Գիտե՞ք ESP32 ADC ճշգրտման մասին: 29 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Այսօր ես կխոսեմ ավելի տեխնիկական հարցի մասին, բայց ես կարծում եմ, որ բոլորը, ովքեր աշխատում են ESP32- ով, պետք է իմանան. ADC- ի (անալոգային-թվային փոխարկիչ) ընթերցման ճշգրտման հարցը: Ես գտնում եմ, որ սա կարևոր է, քանի որ «չափում» կատարելիս, հատկապես անալոգային ելք ունեցող գործիքի հետ, պետք է բացարձակապես վստահ լինել, որ ընթերցումը ճիշտ է կատարվում:

Այսօր տեսանյութում, հետևաբար, մենք կիրականացնենք չափումներ ESP32- ի «անալոգային-թվային փոխարկիչի» միջոցով, կդիտարկենք փոխակերպման անհամապատասխանությունները և կկիրառենք ADC ճշգրտման / չափագրման մեթոդ:

Քայլ 1. Ի՞նչ է AD փոխարկիչը:

AD փոխարկիչը միացում է, որն ունակ է անալոգային (շարունակական) քանակը թարգմանել թվային (դիսկրետ) արժեքների: Ինչ է դա նշանակում? Դա նշանակում է, որ մինչդեռ թվային արժեքները կարող են ենթադրել միայն զրոների և միավորների համադրությամբ ձևավորված դիսկրետ արժեքներ, անալոգային մեծությունը կարող է ենթադրել ցանկացած արժեք միջակայքում: Օրինակ, եթե մենք չափեինք իդեալական AA բջիջի լարումը, մենք կարող էինք գտնել ցանկացած արժեք 0V- ից մինչև 1.5V, քանի որ սա անալոգային մեծություն է: Իդեալական լամպի ելքային վիճակը պետք է ընդունի միայն երկու վիճակ (անջատված կամ միացված), ինչը դիսկրետ մեծություն է: Քանի որ միկրոկառավարիչները աշխատում են այս դիսկրետ տրամաբանության հիման վրա, մեզ անհրաժեշտ է մի միացում, որը կարող է անալոգային քանակությունը թվային (կամ դիսկրետ) թարգմանել:

Քայլ 2: Օգտագործված ռեսուրսներ

• Մեկ Lolin32 Lite քարտ v1.0.0

• Tektronix TDS1001C օսլիլոսկոպ ՝ գրավման համար

• Մեկ USB մալուխ ESP32- ի համար

• Hantek DSO4102C տատանում ՝ որպես ազդանշանի գեներատոր

Քայլ 3: ESP32 ADC

Ըստ Espressif- ի տվյալների, ESP32 չիպերը չափված արդյունքներում կարող են ներկայացնել +/- 6% տարբերություն մեկ չիպից մյուսը:

Բացի այդ, փոխարկումը ՉԻ ունենա գծային պատասխան ընթերցման յուրաքանչյուր մատչելի տիրույթի համար: Espressif- ը տրամադրում է ստուգաչափման մեթոդ և առաջարկում է օգտվողներին կիրառել այլ մեթոդներ, եթե դրանք անհրաժեշտ են համարում ցանկալի ճշգրտության հասնելու համար:

Մենք կկատարենք տվյալների ձեռքբերում, և դրանից մենք ցույց կտանք ADC- ի պատասխանները և ճշգրտումը կարդալու համար մաթեմատիկական գործընթացի կիրառման օրինակ:

Այս ուղղումներն իրականացնելու մի քանի (ավելի պարզ կամ ավելի բարդ) եղանակներ կան: Քեզանից է կախված գնահատել ամենահարմարը քո նախագծի համար:

Այստեղ ցուցադրվածը կունենա պատկերազարդ նպատակ և կփորձի անդրադառնալ հետաքրքիր կետերին, որոնք կարող են նկատվել ճշգրտումների ժամանակ:

Քայլ 4: Օգտագործված միացում

Ես օգտագործել եմ օսլիլոսկոպ ՝ ազդանշանի գեներատորով, որն անցնում է մինչև 25 ՄՀց ՝ Hantek DSO4102C: Մենք ստեղծեցինք ալիք, որը կարդացվում էր ESP A / D- ով և տատանումներով: Հավաքված տվյալները գրանցվել են csv- ում և աղյուսակում, որը ներբեռնման համար կթողնեմ հոդվածի վերջում:

