Разработала свой первый виртуальные прибор, она создала новый рынок и помогла многим разработчикам оценить возможности использования персонального компьютера в качестве платформы для испытаний и измерений. Доступность ПК для каждого разработчика стала в то время движущей силой рынка, позволившей превращать ПК или ноутбук в основу контрольно-измерительной платформы с недорогими аппаратными и программными средствами сбора данных. Теперь, помимо преуспевшей в этой области National Instruments, на рынке появилось множество других мелких компаний, предлагающих USB устройства сбора данных, которые называются USB/ПК осциллографы.
Но сегодня у большинства разработчиков электроники есть смартфоны, и для них было бы в порядке вещей использовать свой смартфон если не в качестве контрольно-измерительной платформы, то хотя бы для отображения полученных данных. Это открывает новое направление в развитии виртуальных приборов.
Аппаратура для сбора данных в сочетании с вычислительной платформой может быть сделана очень компактной, с размерами меньше кредитной карты.
Эта концепция породила два интересных виртуальных прибора, доступных сегодня на рынке. Речь идет о SmartScope компании LabNation и Red Pitaya. Оба проекта являются открытыми (open source), и разработаны на основе ПЛИС компании Xilinx. Отображаемую на мобильном телефоне частоту сигнала и амплитуду можно изменять с помощью обычного сенсорного интерфейса, благодаря чему отпадает необходимость во вращающихся ручках.
SmartScope компании LabNation
SmartScope стоит около 200 долларов США. В зависимости от имеющейся в комплекте дополнительной внешней периферии, цена может незначительно варьироваться как в меньшую, так и в большую сторону.
SmartScope может получать питание через подключенный к смартфону кабель USB или через внешний источник питания USB. SmartScope может выполнять функции не только осциллографа, но также логического анализатора и генератора сигналов.
SmartScope поддерживает различные операционные системы, включая Linux, iOS, Android и Windows. Однако при подключении к любой из них могут возникнуть затруднения. SmartScope может быть распознан в случае, если вы установите джейлбрейк-патч на свое устройство iOS (iPhone и iPad). А в случае с Android вы должны проверить, поддерживает ли ваш телефон USB OTG. Но с большинством последних телефонов на базе Android таких проблем быть не должно. И все же, мы настоятельно рекомендуем вам уточнить детали на веб-сайте .
Red Pitaya
Red Pitaya стоит дороже, но зато не заставит вас испытывать неудобства, с которыми можно столкнуться, начиная работу с SmartScope. Хотя по большинству параметров прибор Red Pitaya схож со SmartScope, к нему предлагаются приложения для смартфонов, которые могут быть скачаны из облака для конкретного применения. Вы также можете разрабатывать и свои собственные приложения. Red Pitaya основана на ПЛИС Xilinx Zynq, а в SmartScope используется Spartan компании Xilinx. Использование современных ПЛИС делает реконфигурацию обоих устройств максимально простой. Программисты ПЛИС могут применить свои навыки для улучшения характеристик этих приборов.
Red Pitaya работает как веб-сервер, доступ к которому можно получить с любого подключенного к Интернету компьютера или смартфона, введя IP-адрес в веб-браузере. Red Pitaya можно подключить к сети либо с помощью сетевого кабеля, либо через Wi-Fi. Для питания устройства, а также для соединения его с другой консолью, предусмотрен порт microUSB. Система поставляется с предустановленной ОС Linux, блоком питания, разъемами BNC и щупами. Благодаря наличию собственной конфигурации DHCP, настройка Red Pitaya не составляет труда. Имеется также возможность ручной настройки. На поставляемой с прибором карте SD имеется все необходимое программное обеспечение, однако не вызовет никаких затруднений и загрузка с собственной карты.
Список доступных в настоящее время приложений включает в себя осциллограф, генератор сигналов, анализатор спектра, LCR-метр и многое другое. Загружать их также просто, как и любые приложения для смартфонов; для этого нужно посетить сайт .
Также имеется возможность импортировать данные из MATLAB, или, наоборот, экспортировать их в MATLAB.
