nifiboy

Давайте перейдём к страницам нашего трёхканального вольтамперметра на базе ESP32-S3, на главной у нас отображается текущее время модуля, значок WI-FI сигнализирующий нам, что на модуле включена точка доступа и мы можем подключиться к ней с телефона, планшета или ноутбука и скачать все данные. Далее идут показания трёх модулей INA226 подключённых по шине I2C, кнопки переключения профилей позволяющие сохранять данные в EEPROM для продолжения отложенных тестов.

На этом моменте остановимся и рассмотрим данный функционал подробно, представьте Вы решили узнать ёмкость батареи разрядив её или зарядив до определённого значения, но во время теста Вам срочно потребовалось зарядить, например аккумулятор от автомобиля, что бы Ваша жена смогла уехать по делам, если Вы прервёте тест, то все данные будут утеряны и Вам придётся начинать тест заново, но благодаря профилям Вы можете просто переключиться на другой профиль и тем самым сохранить данные Вашего первого теста. Прошу заметить, что данные сохраняются во время переключения профилей, так как количество записей в EEPROM ограничено и записывать данные онлайн в EEPROM, мы не можем, мы просто испортим память. При получении данных из EEPROMа, вольтамперметр сначала использует алгоритмы CRC для проверки целостности данных и только потом начинает с ними работать.

На каждый канал у нас по 5 профилей, что в общей сумме нам даёт 15 профилей на вольтамперметр.

Так же на главной странице у нас имеется кнопка включения/выключения защиты электронной нагрузки. Первый канал я буду использовать под электронную нагрузку в своём лабораторном блоке питания, поэтому в вольтамперметре реализована зашита от глубокого разряда с помощью программного гистерезиса.
Защита управляет пином номер 6 вольтамперметра, подавая на него сигнал высокого уровня, когда источник питания нужно отключить, а программный гистерезис не позволяет снова включить нагрузку, чтобы не допустить глубокого разряда источника питания.

Говоря рабоче-крестьянским языком, когда мы разряжаем батарею большими токами, напряжение на ней сильно проседает, но как только мы отключаем батарею от нагрузки, напряжение на ней снова поднимается и электронная нагрузка может включиться снова и продолжить разряжать батарею, чтобы этого не произошло, и электронная нагрузка не включилась повторно, и был реализовать программный гистерезис.

Так же на против каждого канала имеется индикатор, который сигнализирует нам, ведется ли сейчас запись с этого канала в лог на SD карту, если карта конечно же вставлена в модуль, и она им поддерживается, а её размер не превышает 32 Гб, в противном случае включить данную опцию не получится.

На этом моменте у Вас конечно же возник вопрос, почему я использовал 3 модуля INA226, а не один модуль INA3221, что сделало бы вольтамперметр ещё компактнее?
Всё просто, модуль INA3221 рассчитан на максимальное напряжение в 26 вольт, а у меня источники питания с напряжением в 36 вольт, поэтому пришлось использовать несколько модулей INA226, что бы не городить делители напряжения, что сделало бы сам вольтамперметр сложнее в изготовлении, тем более модуль INA226 позволяет одновременно использовать до 16 модулей и это без учёта плат расширения.

Вообще для данного вольтамперметра мною было придумано множество вариантов, от одного модуля INA3221 до сложной схемы с защитой на ATTINY13, но после большого количества экспериментов, я остановился на плате с 4 модулями.

Следующие три страницы — это графики, для каждого из каналов. В первой строчке у нас отображаются данные онлайн текущего канала, индикатор записи в лог файл на SD карту и время работы модуля с момента включения.

Ниже мы с Вами видим адаптивный график, где максимальное и минимальное значение рассчитываются онлайн на основе данных графика, так же по мимо шкалы времени и значений на графике присутствуют два курсора, которые управляются с помощью двух пальцев.

У данного модуля ёмкостный сенсор способный одновременно обрабатывать до 5 касаний, поэтому было глупо этим не воспользоваться и не реализовать два курсора. С помощью этих курсоров можно узнать значение и время нужных нам пиков или спадов на графике, данные, полученные с курсоров, отображаются в левом нижнем углу и идут в следующей последовательности, вольты, амперы, ватты, номер измерения и T это разница в измерениях между курсорами.

Следующая страница — это настройка цветов отображаемых данных, в данном разделе мы можем выбрать цвет для любого значения, например вольты, первого канала, затем с помощью клавиатуры задать новый цвет и сохранить — нажав кнопку ОК, теперь везде, где отображаются данные для которых мы изменили цвет, они будут отображаться заданного нами цвета.

