք A
  6. D/A կողմնակալ լարման վերահսկման համար - ալիք B
  7. Թվային պոտենցիոմետր LCD պայծառության/հակադրության կարգավորումների համար
• LCD Աջակցություն
• RGB LED աջակցություն. Այս մոդուլը պարտադիր չէ, բայց կա ընդհանուր կաթոդ RGB LED միակցիչ `համապատասխան ռեզիստորներով, միացված MCU- ին:

• Էլեկտրաէներգիայի վերահսկում - MCU- ն իրական ժամանակում իրականացնում է էներգահամակարգերի մոնիտորինգ և կարգավորում է էներգիայի բոլոր անհրաժեշտ իրադարձությունները.

  1. VBAT_ADC - Մարտկոցի լարման մոնիտորինգ և դրա վիճակի որոշում (ADC0 ալիք)
  2. PWR_IND - Արտաքին էներգիայի մատակարարման միացման ցուցում (ADC1 ալիք)
  3. PS_HOLD - Էլեկտրաէներգիայի միացման հիմնական գիծ սահմանված բոլոր համակարգերի համար: Երբ MCU- ն ցածր է քաշում, սարքը սնվում է
  4. Խելացի անջատիչի տերմինալ - սեղմեք կոճակի վիճակի մոնիտորինգ
• WiFi ցանցի կառավարում - ESP32. MCU- ն ESP32- ի հետ շփվում է UART ինտերֆեյսի միջոցով: Քանի որ 8 ՄՀց-ն թույլ է տալիս համեմատաբար փոքր սխալով իրականացնել 115200 բաուդ արագություն, մենք կարող ենք ESP32- ը օգտագործել շղթայում ՝ առանց բաուդ արագության փոփոխությունների նախնական սահմանումների:

AVR ISP ծրագրավորող

Մեր MCU- ն ծրագրավորված է SPI- ի միջոցով `վերակայման գծով (/RST) պատշաճ գործելու համար պետք է բարձր քաշել (հակառակ դեպքում` MCU- ն ընդմիշտ կհայտնվի վերականգնման վիճակում):

Որպեսզի թույլ տամ սարքի ծրագրավորումը և լիցքավորումը USB- ի միջոցով, ես կցել եմ AVR ISP ծրագրավորողին (փոքր չափի արտադրանք, որը գնվել է eBay- ից): Սարքի ամբողջական USB աջակցությունը պահպանելու համար անհրաժեշտ է USB Type-A (D+, D-, VBUS և GND) տերմինալներ կապել AVR ISP սարքի հետ:

Ալիքի ձևավորման սերունդ

Սարքի միջուկը այս սխեմաներն են: AD9834- ը ցածր էներգիայի DDS սարք է, որն ապահովում է մեզ բոլոր այն ալիքների ձևերը, որոնք մենք կցանկանայինք ստանալ համակարգից: Շղթաները պարունակում են երկու անկախ AD9834 IC ՝ առանձնացված արտաքին 50 ՄՀց տատանումներով (ինչպես կարելի է տեսնել սխեմաներում): Առանձնացված տատանումների պատճառը թվային սխեմաների աղմուկի նվազեցման նկատառումներն են, ուստի որոշումն այն էր, որ պետք է կարգավորել 50 ՄՀց հաճախականությամբ գծեր ՝ AD9834- ի հարևանությամբ տեղադրված տատանումներով:

Հիմա եկեք մի քանի մաթեմատիկա նայենք.

Քանի որ DDS սարքը գործում է Phase Wheel տեխնոլոգիայի վրա, որի ելքային արժեքը պահվում է 28 բիթանոց գրանցամատյանում, մենք կարող ենք մաթեմատիկորեն նկարագրել ալիքի ձևի առաջացումը.

dP (փուլ) = ωdt; ω = P '= 2πf; f (AD9834) = ΔP * f (clk) / 2^28; ΔP ∈ [0: 2^28 - 1]

Ըստ AD9834 տվյալների թերթիկի ՝ հաշվի առնելով առավելագույն հաճախականությունը, ելքային հաճախականության լուծումը կարող է ստացվել.