Радиолюбителям или студентам, которые хотят создать лабораторию на собственном столе и не нуждаются в полосе пропускания выше 50 МГц, дорогостоящие осциллографы лучше не приобретать.
Red Pitaya на $200 дороже, чем Smartscope, что составляет примерно 370-470 долларов США.
В статье описана приставка к сотовому телефону фирмы Siemens, позволяющая увидеть на его экране осциллограмму поданного на вход приставки сигнала с соблюдением масштаба по осям времени и напряжения. Подобным образом можно использовать и другие сотовые телефоны, имеющие последовательный порт и поддержку Java версии MIDP 2.0.Сотовый телефон стал привычным предметом повседневной жизни, и многие не подозревают, что это - довольно мощный компьютер (тактовая частота процессоров некоторых телефонов превышает 100 МГц) с цветным экраном, клавиатурой и неплохими звуковыми возможностями. Многие телефоны снабжены последовательным портом, к которому имеется программный доступ от Java-приложений (мидлетов) при наличии поддержки Java (платформа J2ME) и MIDP 2.O. Через этот порт можно взаимодействовать с различными внешними устройствами, значительно расширяя стандартный набор функций сотового телефона. Среди изделий фирмы Siemens спецификацию MIDP 2.0 поддерживают сотовые телефоны серий 65, 75 (например, М65, S75).
Предлагаемая приставка превращает сотовый телефон в своеобразный осциллограф с входным сопротивлением 1 МОм, скоростью развертки 0,001... 1 с/дел и чувствительностью 0,5...50 В/дел. Среднее значение входного сигнала (его постоянная составляющая) выводится на экран в цифровой форме
Приставкой, схема которой изображена на рисунке, управляет МК PIC16F688 (DD2), имеющий в своем составе блоки АЦП и контроллера последовательного порта. К сожалению, встроенный АЦП работает довольно медленно, но для низкочастотного осциллографа его скорость (максимальная частота дискретизации - десятки килогерц) вполне достаточна.
В отличие от уровней сигналов, принятых в стандарте RS232, для последовательного порта сотового телефона характерны обычные для логических микросхем уровни: лог. 0 - около 0 В, лог. 1 - не менее 3,6 В. Это упрощает сопряжение телефона с МК, позволяя соединять их непосредственно. Скорость обмена информацией выбрана равной 9600 Бод. При большем ее значении некоторые модели и экземпляры телефонов работают неустойчиво. Светодиод HL1 светится в момент передачи пакета от микроконтроллера в телефон.
Приставка получает питание от телефона. Поскольку выводы 5-7 разъема XS1, соединяемого с системным разъемом телефона, соединены с общим проводом, контроллер телефона считает, что к нему подключен дата-кабель DCA-500 и подает на вывод 1 этого разъема напряжение 3,6 В от своей аккумуляторной батареи. Отрицательное напряжение для питания ОУ приставки получено с помощью преобразователя полярности DA3. На параллельном стабилизаторе напряжения DA1 и ОУ DA2.2, включенном по схеме повторителя, выполнен источник образцового напряжения 2,5 В.
На мультиплексоре DD1 и ОУ DA2.1 собран электронный аттенюатор, позволяющий изменять чувствительность прибора в зависимости от кода, который МК устанавливает на адресных входах мультиплексора (выводы 9 и 10 DD1). Мультиплексор переключает резисторы R1- R3 в цепи обратной связи ОУ, сопротивление которых должно с высокой точностью соответствовать указанному на схеме. При коде 00 на адресных входах мультиплексора сигнал, поданный на разъем XW1, передается на выход ОУ DA2.1 без изменения. При других значениях кода входной сигнал ослабляется в 10, 100 или 1000 раз. Последнее значение не используется из-за недостаточной электрической прочности резистора R4 и конденсатора С1. Диоды VD1-VD4 ограничивают напряжение на выводе 13 мультиплексора на уровне 1,2 В (по абсолютному значению). Каскад на ОУ DA2.3 смещает уровень поступающих на вход AN1 МК сигналов так, чтобы нулевому напряжению на разъеме XW1 соответствовала середина шкалы АЦП.
