Построение многоканального логгера данных на Raspberry Pi — Часть 1: Требования и архитектура

Для полной сборки см. Часть 2 (железо) и Часть 3 (софт). В этой статье мы обводим ключевые концепции многоканального логгера данных, записывающего напряжение, ток и температуру на конфигурируемых интервалах.

Цель — продемонстрировать, что Raspberry Pi может перейти от обучающей игрушки к надежному полевому инструменту, способному решать профессиональные измерительные задачи. По Википедии, логгер данных — «электронное устройство, записывающее данные во времени или в отношении к локации либо со встроенным инструментом/сенсором, либо через внешние инструменты и сенсоры».

Системные требования

Как полевой или сервисный инженер, вам понадобится устройство со следующими возможностями:

• Восемь температурных входов, покрывающих 0–260 °C (32–500 °F)
• Восемь универсальных входов для измерения либо напряжения (30 мВ – 30 В, ±2 мВ точность) либо тока (10 мА – 500 А)
• Конфигурируемый интервал сэмплирования от 1 с до 60 с
• Персистентное хранение конфигурации через рестарты
• Интуитивный доступ к данным и графическое представление

Желаемые фичи:

• Батарейное питание, легкое, портативное
• Работа в полевых и лабораторных условиях
• Независимость от внешнего десктопа/ноутбука для сбора данных

Эти спецификации открывают широкий спектр приложений — от настройки цепей электромобилей и мониторинга инкубаторов до оценки солнечных батарей и условий в теплицах.

Архитектура и обзор дизайна

Базовая платформа — Raspberry Pi на Raspbian Linux. Мы расширим её кастомной несущей платой, хостящей АЦП, шунтовые коннекторы, датчики температуры, стабилизатор питания и нотификатор о потере питания для поддержки батарейной работы.

Связность — Wi-Fi based. USB Wi-Fi донгл будет сконфигурирован в AP (host) режиме, делая логгер точкой доступа для любого телефона или планшета. В лабе Ethernet кабель может превратить Pi в бесплатный Wi-Fi роутер или экстендер.

Софтовая архитектура центрируется на веб-UI. Пользователи могут конфигурировать интервалы логирования, выбирать каналы, задавать триггерные условия через браузер. Реально-временные данные появляются как динамические графики, полные датасеты экспортируются в CSV для внешнего анализа (напр., Excel).

Ключевые компоненты включают:

• АЦП, интерфейсированный через GPIO для высокоточных чтений
• Фоновый сервис, опрашивающий АЦП на пользовательских интервалах, хранящий сырые данные и управляющий персистентностью конфигурации
• RESTful API, экспонирующий эндпоинты конфигурации и данных для веб-UI
• Два основных экрана UI: Конфигурация (установка параметров) и Статус (просмотр данных, графиков, экспорт)

Для глубоких инсайтов обратитесь к Части 1 серии «Multichannel Professional Data Logger on Raspberry Pi».