Δf = k * f (տատանում) / f (առավելագույն) = 0.28 * 50M / 28M = 0.187 [Հց]

AD9834 IC- ն ապահովում է եռանկյուն/սինուս ալիքի (IOUT տերմինալ) անալոգային ընթացիկ ելք և քառակուսի ալիքի համար թվային ելք (SIGN_OUT տերմինալ): Նշանի բիթի օգտագործումը մի փոքր բարդ է, բայց մենք կարողանում ենք կարգավորել այն. Ամեն անգամ, երբ DDS- ն անցնում է համեմատական արժեքի շեմը, SIGN_OUT- ն իրեն համապատասխան է պահում: Յուրաքանչյուր ալիքի ելքին կցված է 200 Օմ դիմադրություն, ուստի ելքային լարումը կունենա նշանակալից արժեքներ.

I (մեկ ալիք) = V (ելք) / R (լարման ընտրություն); V (ելք) = R (VS)*I (SS) = 200I (SS) [A]

Amplitude Control (D/A) սխեմաներ

Ըստ AD9834- ի տվյալների թերթիկի, դրա ամպլիտուդը կարող է ճշգրտվել ՝ ապահովելով հոսանք DDS- ի լայնածավալ համակարգին, ուստի երկակի D/A IC- ի օգնությամբ մենք կարող ենք վերահսկել ելքային ազդանշանի ամպլիտուդը `կարգավորելով այդ հոսանքը: Եվս մեկ անգամ, որոշ մաթեմատիկա.

I (ամբողջական սանդղակ) = 18 * (V_REF - V_DAC) / R_SET [A]

Ըստ սխեմատիկայի և որոշ թվեր հավասարման դնելով.

I (ամբողջական սանդղակ) = 3.86 - 1.17 * V_DAC [A]

D/A նախագծման մեջ օգտագործվող մոդուլը 12-բիթանոց MCP4922 է, երբ հոսանքը գտնվում է [0mA: 3.86mA] տիրույթում, իսկ գծային ամպլիտի գործառույթը հետևյալն է.

V (լայնության ընտրություն) = 1 - [V (Գ / Ա) / (2^12 - 1)]

Ալիքի ձևի բազմապատկման միացում

Քառակուսի ալիքների և սինուս/եռանկյուն ալիքների գեներացման ելքերը բաժանված են AD9834- ում, հետևաբար մենք պետք է օգտագործենք բարձր արագությամբ բազմապատկման միացում երկու ելքերի համար, որպեսզի թույլ տանք բոլոր առանձնացված ալիքներից վերցնել մեկ առանձին ալիքից: Multiplexer IC- ն ADG836L անալոգային անջատիչ է `շատ ցածր դիմադրության վրա (~ 0.5 Օմ):

Ընտրության աղյուսակը, որը MCU- ն օգտագործում է ելքերի համար, հետևյալն է.

Ռեժիմի ընտրություն [D2: D1] | Ելքային ալիք A | Ելքային ալիք B

00 | Սինուս/եռանկյուն | Սինուս/եռանկյուն 01 | Սինուս/եռանկյուն | Հրապարակ 10 | Հրապարակ | Սինուս/Եռանկյունի 11 | Հրապարակ | Հրապարակ

Կողմնորոշման լարման կառավարման (Ա/Ա) սխեմաներ

Ալիքի ձևի գեներատորի հիմնական առանձնահատկություններից է նրա DC արժեքի վերահսկումը: Այս նախագծում դա արվում է յուրաքանչյուր ալիքի համար ցանկալի D/A լարումը սահմանելով, և այդ կողմնակալ լարումները ամփոփվում են բազմապատկված ելքերով, որոնք մենք մի փոքր ավելի վաղ քննարկեցինք:

D/A- ից վերցված լարումը գտնվում է [0V: +3.3V] տիրույթում, այնպես որ կա op-amp- ի վրա հիմնված միացում, որը քարտեզագրում է D/A տիրույթը [-3.3V: +3.3V], ինչը թույլ է տալիս սարքին ապահովել ամբողջ տիրույթը ցանկալի DC բաղադրիչ: Մենք բաց կթողնենք նյարդայնացնող անալիտիկ մաթեմատիկան և կկենտրոնանանք վերջնական արդյունքների վրա.