Схема исправлена:
Работа с последовательным портом в J2ME организована через интерфейс CommConnection, а сам порт имеет имя СОМ0. Прежде чем передавать и принимать информацию, необходимо с помощью метода Connection.open установить соединение. Во избежание блокировки приложения во время обмена информацией все операции чтения из порта и записи в него вынесены в отдельный поток Подробнее о работе с после довательным портом сотового телефона можно прочитать в интернет-публикации "Using Serial on Motorola J2ME handsets" - .
МК приставки, получив управляющий байт, устанавливает заданный режим работы электронного аттенюатора, а затем с заданной частотой запускает АЦП и записывает результаты его работы во внутренний буфер По заполнении буфера МК останавливает АЦП и передает в сотовый телефон байт синхронизации, а за ним - содержимое буфера. Получив эту информацию, телефон отображает ее в виде кривой на экране, подсчитывает и выводит на экран среднее значение напряжения.
Если осциллограф работает в режиме автоматического выбора масштаба по напряжению (на экран выведена буква А), то при среднем значении напряжения, близким к нулевому или к максимально допустимому, телефон сформирует управляющий байт с измененным в соответствующую сторону кодом положения аттенюатора. Но повлияет это уже на следующий цикл измерения.
Осциллографом управляют с помощью джойстика сотового телефона: его перемещение по вертикали и горизонтали изменяет масштаб осциллограммы по соответствующей оси. Включение автоматического выбора масштаба и выход из приложения - через меню.
Программу для сотового телефона устанавливают в него как обычное Java-приложение. Достаточно скопировать файлы osc.jar (скомпилированная программа) и osc.jad (ее описание) в созданный в памяти телефона каталог java/osc. Это делают с помощью прилагаемого к телефону специального программного обеспечения. После запуска приложения телефон задаст вопросы о разрешении доступа к порту сотО и к аксессуару. Необходимо утвердительно ответить на оба.
Приставка собрана навесным монтажом на макетной плате, печатная не разрабатывалась. РазъемXS1 -специальный для подключения к сотовому телефону. Такими разъемами снабжены гарнитуры и зарядные устройства. Входной разъем XW1 - СР-50-73Ф или импортный серии BNC.
Вместо микросхемы TL431 можно использовать КР142ЕН19, а вместо К561КП2 - CD4052. ОУ AD8054 заменит любой другой счетверенный с малым потребляемым током, например МС3403.
Перед началом работы с осциллографом необходимо при закороченном входе приставки подстроечным резистором R11 добиться нулевого среднего значения напряжения, выведенного на экран телефона.
Прошивку к МК и приложение к телефону - скачать
Фото от пользователя andrej_m :
По поводу печатки: делал быстро и под те детали,которые были у меня. диоды 1N4148; R1,R2,R3-по два в параллель; DA2- LM324.
ПЕЧАТКА БЕЗ ИСПРАВЛЕНИЙ (на схеме выше красным выделены исправления, необходимо в печатке сделать)
Технологии не стоят на месте, и угнаться за ними не всегда просто. Появляются новинки, в которых хотелось бы разобраться более детально. Особенно это касается разнообразных позволяющих собирать практически любое простое устройство пошагово. Сейчас в их числе и платы Ардуино со своими клонами, и китайские микропроцессорные компьютеры, и готовые решения, идущие уже с программным обеспечением на борту.
Однако для работы со всем вышеперечисленным спектром интересных новинок, равно как и для ремонта цифровой техники, требуется дорогостоящий высокоточный инструмент. Среди такого оборудования - и осциллограф, позволяющий считывать частотные показания и проводить диагностику. Зачастую его стоимость довольно высока, и начинающие экспериментаторы не могут позволить себе такую дорогостоящую покупку. Тут на помощь приходит решение, которое появилось на многих радиолюбительских форумах почти сразу после появления планшетов на системе Андроид. Его суть заключается в том, чтобы с минимальными затратами изготовить осциллограф из планшета, не внося при этом в свой гаджет никаких доработок либо модификаций, а также исключая риски его повреждения.