Քայլ 5: Օգտագործված նշան

Մենք ընտրեցինք ցածր հաճախականությամբ տրապիզոիդ ազդանշան, որը թույլ է տալիս մուտք գործել դեպի թեքահարթակներ, որոնք անցնում են փոխակերպման ամբողջ տիրույթով: Սա թույլ է տալիս մեծ թվով նմուշներ ձեռք բերել այս թեքահարթակների վրա:

Քայլ 6. Տվյալները, որոնք ձեռք են բերվում օսլիլոսկոպով

Բռնման պատկերը կատարվել է տատանումների միջոցով: Տվյալները պահվում էին csv ֆայլում: Ուշադրություն դարձրեք ազդանշանի բարձրացող և ընկնող թեքահարթակների փոքր թեքությանը:

Քայլ 7. Օսլիլոսկոպով ստացված տվյալները (csv ֆայլ Excel- ում)

Մենք այստեղ ունենք նմուշառումներ:

Քայլ 8. ADC- ի կողմից ձեռք բերված տվյալները

Սերիայի փոխանցման արագությունը փոխելով ՝ մենք կարող ենք դիտել ADC- ի կողմից գրավված տվյալները: Դիտեք trapezoidal ազդանշանի դեֆորմացիան:

Տվյալները դիտարկվում են Arduino IDE սերիական գծագրիչի վրա

Քայլ 9. ADC - Excel- ով ձեռք բերված տվյալները

Օգտագործելով ավելի բարձր դրույքաչափ և սերիական տերմինալ, մենք կարող ենք գրավել արժեքները և դրանք կիրառել Excel- ում `մեր համեմատությունների համար:

Քայլ 10. Բարձրանալու թեքահարթակների համեմատություն

Մենք համեմատում ենք երկու որսորդության երկու բարձրանում թեքահարթակները:

Ուշադրություն դարձրեք այն կորությանը, որը տեղի է ունենում երկու թեքահարթակների վրա:

Նկատի ունեցեք նաև, որ նույն թեքահարթակի համար մենք ունենք ESP32- ի շատ ավելի նմուշներ, քան տատանումների միջոցով:

Քայլ 11. Նմուշների քանակի հավասարեցում

Քանի որ ESP32- ն ավելի մեծ թվով նմուշներ է տվել, քան օսլիլոսկոպը, մենք պետք է հավասարենք այս արժեքներին, քանի որ դրանք երկու կորերը համեմատելու ինդեքս են ծառայելու:

Դրա համար մենք ուղղակի համեմատություն կանենք:

Մենք ունենք 305 նմուշ ՝ oscilloscope թեքահարթակի և 2365 նմուշ ADC թեքահարթակի համար:

Քանի որ թեքահարթակները նույն տիրույթում են, կարող ենք ասել, որ յուրաքանչյուր օսլիլոսկոպի համար մենք ունենք ADC- ի մոտավորապես 7.75 նմուշ:

Տատանումների յուրաքանչյուր նմուշի ինդեքսի բազմապատկումը ունի նույն կորը, բայց ADC- ին համարժեք ինդեքսներով և վերաբաշխված տվյալներով:

Նոր պաշտոնների համար բացակայող տվյալները լրացնելու համար մենք կկիրառենք հայտնի տվյալներին վիճակագրորեն համապատասխանող կոր:

Քայլ 12: Բացերի լրացում - միտումների գիծ

Ընտրելով հայտնի տվյալները (կապույտ կետեր), սեղմելով և այնուհետև սեղմելով աջ կոճակով ՝ մենք ընտրում ենք ՝ «Ավելացնել միտումների տող…»

Պատուհանում, որը հայտնվում է, մենք ընտրում ենք Polynomial տեսակը (2 -րդ կարգը բավարար կլինի):

Մենք նաև ստուգեցինք «Դիտել հավասարումը գծապատկերում» և «Rուցադրել R- քառակուսի արժեքը գծապատկերում» ընտրանքները:

Մենք կտտացնում ենք «Փակել»:

Քայլ 13. Բացերի լրացում - 2 -րդ դասարանի բազմանդամի կոր

Excel- ը մեզ տալիս է երկու նոր տեղեկություն. երկրորդ կարգի հավասարումը, որը լավագույնս համապատասխանում է տվյալներին և R- քառակուսի հավասարումը, որը քանակականացնում է այս համարժեքությունը:

Պարզապես հիշեք, որ որքան մոտ է 1 -ին, այնքան ավելի տեղին է հավասարումը:

