Многоканальный профессиональный регистратор данных на Raspberry Pi - Часть 1

См. Часть 2 для оборудования и Часть 3 для реализации программного обеспечения.

В этой серии статей я объясню, как создать многоканальный регистратор данных, способный собирать измерения напряжения, тока и температуры в течение заданных интервалов времени.

Наша альтернативная цель - доказать, что Raspberry Pi - это не просто хороший инструмент, способствующий обучению базовым компьютерным навыкам в школе, но и серьезный инструмент, способный решать профессиональные задачи.
Определение «регистратора данных» из Википедии:«A регистратор данных - это электронное устройство, которое записывает данные с течением времени или в зависимости от местоположения либо с помощью встроенного инструмента или датчика, либо с помощью внешних инструментов и датчиков ».

Требования

Давайте сначала проясним наши требования. Как полевой инженер / инженер по обслуживанию, я хочу иметь:

• 8 входных портов, которые могут измерять температуру в диапазоне от 0 до 260 C (около 32… 500 F);
• 8 входных портов для измерения напряжения (30 мВ… 30 В, +/- 2 мВ) или тока (10 мА… 500 А);
• интервал измерения времени (1… 60 сек);
• простой способ настроить регистратор данных и сохранить параметры конфигурации между перезапусками;
• интуитивно понятный способ извлечения собранных данных или представления их в формате диаграммы;

Приятно иметь:

• легкое и портативное решение:регистратор должен работать от батареек;
• прост в обращении и эксплуатации как в полевых условиях, так и в лабораторных условиях;
• Настольный или портативный компьютер не требуется для работы и сбора данных;

Приведенные выше требования позволят вам получить инструмент для тестирования или настройки электрических цепей Segway, автомобиля или лодки, инкубатора для кур, солнечной батареи или теплицы.

Архитектура и дизайн

Сам Raspberry Pi - одноплатный компьютер, мы будем запускать на нем дистрибутив Raspbian Linux. Нам нужно построить дополнительную нестандартную плату, которая будет иметь аналого-цифровой преобразователь (АЦП), разъемы для шунтов и чувствительные резисторы. , датчики температуры, стабилизатор питания и оповещатель об отключении электроэнергии (мы работаем на аккумуляторах, когда находимся в полях).

С точки зрения возможности подключения - наш регистратор данных будет доступен через Wi-Fi. Мы вставим ключ Wi-Fi в один из USB-портов Raspberry Pi. Wi-Fi будет настроен в режиме HOST, поэтому в основном в полевых условиях вы можете видеть регистратор данных на своем телефоне или планшете как «беспроводную сеть». Вы можете подключиться к нему и получить доступ к Регистратору данных по IP. Если вы работаете с Data Logger в лаборатории, вы можете подключить кабель Ethernet к Raspberry Pi, и Data Logger может служить бесплатным беспроводным маршрутизатором или расширителем WiFi.
См. Схему оборудования и сети ниже.

Программное обеспечение будет основано на предположении, что мы создаем подключенный к сети Регистратор данных. У нас будет веб-интерфейс пользователя, поэтому все настройки ведения журнала можно будет выполнять из вашего любимого веб-браузера. Собранные данные будут выводиться на экран в режиме реального времени в виде набора графиков. В качестве альтернативы пользователь сможет загрузить весь собранный набор данных в виде файла CSV и проанализировать его (например, в MS Excel).

Выше представлена ​​схема разработки программного обеспечения. АЦП, подключенный к портам GPIO Raspberry Pi, нам нужен способ программирования АЦП и чтения его значений. Также нам нужна служба, которая будет извлекать данные ADC из указанных портов в течение заданных периодов времени, хранить и извлекать настройки конфигурации. Мы будем использовать службу REST, чтобы предоставить пользователю легкий доступ к данным и конфигурации. Веб-интерфейс пользователя состоит из двух экранов:«Конфигурация» (установка интервала, выбор портов, условия запуска) и «Состояние» (отображение полученных данных и рисование графиков, экспорт данных).

Подробнее:Многоканальный профессиональный регистратор данных на Raspberry Pi - Часть 1