Осциллограф - как прибор для измерения и отслеживания частотных колебаний в электрической сети - известен с середины прошлого века. Данными приборами комплектуются все учебные и профессиональные лаборатории, поскольку обнаружить некоторые неисправности или произвести точную настройку оборудования можно только лишь с его помощью. Он может выводить информацию как на экран, так и на бумажную ленту. Показания позволяют увидеть форму сигнала, рассчитать его частоту и интенсивность, а в результате определить источник его появления. Современные осциллографы позволяют рисовать трехмерные цветные частотные графики. Мы же сегодня остановимся на простом варианте стандартного двухканального осциллографа и реализуем его с помощью приставки к смартфону или планшету и соответствующего программного обеспечения.
Если замеряемая частота находится в диапазоне слышимых человеческим ухом частот, а уровень сигнала не превышает стандартный микрофонный, то собрать осциллограф из планшета на "Андроид" своими руками можно без каких бы то ни было дополнительных модулей. Для этого достаточно разобрать любую гарнитуру, на которой должен обязательно присутствовать микрофон. Если подходящей гарнитуры нет, то потребуется купить звуковой штекер 3,5 мм обязательно с четырьмя контактами. Перед припаиванием щупов уточните распиновку разъема вашего гаджета, ведь их бывает два вида. Щупы необходимо подключить к пинам, соответствующим подключению микрофона на вашем устройстве.
Далее следует загрузить из "Маркета" программное обеспечение, способное замерять частоту на микрофонном входе и рисовать график на основе полученного сигнала. Таких вариантов довольно много. Поэтому при желании будет из чего выбрать. Как и говорилось ранее, не потребовалась переделка планшета. Осциллограф будет готов сразу же после калибровки приложения.
К плюсам такого решения однозначно можно отнести простоту и дешевизну сборки. Старая гарнитура или один новый разъем практически ничего не стоят, а времени потребуется всего несколько минут.
Но у этой схемы есть ряд существенных недостатков, а именно:
Для того чтобы частично защитить свое устройство от возможного выхода из строя, а также стабилизировать сигнал и расширить диапазон входных напряжений, может использоваться схема простого осциллографа для планшета, которая уже долгое время успешно применяется для сборки приборов для компьютера. В ней применяются дешевые компоненты, среди которых стабилитроны КС119А и два резистора на 10 и 100 кОм. Стабилитроны и первый резистор подключаются параллельно, а второй, более мощный, резистор используется на входе схемы, чтобы расширить максимально возможный диапазон напряжений. В результате пропадает большое количество помех, а напряжение повышается до 12 В.
Само собой, следует учитывать, что осциллограф из планшета работает в первую очередь со звуковыми импульсами. Поэтому стоит позаботиться о качественном экранировании как самой схемы, так и щупов. При желании подробную инструкцию по сборке данной схемы можно найти на одном из тематических форумов.
Для работы с подобной схемой требуется программа, способная рисовать графики на основании входящего звукового сигнала. Найти ее в "Маркете" несложно, вариантов много. Почти все они предполагают дополнительную калибровку, поэтому можно добиться максимально возможной точности, и сделать профессиональный осциллограф из планшета. В остальном данные программы выполняют по сути одну и ту же задачу, поэтому окончательный выбор зависит от требуемого функционала и удобства использования.
Если же требуется более широкий диапазон частот, то приведенным выше вариантом ограничиться не получится. Тут на помощь приходит новый вариант - отдельный гаджет, представляющий собой приставку с аналогово-цифровым преобразователем, обеспечивающий передачу сигнала в цифровом виде. Аудиотракт смартфона или планшета в данном случае уже не задействуется, а значит, можно достигнуть более высокой точности измерений. По сути, на этом этапе они представляют собой только портативный дисплей, а вся информация собирается уже отдельным устройством.
Собрать осциллограф из планшета на "Андроид" с беспроводным модулем можно самому. В сети есть пример, когда похожее устройство еще в 2010 году реализовывалось с помощью двухканального аналогово-цифрового преобразователя, созданного на базе микроконтроллера PIC33FJ16GS504, а в качестве передатчика сигнала служил Bluetooth-модуль LMX9838. Устройство получилось довольно функциональным, но сложным в сборке, поэтому для новичков его сделать будет непосильной задачей. Но, при желании, найти подобный проект на тех же радиолюбительских форумах не проблема.