Եկեք չխորանանք ներգրավված մաթեմատիկայի մեջ, պարզապես օգտագործենք այն որպես գործիք:

Քայլ 14. Լրացնել բացերը. Գնահատել գործառույթը

Եկեք ընտրանքի բացերը լրացնենք հավասարման արդյունքում առաջացած տվյալներով: Եվ հետո, համեմատեք դրանք կետ առ կետ:

y = -9E -08x2 + 0, 0014x + 0, 1505

R² = 0, 9999

Օսլիլոսկոպի լարումը = -9E -08 * ինդեքս 2 + 0, 0014 * ինդեքս + 0, 1505

Քայլ 15. Օսլիոսկոպի լարման փոխարկումը համարժեք արժեքի ՝ ADC- ի հետ համեմատելու համար

Եկեք օգտվենք դրանից ՝ նաև տատանման լարման արժեքը փոխակերպելու համարժեք ADC արժեքի:

Քանի որ ESP32- ի ADP- ում ձեռք բերված ամենաբարձր արժեքը 4095 էր, որը համարժեք է նույն ցուցանիշի 2.958V- ի ընթերցմանը, կարող ենք ասել, որ.

Տատանման չափումներում յուրաքանչյուր վոլտ հավասար է մ.թ. մոտ 1384,4 միավորի: Հետևաբար, մենք կարող ենք բազմապատկել տատանումների բոլոր չափումները այս արժեքով:

Քայլ 16. Ստացված երկու թեքահարթակների համեմատություն

Երկու ընթերցման արդյունքում ձեռք բերված տարբերությունների պատկերացում:

Քայլ 17: ADC ընթերցման տարբերության վարքագիծը (ՍԽԱԼ)

Ստորև բերված կորը ցույց է տալիս, թե ինչպես է ADC ընթերցման տարբերությունը իրեն պահում որպես չափման գործառույթ: Տվյալների հավաքածուն թույլ կտա գտնել ուղղիչ գործառույթ:

Այս կորը գտնելու համար մենք պարզապես գծում ենք յուրաքանչյուր չափման մեջ հայտնաբերված տարբերությունը ՝ իբրև մ.թ. յուրաքանչյուր հնարավոր դիրքի ֆունկցիա (0 -ից 4095):

Քայլ 18: ADC Ընթերցանության տարբերությունների վարքագիծ - Ուղղիչ գործառույթ գտնելը

Մենք կարող ենք Excel- ում ուղղիչ գործառույթ որոշել `ավելացնելով Trend Line- ը, որն այժմ ավելի բարձր է, մինչև այն բավարար չափով տեղավորվի մեր տվյալների հետ:

Քայլ 19: Այլ ծրագրակազմի օգտագործում

Կորերի որոշման այլ հետաքրքիր ծրագրակազմ է PolySolve- ը, որը կարող է օգտագործվել ուղղակիորեն հղումով ՝ https://arachnoid.com/polysolve/ կամ ներբեռնել որպես Java ծրագիր:

Այն թույլ է տալիս կիրառել ավելի բարձր աստիճանի բազմանդամ հետընթացներ և ձևափոխված գործառույթի մատուցում, ինչպես նաև այլ ֆունկցիոնալ հնարավորություններ:

Այն օգտագործելու համար պարզապես մուտքագրեք տվյալները առաջին տեքստային դաշտում: Տվյալները պետք է հետևեն X, Y կարգին ՝ բաժանված ստորակետով կամ ներդիրով: Utionգուշացեք կետը ճիշտ օգտագործել որպես տասնորդական կետ:

Հաջորդ դաշտում աղյուսակը կհայտնվի, եթե մուտքագրված տվյալները ճիշտ ձևաչափվեն:

Ահա թե ինչպես է ընթացել մեր ADC սխալի կորը:

Այս պատուհանը կներկայացնի հետընթացի արդյունքը, ներառյալ գործառույթի համարժեքության տվյալները, որոնք իրենց հերթին կարող են ձևակերպել ելքը մի քանի եղանակով ՝ որպես C / C ++ գործառույթ, գործակիցների ցուցակ, Java- ով գրված գործառույթ և այլն:

Նշում. Ուշադրություն դարձրեք տասնորդական բաժանարարներին

Քայլ 20: Հաստատություններ և կարգավորում ()