Ну и последняя страница – это остальные настройки трёхканального вольтамперметра.
В первой строке мы с Вами можем включить запись необходимых нам каналов, если в слот установлена SD карта и она не более 32 Гб.

Давайте остановимся на слоте для SD карты и поговорим о нём более подробно, для управления SD картой, компания waveshare, из-за нехватки свободных пинов, выбрала такое же решение, что и я в предыдущих проектах — они использовали расширитель ввода-вывода CH422G, который управляется по шине I2C, однако данный расширитель не захотел работать с аппаратной шиной I2C, а создавал свою виртуальную, из-за чего аппаратная шина легла и отказалась работать, а вместе с ней и все устройства подключённые к этой шине, из-за чего я потратил кучу времени изучая все форумы, документацию, примеры от производителя и ни где не нашёл решения данной проблемы. Тогда мне пришлось закопаться в код библиотеки, причём библиотеки родителя и там я нашёл в комментариях сообщение, что после успешного выполнения работы, класс для управления расширителем CH422G нужно дистроить.

Далее у нас идут кнопки очистки профиля, зелёный означает, что в профиле имеются данные, красный, что профиль чист.
Кнопка WIPE DATA сбрасывает вольтамперметр на заводские настройки.
Кнопка CLEAR SD – очищает карту памяти.
WI-FI точка доступа включается/выключается переключателем в самом низу, тут же отображается IP адрес по которому необходимо подключиться к модулю, имя точки доступа и пароль.

Давайте подключимся к точке доступа и посмотрим, что доступно там:

На главной странице мы с Вами видим логи вольтамперметра, при чём мы с Вами можем без проблем скачать файл, например на 2.3 Мб, да, я понимаю, что многие из Вас разбалованы высокоскоростным интернетом и Вы сейчас думаете, что в этом такого, это же всего 2.3 Мб.

А теперь только вдумайтесь, насколько крутой микроконтроллер ESP32 S3, он может одновременно обрабатывать данные с трёх модулей INA226, модуля DS3231, записывать полученные данные на SD карту, отображать изображение размером 800 на 480 точек почти в 30 FPS, поддерживать свою точку доступа и параллельно всем этим действиям отдавать Вам файл размером в 2.3 Мб, это просто поразительно.

Ну и на второй странице у нас настройки, где Вы можете задать пароль от WI-FI сети, текущее время, при чём галочка поддерживает актуальное время и коррекционные поправки для каждого из каналов.

Ну и сама монтажная схема (в картинках, в прошлом видео большинство проголосовало за схемы в картинках):

Так же я снял для Вас подробную инструкцию и подготовил печатную плату в Sprint-Layout и PDF все ссылки в описании под видео на ютубе.

Скетч Вы можете скачать с github github.com/chevichelov/VOLTAMMETER_ESP32_S3_YCHEV003
Для скачивание не требуется регистрация или оплата, просто жмите на зелёную кнопку "CODE" -> "Download ZIP"
(Для тех, кто не знает, github эта специальная платформа для того, что бы программисты могли делится своим кодом и дорабатывать его вместе)

Сегодня мы с Вами соберём бюджетный вариант Китайского измерительного пинцета FNIRSI LCR-ST1.

В качестве базы я выбрал Arduino, так как целью проекта стало сделать схему, как можно проще, что бы повторяемость измерительного пинцета среди зрителей канала https://www.youtube.com/@chevichelov была на уровне "Контролька на Arduino", по этому я упростил схему насколько это возможно, а в качестве измерительных алгоритмов выбрал самые простые, но в то же время самые надёжные из них. По предложению Хабралчан дал измерительному пинцету название YCHEV001.

Прежде чем перейдём к схеме, давайте быстренько пробежимся по функционалу измерительного пинцета:

Вес измерительного пинцета

Вес DIY YCHEV001 составляет 80 грамм против 40 грамм FNIRSI LCR-ST1, причина этому проста, DIY проект имеет аккумулятор в три раза большей ёмкости и пластиковые прокладки, для лучшей изоляции компонентов от короткого замыкания, однако если использовать аккумулятор такой же ёмкости, как у FNIRSI, а пластиковую изоляцию заменить на термоскотч, можно добиться уменьшения габаритов измерительного пинцета и веса.