Инженеры не дремлют, и, кроме кустарных поделок, в магазинах появляется все больше приставок, выполняющих функцию осциллографа и передающих сигнал через Bluetooth-канал на смартфон или планшет. Осциллограф-приставка к планшету, подключаемая посредством Bluetooth, зачастую имеет следующие основные характеристики:
Этих характеристик вполне достаточно для бытового применения, и все же в профессиональной деятельности иногда возникают случаи, когда и этого диапазона катастрофически не хватает, а реализовать больший с медлительным протоколом Bluetooth попросту нереально. Какой же выход может быть в этой ситуации?
Данный вариант передачи данных существенно расширяет возможности измерительного устройства. Сейчас рынок осциллографов с таким видом обмена информацией между приставкой и планшетом набирает обороты ввиду своей востребованности. Такие осциллографы практически не уступают профессиональным, поскольку без задержки передают измеряемую информацию на планшет, который тут же выводит ее в виде графика на экран.
Управление осуществляется через простые, интуитивно понятные меню, которые копируют настроечные элементы обычных лабораторных устройств. Кроме того, подобное оборудование позволяет записывать или транслировать в режиме реального времени все происходящее на экране, что может стать незаменимым подспорьем, если нужно попросить совета у более опытного мастера, находящегося в другом месте.
Характеристики осциллографа для в виде приставки с Wi-Fi подключением вырастают в несколько раз, по сравнению с предыдущими вариантами. Подобные осциллографы имеют диапазон измерения до 50 МГц, при этом их можно модифицировать посредством разнообразных переходников. Зачастую в них установлены аккумуляторы для автономного питания, с целью максимально разгрузить рабочее место от ненужных проводов.
Само собой, на форумах наблюдается всплеск разнообразных идей, с помощью которых энтузиасты пытаются осуществить свою давнюю мечту - самостоятельно собрать осциллограф из планшета на "Андроид" с Wi-Fi-каналом. Одни модели получаются удачными, другие нет. Тут уже остается вам решать, попытать ли тоже счастья и сэкономить несколько долларов, собрав прибор самостоятельно, или же приобрести готовый вариант. Если не уверены в своих силах, то лучше не рисковать, чтобы потом не сожалеть о потраченных впустую средствах.
В противном случае - добро пожаловать в одно из сообществ радиолюбителей, в котором вам смогут дать дельный совет. Возможно, впоследствии именно по вашей схеме новички будут собирать свой первый в жизни осциллограф.
Зачастую вместе с покупными осциллографами-приставками поставляется диск с программой, которую можно установить на свой планшет или смартфон. Если такого диска в комплекте нет, то внимательно изучите инструкцию к устройству - скорее всего, в ней есть названия программ, совместимых с приставкой и находящихся в магазине приложений.
Также некоторые из подобных приборов могут работать не только с устройствами под управлением операционной системы "Андроид", но также и с более дорогими «яблочными» девайсам. В таком случае программа будет однозначно находиться в AppStore, поскольку другой вариант установки не предусмотрен. Сделав осциллограф из планшета, не забудьте проверить точность показаний и, при необходимости, откалибровать прибор.
Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но имеется ноутбук или компьютер, не стоит расстраиваться. Из них также можно сделать прекрасный Самым простым вариантом будет подключение щупов к микрофонному входу компьютера по такому же принципу, как описывалось в начале статьи.
Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет далеко не всем. В таком случае может использоваться USB-осциллограф, который обеспечит такие же характеристики, как и приставка с передачей сигнала по Wi-Fi. Стоит отметить, что такие приборы иногда работают с некоторыми планшетами, которые поддерживают технологию подключения внешних устройств OTG. Само собой, ЮСБ-осциллограф также пытаются сделать самостоятельно, причем довольно успешно. По крайней мере, именно этой поделке посвящено большое количество тем на форумах.