Ես այստեղ նշում եմ GPIO- ն, որն օգտագործվում էր անալոգային գրավման համար: Ես նախաստորագրում եմ սերիական նավահանգիստը, ինչպես նաև անալոգային գրավման համար որոշված քորոցը:

const int pin_leitura = 36; // GPIO usado para captura analógica void setup () {Serial.begin (1000000); // Տեղադրեք հաջորդական հաջորդականությունը pinMode կարգաբերման համար (pin_leitura, INPUT); // Pino utilizado para captura analógica}

Քայլ 21. Loop () և ուղղման գործառույթ

Մենք կատարում ենք ճշգրտված լարման գրավումը և արժեքները տպում ենք ճիշտ ուղղումներով կամ առանց դրանց:

void loop () {int valor_analogico = analogRead (pin_leitura); // realiza a captura da tensão ajustada //Serial.print(valor_analogico + f (valor_analogico)); // imprime os valores para debug (COM CORREÇÃO) Serial.print (valor_analogico); // imprimime os valores para debug (SEM CORREÇÃO) Serial.print (","); Serial.print (4095); // cria uma linha para marcar o valor máximo de 4095 Serial.print (","); Serial.println (0); // cria uma linha para marcar o valor mínimo de 0}

Նկատի ունեցեք 12 -րդ տողում, որ մենք ունենք տվյալների տպման տարբերակ `f տարբերության ֆունկցիայի հավելումով (analog_value):

Քայլ 22. Օգտագործելով PolySolve ուղղման գործառույթը

Այստեղ մենք օգտագործում ենք PolySolve գործառույթը Arduino IDE- ի ներսում:

/* Ռեժիմ. Նորմալ բազմանդամային աստիճան 6, 2365 x, y տվյալների զույգ Հարաբերակցության գործակից (r^2) = 9, 907187626418e-01 Ստանդարտ սխալ = 1, 353761109831e+01 Ելքի ձև ՝ C/C ++ գործառույթ ՝ Հեղինակային իրավունք © 2012, Պ. Լուտուս - https://www.arachnoid.com: Բոլոր իրավունքները պաշտպանված են. */ կրկնակի f (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2) + -3.470360275448e-07 * pow (x, 3) + 2.082790802069e- 10 * հզորություն (x, 4) + -5.306931174991e-14 * հզորություն (x, 5) + 4.787659214703e-18 * հզորություն (x, 6); }

Նշեք ստորակետով կետի փոփոխությունը որպես տասնորդական բաժանարար:

Քայլ 23. Սևեռում ուղղագրությամբ

Քայլ 24. Հաշվարկային ծախսեր

Բազմանդամային հաշվարկներ կատարելու համար անհրաժեշտ է, որ պրոցեսորը զբաղվի այս առաջադրանքով: Դա կարող է հանգեցնել կատարման ուշացումների ՝ կախված աղբյուրի կոդից և առկա հաշվիչ հզորությունից:

Այստեղ մենք տեսնում ենք թեստի արդյունքների աղյուսակ `օգտագործելով բազմաստիճան բազմանդամներ: Ուշադրություն դարձրեք pow () գործառույթի օգտագործման և այն ժամանակների միջև եղած տարբերությանը:

Քայլ 25. Թեստի կոդ - Կարգավորում () և Loop Start ()

Այստեղ մենք ունենք մեր թեստում օգտագործված կոդը:

void setup () {Serial.begin (1000000); // Iniciando a porta serial somente para debug} void loop () {float valor_analogico = 500.0; // um valor arbtrario float quantidade = 10000.0; // quantidade de chamadas float contador = 0.0; // contador de chamadas

Քայլ 26. Փորձարկման կոդ - հանգույց () և մշակում

Ես օգտագործել եմ micros () ֆունկցիան ՝ միկրովայրկյանների արժեքը ստանալու համար:

// ============= inicia o processo float agora = micros (); // marca o instante inicial while (contador <quantidade) {// v (valor_analogico); // função vazia // r (valor_analogico); // função com retorno // f0 (valor_analogico); // grau 0 // f1 (valor_analogico); // grau 1 // f2 (valor_analogico); // grau 2 // f3 (valor_analogico); // grau 3 // f4 (valor_analogico); // grau 4 // f5 (valor_analogico); // grau 5 // f6 (valor_analogico); // grau 6 // f13_semPow (valor_analogico); // grau 13º SEM a função POW // f13_comPow (valor_analogico); // grau 13º COM a função POW contador ++; } ագորա = (միկրոս () - ագորա) / քվանտադադ; // որոշման ընդմիջում, որը կարող է անցնել // ============== վերջնական գործընթաց