V_OUT (ալիք B) = V_BIAS_B (+) - V_BIAS_B (-); V_OUT (ալիք A) = V_BIAS_A (+) - V_BIAS_A (-)

Այժմ, DC բաղադրիչի տիրույթը գտնվում է միջակայքում [-3.3V: +3.3V]:

Ամփոփիչ սխեմաներ - DC բաղադրիչներ և ալիքի ձևի ելքեր

Այս պահին մենք ունենք այն ամենը, ինչ մեզ անհրաժեշտ է սարքի պատշաճ ելքի համար `Bias Voltage (DC բաղադրիչ) ամբողջ լարման տիրույթում և մուլտիպլեքսավորված AD9834 ելքեր: Մենք դա կանենք ՝ օգտագործելով ամփոփիչ ուժեղացուցիչ - op -amp կոնֆիգուրացիա

Եկեք ևս մեկ անգամ բաց թողնենք մաթեմատիկան (մենք արդեն ընդգրկել ենք շատ մաթեմատիկական մոտեցումներ) և գրի առնել ամփոփիչ արդյունքի ամփոփիչ վերջնական արդյունքը.

V (սարքի ելք) = V (դրական կողմնակալություն) - V (բացասական կողմնակալություն) - V (բազմապատկված ելք) [V]

Այսպիսով, V_OUT = ΔV_BIAS - V_AD9834 [V]

BNC տիպի ելքային միակցիչները միացված են ընտրովի դիմադրիչների հետ (R54, R55; R56, R57): Դրա պատճառն այն է, որ այն դեպքում, երբ այդ դիզայնը կարող է դիսֆունկցիոնալ լինել, մենք դեռ կարող ենք ընտրել, եթե կցանկանայինք օգտագործել ամփոփիչ ուժեղացուցիչ:

Կարևոր նշում. Վերջնական ամփոփիչ ուժեղացուցիչների դիմադրողական ցանցերը կարող են ճշգրտվել դիզայների կողմից `սարքից հանվող առավելագույն ամպլիտուդը փոխելու համար: Իմ դեպքում, բոլոր ուժեղացուցիչները կիսում են նույն շահույթը = 1, ուստի առավելագույն բուֆերային ամպլիտուդը եռանկյուն/սինուս ալիքի դեպքում կազմում է 0.7Vpp և քառակուսի ալիքի համար 3.3Vpp: Հատուկ մաթեմատիկական մոտեցումը կարելի է գտնել քայլին կցված պատկերների մեջ:

ESP32 որպես արտաքին մոդուլ

MCU- ն ESP32- ի հետ շփվում է UART ինտերֆեյսի միջոցով: Քանի որ ես ցանկանում էի իմ սեփական PCB- ն ESP32- ի համար, միացման համար կա 4 տերմինալ `VCC, RX, TX, GND: J7- ը ինտերֆեյսի միակցիչ է PCB- ների միջև, և ESP32- ը կհատկացվի որպես արտաքին մոդուլ սարքի ներսում:

Օգտվողի միջերես - LCD և բարձրախոս

LCD- ն, որն օգտագործվում է 20 x 4 բնույթի ընդհանուր էկրան, 4 -բիթանոց ինտերֆեյսով, ինչպես դիզայնից երևում է, որ SPI թվային պոտենցիոմետրը կցված է «A» և «V0» LCD տերմինալներին. Դրա նպատակն է կարգավորել LCD մոդուլի պայծառությունն ու հակադրությունը ծրագրային առումով:

Բարձրախոսն օգտվողին ապահովում է ձայնային ելք MCU- ից քառակուսի ալիքների պարզ սերնդի միջոցով: BJT T1- ը վերահսկում է բարձրախոսը հոսանքի միջոցով, որը կարող է լինել երկու վիճակում `ON / OFF:

Քայլ 5. Սարքաշարի ձևավորում - ESP32 մոդուլ

ESP32- ը օգտագործվում է որպես արտաքին մոդուլ հիմնական PCB- ի համար: Սարքի հաղորդակցությունը հիմնված է AT հրամանների վրա, որոնք հասանելի են ընդհանուր սարքի որոնվածով:

Այս դիզայնի վրա շատ բան չկա ընդլայնելու, բայց դիզայնի համար կան որոշ նշումներ.