Это приложение тестировалось только с Samsung Galaxy GT-i5700 Spica (Android 2.1)
Как АЦП для двух входов в схеме используется PIC33FJ16GS504 Microchip (). Обработанные данные передаются в телефон через Bluetooth модуль LMX9838 (даташит).
Характеристики осциллографа:
- Время на деление: 5мкс, 10мкс, 20мкс, 50мкс, 100мкс, 200мкс, 500мкс, 1мс, 2мс, 5мс, 10мс, 20мс, 50мс.
- Вольт на деление: 10мВ, 20мВ, 50мВ, 100мВ, 200мВ, 500мВ, 1В, 2В, GND
- Аналоговый вход (зависит от предусилителя): от -8V до +8 V
Исходные коды для Bluetooth были взяты из http://developer.android.com. Этот пример состоит из трех файлов исходного кода Java. И я полностью скопировал "DeviceListActivity.java", который используется для поиска удаленных устройств Bluetooth. Я изменил "BluetoothChatService.java", удалив оттуда всё лишнее.
Остальная часть работы в основном заключалась в переносе моих предыдущих наработок для S60 на язык Java. Это было сложно, но тем не менее, это был хороший пример для изучения JAVA программирования.
Исходные коды и прошивки для Android и PIC можно скачать .
Вот схема. В ней нет ничего особенного, всё основано на существующих схемах.
Возможно, я выбрал не самый хороший микроконтроллер для этой цели, т.к. остались незадействованные выводы. Но я смог купить только такой и тут самый хороший АЦП.
Если вы хотите изменить диапазон входного напряжения с помощью изменения предусилителя на операционном усилителе, вычисления находится в файле "adc.xmcd". Также, кроме LMX, вы можете использовать другие модули Bluetooth.
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| МК PIC 16-бит | dsPIC33FJ16GS504 | 1 | В блокнот | |||
| Bluetooth модуль | LMX9838 | 1 | В блокнот | |||
| U1 | Операционный усилитель | TLV2372 | 1 | В блокнот | ||
| U2 | Линейный регулятор | LM1117-N | 1 | В блокнот | ||
| D1 | Выпрямительный диод | BAS16 | 1 | В блокнот | ||
| D2 | Светодиод | 1 | В блокнот | |||
| C1, C6, C8-C10 | 10 мкФ | 5 | В блокнот | |||
| C2 | Электролитический конденсатор | 47 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C3-C5, C7 | Конденсатор | 1 мкФ | 4 | В блокнот | ||
| R1, R5 | Резистор | 47 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R2, R6 | Резистор | 10 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R3, R4, R7, R8 | Резистор | 2.2 кОм | 4 | В блокнот | ||
| R9-R12 | Резистор | 1 кОм | 4 | В блокнот | ||
| # | Резистор |
Осциллографы за последние 20 лет изменились не меньше, чем телевизоры. От больших, тяжёлых ящиков - до компактных, карманных девайсов с цветными LCD дисплеями. Правда стоимость как была - так и осталась труднодоступной для начинающего радиолюбителя. Но ситуация скоро изменится, ведь теперь основную часть функций возьмёт на себя обычный смартфон. IkaScope - это новый беспроводной осциллограффический зонд, который способен передавать измерения непосредственно на ваш мобильный телефон или ноутбук. IkaScope коннектится через высокоскоростное соединение WiFi и работает с iOS, Android и устройствами на базе Windows, в том числе OSX.
Беспроводной щуп для осциллографа IkaScope выглядит как небольшой маркер. Он использует WiFi соединение для передачи сигналов, которые будут отображаться на любом подключенном экране (ноутбук, смартфон, планшетный или настольный компьютер). Он оснащен аккумулятором, который можно заряжать через любой порт USB. IkaScope обеспечивает 4 кВ гальванической изоляции от сети питания.
Таким образом можно утверждать наступление новой эры измерительных приборов - представляющих из себя небольшие беспроводные датчики с автономным питанием, внутри которых производится вся обработка измеряемого сигнала, с дальнейшей передачей данных на любой смартфон или планшет. Причём контроль напряжения, ёмкости, тока и других простых параметров скоро также перейдёт от цифровых мультиметров к выносным измерительным пробникам, работающим в комплекте с телефонами.