Քայլ 27. Փորձարկման կոդ - հանգույց () - արդյունքներ

Մենք տպագրում ենք 13 -րդ դասարանի գործառույթից վերադարձված արժեքը `ռազմավարությամբ և առանց համեմատության, ինչպես նաև մշակման միջակայքը:

// imprime o valor retornado da função de grau 13 com e sem POW para comparação Serial.print (f13_semPow (valor_analogico)); // grau 13º SEM a função POW Serial.print (" -"); Serial.print (f13_comPow (valor_analogico)); // grau 13º COM a função POW Serial.print (" -"); // imprime o intervalo do processamento Serial.println (ագորա, 6); }

Քայլ 28. Փորձարկման կոդ. Օգտագործված գործառույթներ

0 և 1 աստիճանի դատարկ գործառույթներ (միայն վերադարձով):

// FUNÇÃO VAZIA կրկնակի v (կրկնակի x) {} // FUNÇÃO SOMENTE COM RETORNO կրկնակի r (կրկնակի x) {վերադարձը x; } // FUNÇÃO DE GRAU 0 կրկնակի f0 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e+02; } // FUNÇÃO DE GRAU 1 կրկնակի f1 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x; }

2 -րդ, 3 -րդ և 4 -րդ դասարանների գործառույթները:

// FUNÇÃO DE GRAU 2 կրկնակի f2 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2); } // FUNÇÃO DE GRAU 3 կրկնակի f3 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2) + -3.470360275448e-07 * pow (x, 3); } // FUNÇÃO DE GRAU 4 կրկնակի f4 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2) + -3.470360275448e-07 * pow (x, 3) + 2.082790802069e-10 * հզորություն (x, 4); }

5 -րդ և 6 -րդ դասարանների գործառույթները:

// FUNÇÃO DE GRAU 5 կրկնակի f5 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2) + -3.470360275448e-07 * pow (x, 3) + 2.082790802069e-10 * հզորություն (x, 4) + -5.306931174991e-14 * հզորություն (x, 5); } // FUNÇÃO DE GRAU 6 կրկնակի f6 (կրկնակի x) {վերադարձ 2.202196968876e + 02 + 3.561383996027e-01 * x + 1.276218788985e-04 * pow (x, 2) + -3.470360275448e-07 * pow (x, 3) + 2.082790802069e-10 * հզորություն (x, 4) + -5.306931174991e-14 * հզորություն (x, 5) + 4.787659214703e-18 * հզորություն (x, 6); }

13 -րդ դասարանի գործառույթը `օգտագործելով ռազմագերինը:

// FUNÇÃO DE GRAU 13 USANDO O POW կրկնակի f13_comPow (կրկնակի x) {վերադարձ 2, 161282383460e + 02 + 3, 944594843419e-01 * x + 5, 395439724295e-04 * pow (x, 2) + -3, 968558178426e-06 * pow (x, 3) + 1, 047910519933e-08 * pow (x, 4) + -1, 479271312313e-11 * pow (x, 5) + 1, 220894795714e-14 * pow (x, 6) + -6, 136200785076e-18 * pow (x, 7) + 1, 910015248179e-21 * pow (x, 8) + -3, 566607830903e-25 * pow (x, 9) + 5, 000280815521e-30 * pow (x, 10) + 3, 434515045670e-32 * pow (x, 11) + -1, 407635444704e-35 * pow (x, 12) + 9, 871816383223e-40 * pow (x, 13); }

13 -րդ դասարանի գործառույթը ՝ առանց ռազմագերիների օգտագործման:

// FUNÇÃO DE GRAU SEM USAR O POW կրկնակի f13_semPow (կրկնակի x) {վերադարձ 2, 161282383460e + 02 + 3, 944594843419e-01 * x + 5, 395439724295e-04 * x * x + -3, 968558178426e-06 * x * * x + 1, 047910519933e-08 * x * x * x * x + -1, 479271312313e-11 * x * x * x * x * x + 1, 220894795714e-14 * x * x * x * x * x * x * x + -6, 136200785076e-18 * x * x * x * x * x * x * x + 1, 910015248179e-21 * x * x * x * x * x * x * x * x + -3, 566607830903e- 25 * x * x * x * x * x * x * x * x * x + 5, 000280815521e-30 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x + 3, 434515045670e- 32 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x + -1, 407635444704e -35 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x + 9, 871816383223e-40 * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x * x; }

Քայլ 29: Ֆայլեր

Ներբեռնեք ֆայլերը.

PDF

ԻՆՈ

Աղյուսակ