Режим авто и ориентация экрана:

В режиме "Авто" пинцет может измерять сопротивление резисторов и ёмкость конденсаторов без переключения режимов измерения, при одинарном нажатии кнопки Hold (на схеме SB2) показания на приборе замораживаются, а при удержании кнопки Hold (на схеме SB2) изменяется ориентацию экрана, для удобства держания его в правой или левой руке.

Режим измерения сопротивления резисторов

Диапазон измерения сопротивления резисторов составляет от 0 Ом, до 3МОм (ограничено программно, для борьбы против наводок)

Режим измерения ёмкости конденсаторов

Диапазон измерений в этом режиме составляет от 10 пФ до 10000 мкФ.

Режим измерения диодов

В данном режиме мы можем посмотреть работоспособность, направление и падение напряжения на диоде.

Режим измерения напряжения

В режиме измерения напряжения мы можем проверить напряжение на батарейке или аккумуляторе до пяти вольт (опорного напряжения Arduino), так как пинцет делался для проверки макетных плат с напряжением до пяти вольт, однако Вы всегда можете добавить делитель напряжения, чтобы измерить напряжение более пяти вольт.

Режим осциллограф

Данный режим эволюционировал из проекта "Контролька на Arduino", однако интерфейс был переделан, а алгоритмы подсчёта оптимизированы, теперь Вы сможете посмотреть на сам сигнал без лагов и тормозов графика, узнать минимальное и максимальное напряжение сигнала, а так же его частоту.

Режим измерения частоты сигнала

Если Вы не хотите смотреть на сигнал, я вынес режим измерения частоты сигнала в отдельный режим.

Режим генератора частоты

Иногда при работе с макетной платой не хватает генератора сигнала, поэтому я добавил его в измерительный пинцет, однако мои амбиции сделать так, чтобы можно было задавать любую частоту на пинцете, упёрлись в размеры скетча и ресурсы самой Arduino поэтому пришлось пойти по простому пути и задать частоту для генератора в массиве. Я выбрал популярные для Arduino частоты: 30Гц, 61Гц, 122Гц, 244Гц, 488Гц, 976Гц, 4000Гц, 7800Гц, 31400Гц, 62500Гц, 1000000Гц (Вы же можете изменить их в скетче на свои).

Схема измерительного пинцета DIY YCHEV001

Схема измерительного пинцета невероятно проста, я представил её в двух видах: в классическом для данного канала схеме и в виде принципиальной схемы. Предлагаю в комментариях устроить голосование, напишите какая схема Вам больше нравится, какую их двух схем мне лучше использовать в будущих проектах? Пинцет состоит из Arduino Nano, обратите внимание, на плате требуется выпаять резистор светодиода L иначе кнопка SB3 не будет работать. Дисплея SSD1306, одного конденсатора на 100 нФ и 11 резисторов. Модуль TP4056 DIY Kit я вынес отдельно за схему, так как для контроля заряда-разряда аккумулятора Вы можете использовать любой контроллер. Однако данная плата способна выдавать 5 вольт, а АЦП Arduino Nano не может измерять напряжение выше напряжения АЦП, поэтому 5 вольт на входе Arduino Nano желательно.

SCL файлы и печатная плата измерительного пинцета DIY YCHEV001

Как всегда, я для Вас подготовил плату в Sprint-Layout и конвертировал её в PDF, что бы Вы смогли сразу распечатать шаблон и изготовить плату без дополнительных программ.

[Библиотеки и скетч]
Для скачивание не требуется регистрация или оплата, просто жмите на зелёную кнопку "CODE", затем "Download ZIP"
https://github.com/chevichelov/MEASURING_TWEEZER_YCHEV001

[Детали]
SSD1306 https://aliexpress.ru/item/32896971385.html
Arduino Nano https://aliexpress.ru/item/1005002966043359.html
SMD Резисторы 1206 https://aliexpress.ru/item/1005002753179336.html
SMD Конденсаторы 1206 https://aliexpress.ru/item/1005006888588435.html

Спасибо, что дочитали статью до конца, внизу полная видео инструкция, если у Вас ещё остались вопросы:

В начале давайте быстренько пробежимся по возможностям контрольки:

Режим тестера: для активации его голосовой командой нужно сказать ДАТА (Вы можете вместо этой и других команд записать свои команды, данные команды приведены в качестве примера), или сделать свайп по экрану, или выбрать в меню на телефоне. В этом режиме контролька может измерять сопротивление и напряжение, при чём переполюсовка ей не страшна, при измерении напряжения прямой полярности она показывает данные без знака минус, при обратной полярности - со знаком минус, при чём не только на дисплее измерительного прибора, но и на телефоне, так же знак минус произносится при озвучивании показаний. При команде ДАТА контролька озвучит показания на дисплее.