• ESP32- ի համապատասխան UART մոդուլի օգտագործման ձախողման համար ես կցել եմ երեք ընտրովի դիմադրություն ինչպես TX, այնպես էլ RX գծերի համար: (0 Օմ յուրաքանչյուրի համար): Ստանդարտ կազմաձևման համար UART2 մոդուլը օգտագործվում է AT հրամանների համար (R4, R7- ը պետք է զոդել)
• Սարքն ունի 4 տողանոց ելք `VCC, GND, TX, RX:
• IO0 և EN կապանքները գնահատում են սարքի աշխատանքը և պետք է նախագծված լինեն այնպես, ինչպես նախատեսված է սխեմաներում

PCB- ի բոլոր հնարավորությունները, որոնք մենք կներկայացնենք հաջորդ քայլին:

Քայլ 6: PCB դասավորություն

PCB- ի նախագծման նպատակները

1. Ստեղծեք ներկառուցված համակարգ նույն տախտակի բոլոր ինտեգրալ սխեմաների համար
2. Բարելավել սարքի աշխատանքը մեկ հիմնական PCB- ի նախագծման միջոցով
3. Costախսերի նվազեցում. Եթե ցանկանում եք փնտրել գները, ցածր գներով նախագծերը ԻՐԱԿԱՆ ցածր գին են
4. Նվազեցրեք էլեկտրոնային տախտակի չափը
5. Հեշտ լուծում - Մենք կարող ենք օգտագործել TP (փորձարկման կետեր) յուրաքանչյուր հնարավոր անսարք գծի համար:

Տեխնիկական պարամետրեր

Երկու PCB- ները `հիմնական և ESP32 տախտակը ունեն նույն բնութագրերը արտադրական գործընթացի համար` ցածր գնով և շահագործելի մեր նպատակների համար: Եկեք տեսնենք դրանք.

Ա - Հիմնական տախտակ

• Չափը ՝ 10 սմ x 5,8 սմ
• Շերտերի քանակը `2
• PCB հաստությունը `1.6 մմ
• Հետքի նվազագույն տարածք/լայնություն `6/6 մղոն
• Նվազագույն անցքի տրամագիծը `0.3 մմ
• Պղինձ PCB- ի եզրին նվազագույն հեռավորությունը `20 մլ
• Մակերևույթի հարդարում. HASL (բավականին լավ արտաքին տեսք ունեցող արծաթագույն էժան տեսակ)

B - հիմնական խորհուրդը

• Չափս ՝ 3 սմ x 4 սմ
• Շերտերի քանակը `2
• PCB հաստությունը `1.6 մմ
• Հետքի նվազագույն տարածք/լայնություն `6/6 մղոն
• Նվազագույն անցքի տրամագիծը `0.3 մմ
• Պղինձ PCB- ի եզրին նվազագույն հեռավորությունը `20 մլ
• Մակերևույթի հարդարում `HASL

Քայլ 7: 3D պարիսպ

Ես այն ինքս չեմ նախագծել, քանի որ այն ժամանակ ես համոզում էի այս սարքին աշխատել, այնպես որ ես ընդհանրապես տեղյակ չէի 3D տպագրության բոլոր հիմունքներին: Այսպիսով, ես օգտագործել եմ Thingiverse- ի SCAD նախագիծը և տարբեր բացվածքներ եմ կցել սահմաններին `համաձայն իմ սարքի բնութագրերի:

1. Տպագրական սարք. Creality Ender-3
2. Մահճակալի տեսակը ՝ ապակի, 5 մմ հաստությամբ
3. Թելերի տրամագիծը ՝ 1.75 մմ
4. Թելերի տեսակը ՝ PLA+
5. Zzայրիկի տրամագիծը `0.4 մմ
6. Նախնական արագություն ՝ 20 մմ/վրկ
7. Միջին արագությունը `65 մմ/վրկ
8. Աջակցություն. N/A
9. Լցնել ՝ 25%

10. Երմաստիճանը:

    • Մահճակալ `60 (oC)
    • Zzայրակալ `215 (oC)
11. Թելերի գույնը ՝ Սև
12. Ընդհանուր բացվածքների քանակը ՝ 5

13. Պարիսպների վահանակների քանակը `4

    • TOP Shell
    • Ստորին պատյան
    • Առջևի վահանակ
    • Հետևի վահանակ

Քայլ 8. Softwareրագրաշարի ներդրում - MCU

GitHub հղում դեպի Android և Atmega32 ծածկագիր

Softwareրագրային ապահովման ալգորիթմ

Բոլոր գործողությունները, որոնք կատարվում են MCU- ի կողմից, նկարագրված են կցված հոսքագծերում: Բացի այդ, կա նախագծի կից ծածկագիր: Եկեք լուսաբանենք ծրագրակազմի բնութագրերը.

Միացնել

Այս փուլում MCU- ն կատարում է նախաստորագրման բոլոր հաջորդականությունները ՝ Android սարքի հետ պահվող հաղորդակցության տիպի որոշմամբ ՝ ուղղակի WiFi կամ WLAN ցանցային հաղորդակցություն. Այս տվյալները պահվում են EEPROM- ում: Այս փուլում օգտվողը կարող է վերաիմաստավորել Android սարքի զուգավորման տեսակը:

Android սարքի ուղղակի զուգավորում

Այս տեսակի զուգակցումը հիմնված է FuncGen սարքի WiFi ցանցի ստեղծման վրա: Այն կստեղծի AP (Մուտքի կետ) և TCP սերվեր տեղական սարքի IP- ի վրա ՝ հատուկ SSID- ով (WiFi ցանցի անուն) և պորտի հատուկ համարով: Սարքը պետք է պահի վիճակը `բաց կապերի համար:

Երբ Android սարքը միացված է FuncGen- ին, MCU- ն մտնում է ACTIVE ռեժիմ և արձագանքում է Android սարքի օգտագործողի ցուցումներին համապատասխան:

WLAN զուգավորում

Տեղական WiFi ցանցով հաղորդակցվելու համար MCU- ն պետք է ESP32- ի համար հրամաններ տա AP- ի ստեղծման, Android սարքի հետ շփման և ցանցի կարևոր տվյալների փոխանակման համար.

• Android սարքը FuncGen- ից ստանում է իր MAC հասցեն, պահում այն հիշողության մեջ:
• FuncGen սարքը Android սարքից ստանում է ընտրված WLAN պարամետրեր ՝ SSID, անվտանգության տեսակ և Գաղտնաբառ և պահում այն EEPROM- ում:

Երբ սարքերն իսկապես միացված են նույն WLAN- ին, Android սարքը որոնելու է FuncGen- ը ՝ սկանավորելով WLAN- ին միացված սարքերի բոլոր MAC հասցեները: Երբ Android սարքը որոշում է MAC- ի համընկնումը, այն փորձում է շփվել:

Միացում և պետական կառավարում - MCU

Երբ սարքերը շփվում են միմյանց հետ, արձանագրությունը (տես նախավերջին քայլը) մնում է անփոփոխ, իսկ հոսքագիծը նույնն է:

Սարքի պետական մոնիտորինգ

Edամանակավոր ընդհատումը MCU- ին տրամադրում է պետական կառավարման համար անհրաժեշտ մանրամասներ: Cycleամաչափի ընդհատման յուրաքանչյուր ցիկլ, պարամետրերի հետևյալ ցանկը թարմացվում է.

• Արտաքին էներգիայի մատակարարում - միացված/անջատված
• Մարտկոցի լարման վիճակը
• UI- ի թարմացում յուրաքանչյուր հարմարեցման համար
• Կոճակ ՝ սեղմված/չսեղմված

Քայլ 9. Softwareրագրաշարի ներդրում - Android հավելված

Android ծրագիրը գրված է Java-Android ոճով: Ես կփորձեմ դա բացատրել նույն կերպ, ինչպես նախորդ քայլերը `ալգորիթմը բաժանելով առանձին կոդերի բլոկների:

Power Up հաջորդականությունը

Սարքի առաջին հաջորդականությունը: Այստեղ հավելվածի պատկերանշանը ներկայացված է Android սարքի GPS և WiFi մոդուլների միացման հետ միասին (Մի անհանգստացեք, GPS- ն անհրաժեշտ է միայն WiFi- ի համապատասխան ցանցերի սկանավորման համար):

Հիմնական մենյու

Theրագիրը գործարկելուց հետո էկրանին կհայտնվի չորս կոճակ: Կոճակների գործողություն.