Обратите внимание, на то, что контролька имеет режим правша-левша и световую индикацию, которая горит жёлтым светом, когда напряжение ниже 12 вольт, красным - если выше, зелёным - если показывает сопротивление, ну и синим если прибор обнаружил частоту.

Режим частотомера: для активации его голосовой командой нужно сказать ГЕРЦ, или сделать свайп по экрану, или выбрать в меню на телефоне. Этот режим я вывел на отдельный виртуальный дисплей, так как в режиме измерения сопротивления, контролька создаёт кратковременные импульсы для проведения измерении, из-за чего перед нами возникает дилемма, или добавить паузу, что бы импульсы самой контрольки не создавали помех в работе частотомера, но при этом режим "тестера" станет очень медленным, или вынести режим частотомера на отдельный виртуальный дисплей, что я и сделал. При команде ГЕРЦ контролька озвучит показания на дисплее.

Режим "осциллограф": для активации нужно сделать свайп по экрану, или выбрать в меню на телефоне. В этом режиме мы видим частоту сигнала, минимальное и максимальное значение напряжения сигнала и форму самого сигнала в высоком разрешении, благодаря AMOLED дисплею c отличной цветопередачей и разрешению 536 на 240 точек. На экране телефона также отображается осциллограмма.

Режим вольтметра: для активации его голосовой командой нужно сказать ВОЛЬТ, или сделать свайп по экрану, или выбрать в меню на телефоне. Этот режим предназначен только для измерения напряжения, при измерении напряжения прямой полярности контролька показывает данные без знака минус, при обратной полярности - со знаком минус. При команде ВОЛЬТ контролька озвучит показания на дисплее.

Режим омметра: для активации его голосовой командой нужно сказать ОМ, или сделать свайп по экрану, или выбрать в меню на телефоне. Этот режим предназначен только для измерения сопротивления. При команде ОМ контролька озвучит показания на дисплее.

Режим подачи импульсов: для выбора необходимо сделать свайп по экрану или выбрать в меню на телефоне. В этом режиме Вы можете управлять скважностью ШИМ сигнала (плюс это игле, минус на проводе). Для удобства управления на экране представлен ползунок, скважность в процентах и в виде чисел от 0 до 255, где 255 это 5 вольт, а 0 - 0 вольт.

Данный режим предназначен для проверки низковольтной части автомобиля и способен кратковременно выдержать до 5 ампер.

Настройки: если Вам надоел писк зуммера или Вам неслышно его, из-за стороннего шума в помещении, у контрольки имеется физический переключатель на вибромоторчик, позволяющий Вам в прямом смысле чувствовать сигнал. Одинарные вибрации - напряжение, беспрерывные вибрации - сопротивление, двойные вибрации - частота.

При свайпе по экрану снизу-вверх, открывается виртуальный дисплей настроек контрольки, позволяющий, с помощью верхнего ползунка управлять громкостью зуммера/силой вибрации виброматора, а нижнего - яркостью дисплея. При нажатии на кнопку, у нас или отображается надпись, что Wi-Fi выключен или IP адрес для подключения к контрольки из любого браузера.

При свайпе по экрану сверху-вниз, открывается меню настроек управления фонариком.

Первое положение нижнего ползунка (справа-налево) просто включает фонарик, его яркостью можно управлять с помощью среднего ползунка.

Второе положение нижнего ползунка (справа-налево) включает поисковый фонарик, его цвет Вы можете задать с помощью верхнего ползунка, управляющего цветовой палитрой.

Последнее положение нижнего ползунка (справа-налево) включает УФ-фонарик, для поиска подтёков жидкостей или следов коррозии контактов в автомобиле.

Безопасность контрольки: В режиме измерения сопротивления, контролька выдаёт кратковременный импульс с силой тока всего в 290 мкА, что в разы ниже даже её дорогостоящих конкурентов.

Если Вы положили куда-то контрольку и не можете её найти, просто скажите "ТЫ ГДЕ?" и контролька перейдёт в режим само-обнаружения: включится фонарик, зуммер/вибромоторчик (в зависимости, что Вы выбрали заранее в настройках) и во весь экран появится кнопка с надписью "I'M HERE". Контролька будет в этом состоянии пока Вы не найдёте её и не нажмёте на кнопку на экране.