1. ՈREԻ ՄԻԱ:Ո:Մ. FuncGen- ի AP- ի հետ կապի նախաստորագրում IOT_FUNCGEN- ի SSID- ի կողմից: Եթե կապը հաջող է, սարքը մտնում է հիմնական UI ռեժիմ:
2. WIFI ՄԻԱՈՄ. Սարքը ստուգում է, եթե հիշողության մեջ պահված են տվյալների պարամետրեր ՝ wifi.txt, mac.txt: Եթե պահված տվյալներ չկան, սարքը կմերժի օգտվողի պահանջը և կտրամադրի թռուցիկ հաղորդագրություն, որ WLAN- ի զուգավորումն առաջին հերթին պետք է կատարվի:
3. PAՈIRՈՄ. FuncGen- ի հետ շփվել այնպես, ինչպես ուղիղ միացում, բայց հաղորդագրությունների շարունակական փոխանակման փոխարեն կա մեկ ձեռքսեղմում: Android սարքը ստուգում է, արդյոք այն արդեն միացված է WiFi ցանցին, և խնդրում է օգտվողին գաղտնաբառ մուտքագրել: Եթե նորից միացումը հաջող լինի, Android սարքը պահում է SSID- ն ու գաղտնաբառերը wifi.txt ֆայլում: FuncGen- ի հետ հաջող հաղորդակցվելուց հետո այն պահում է MAC հասցեն mac.txt ֆայլում:
4. Ելք. Բավական է ասել:)

WiFi սկանավորման կառավարիչ

Ես ուզում էի, որ հավելվածը լինի բոլոր գործառնական և առանց ծրագրից դուրս ճշգրտումներ կատարվեն: Այսպիսով, ես նախագծել եմ WiFi սկաներ, որն իրականացնում է բոլոր անհրաժեշտ գործողությունները ՝ WiFi ցանցին միանալու հայտնի գաղտնաբառով և SSID- ով:

Տվյալների փոխանցում և TCP հաղորդակցություն

Սա հավելվածի հիմնական կոդի բլոկն է: Բոլոր UI միավորների համար կա որոշակի ձևաչափով սահմանված հաղորդագրություն (Նախնական վերջնական քայլ), որը ստիպում է FuncGen- ին ապահովել ալիքների համար ցանկալի ելք: Գործունեության մեջ կան երեք տեսակի UI դաշտեր.

1. Փնտրեք ձողեր. Այստեղ մենք սահմանում ենք FuncGen ելքային պարամետրերի իրական տիրույթը

   1. Ամպլիտուդիա
   2. DC Օֆսեթ
   3. LCD Պայծառություն
   4. LCD հակադրություն
2. Տեքստի խմբագրում. Ամբողջ արժեքները հստակ և ճշգրիտ պահելու համար հաճախականության մուտքագրումը կատարվում է միայն թվերի տեքստային տուփերի միջոցով

3. Կոճակներ. Առկա ցուցակներից պարամետրերի ընտրություն.

   1. Ալիքի ձև

      1. Սինուս
      2. Եռանկյուն
      3. DC
      4. Հրապարակ
      5. Անջատված է

   2. Տեղեկություն ստանալ

      1. Մարտկոցի կարգավիճակը (տոկոս)
      2. AC կարգավիճակ (արտաքին էներգիայի մատակարարում)

   3. Բեռնման տարբերակ (FuncGen MCU- ի համար)

      1. Գործարանային կարգավորումներ
      2. Վերսկսել
      3. Անջատել
      4. Ուղղակի - Վերագործարկեք ուղղակի զուգավորման ռեժիմով
      5. WLAN - Վերագործարկեք WLAN զուգավորման ռեժիմով
   4. Ելք դեպի հիմնական ընտրացանկ. Բավական է ասել:)

Քայլ 10: Փորձարկում