Идея

Идея контрольки с голосовым управлением и мобильным приложением возникла ещё когда я ковырялся в вентиляторе печки автомобиля, что бы Вы понимали, для выкручивания самого вентилятора и проверке его проводов необходимо положить головой на коврик для ног, спиной лечь на сиденье, а ноги забросить на подголовник (это если не охота откручивать сиденья), и в такой позе проводить операции с проводами и трещоткой. В этот момент я подумал, как здорово бы если сейчас я был не один и кто ни будь мне проговаривал показания с мультиметра, пока я проверял провода на обрыв. Эта мысль мне всё не давала покоя и я стал искать модули для голосового управления, что бы по голосовой команде контролька зачитывала мне свои показания измерений.

Реализация

Вначале выбор пал на модуль ASR PRO.

Однако для компиляции прошивки требуется программа 天问Block, а она в свою очередь требует пройти аутентификацию с помощью китайского номера телефона, при чём требует физический номер, виртуальные по маске даже не ввести, ну а программу где эта аутентификация была бы отключена я не нашёл.

Поэтому я стал искать дальше и нашёл этот чудесный модуль Voice Recognition module v3.1 со своими заявленными 99% распознавания голосовых команд на любом языке и отличной документацией.

Что примечательно, Voice Recognition module v3.1 отлично распознаёт голосовые команды, видимо на борту имеет хорошие алгоритмы сравнения отпечатков звуков, так как он с лёгкостью понимает команды произнесённые женой (она в обучении модуля голосовым командам не участвовала), несмотря на её более высокий тембр голоса, чем у меня.

Когда модуль голосового управления был выбран, я решил посмотреть как хорошо он совместим с ESP32-S3, так как в качестве основного модуля я остановился на T-Display-S3-AMOLED Touch. Давно хотел поработать с этим модулем, да и он как ни кто лучше подходит для данного проекта: высокая цветопередача, низкое энергопотребление, ёмкостный, сенсорный экран, разрешение 536 на 240 точек, чем не идеальный кандидат?

Однако оказалось не всё так гладко, библиотека модуля Voice Recognition module v3.1 была написана исключительно под arduino и не хотела работать с ESP32-S3, из-за чего мне пришлось переписать её и всё заработало идеально. Супер!

Так же в процессе разработки меня стала раздражать пищалка, особенно по ночам, когда жена уже легла спать, а у меня ещё сна ни в одном глазу, поэтому я заменил её на вибромоторчик и это оказалась замечательной идей.

В конечном итоге схема измерительного прибора получилась такой:

Для озвучки показаний с датчиков я попросил супругу озвучить более 100 фалов.

Затем, обучил модуль Voice Recognition module v3.1 голосовым командам, это довольно легко, однако порядок действий, необходимый для его обучения, соизмерим по объёму с текстом, ранее Вами прочитанным, поэтому рекомендую Вам просто следовать пошаговой инструкции из видео (ссылка с тайм кодом, что бы воспроизведение началось с момента обучения модуля). Вам так будет более понятно, так как в обучении есть свои нюансы и их лучше один раз увидеть, чем сто раз прочитать.

Вот и всё, самое сложное уже позади, осталось дело за малым, собрать контрольку по схеме и прошить её!

Так же подготовил для Вас печатную плату в формате PDF и lay6

[Библиотеки и скетч]
(Для скачивание не требуется регистрация или оплата, просто жмите на зелёную кнопку "CODE", затем "Download ZIP")
https://github.com/chevichelov/CONTROL_AMOLED

[Детали]
(Все ссылки прямые, не реферальные)
T-Display-S3 AMOLED Touch https://aliexpress.ru/item/1005005416973021.html
ELECHOUSE Voice Recognition Module V3.1 https://aliexpress.ru/item/695071095.html
DDTCCRUB https://aliexpress.ru/item/1005004830575839.html
4A DC-DC https://aliexpress.ru/item/1005004830183252.html
DFPlayer MP3 mini https://aliexpress.ru/item/1005006141124164.html
Active Buzzer https://aliexpress.ru/item/1005006243050740.html
Vibrator motor https://aliexpress.ru/item/1005005518779084.html
IRF9530 https://aliexpress.ru/item/1005008068058326.html
2N2222 https://aliexpress.ru/item/1005008067809242.html
WS2812B https://aliexpress.ru/item/4000196479517.html
Набор SMD резисторов https://aliexpress.ru/item/1005006425255292.html

Спасибо, что дочитали статью до конца, внизу полная видео инструкция, если у Вас ещё остались вопросы: