Как сделать осциллограф из планшета своими руками

Обновлено: 03.07.2024

Я учусь на инженера-электронщика и в своих экспериментальных целях хотел сконструировать синусоидальный генератор.

На самом деле я хочу позже создать самодельный генератор волн, собрав вместе все мои маленькие осцилляторы и переключаясь между ними в случае необходимости. Я начал с мостового генератора Вина в качестве генератора синусоидальных колебаний.

У меня действительно минимальный практический опыт и нулевой опыт проектирования схем. После некоторых симуляций и тестов я собрал схему, но я не знаю, работает она на самом деле или нет, потому что у меня нет осциллографа. Вот почему мне нужен ответ, не связанный с ним.

Я попытался снизить частоту до 1,5 Гц и прикрепил светодиод к выходу моей схемы, чтобы увидеть, есть ли мерцание. Светодиод горит постоянно. С другой стороны, симуляция работает. Не чистая синусоида, даже не близко, но, по крайней мере, она колеблется в симуляторе.

Я собрал делитель напряжения, чтобы получить три разных выхода, поскольку использую операционный усилитель UA741CP. Позже я просто прикрепил регулятор напряжения. Я использовал резисторы 100k для уменьшения частоты. Ниже я добавлю как схему моделирования, так и свою реальную схему.

\$\begingroup\$ Так какую частоту вы ожидаете? У вас есть мультиметр с частотомером? Я думаю, что в вашем вопросе есть ошибка. Я не думаю, что вы имеете в виду, что сделали не осциллограф, а осциллятор. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Возможно, попробуйте измерить выходное напряжение мультиметром на постоянном токе и убедитесь, что оно составляет примерно половину напряжения питания. Затем подключите достаточно большой конденсатор (10 мкФ) через диод (и, возможно, резистор, чтобы не перегружать выход) и убедитесь, что конденсатор заряжается до более высокого напряжения, чем вы измеряли ранее. Если это сработает, вы можете пофантазировать с фильтрами высоких/низких частот, чтобы оценить частоту \$\endgroup\$

\$\begingroup\$ @Tombeki 1. Есть ли у вас ПК или другой компьютер для общего пользования (можно использовать в качестве осциллографа) 2. Есть ли у вас мобильный телефон? (Также можно использовать как осциллограф). 3. Где вы находитесь (не обязательно знать, но может помочь) 4. Какой бюджет вы можете позволить себе на оборудование? ($0, $5, . ) || мы, вероятно, сможем достаточно хорошо помочь, если будем лучше знать вашу ситуацию. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ ВСЕ комментарии скопированы в чат здесь, а нетехнические материалы И материалы, связанные с покупкой, удалены с этой страницы. Пожалуйста, избегайте дискуссий о покупке прицела здесь - приемлемы средства имитации примерно за 0 долларов. || Обсуждения покупки прицелов дороже 10$ и мелкие споры лучше вести в чате. \$\конечная группа\$

\$\begingroup\$ Вероятно, я живу на другом конце света, поэтому остальные 12 часов я спал. Последний час я был на онлайн-уроке. Мне очень жаль, я действительно ценю все. Я немедленно обновлю вопрос, спасибо всем за ваше время и внимание. У меня нет большого бюджета, и я бы предпочел не покупать осциллограф. Изменить: сайт был открыт в фоновом режиме, поэтому я не был активен. \$\конечная группа\$

13 ответов 13

Некоторые варианты (не в каком-то определенном порядке):

Используйте аудиовыход, например наушники или динамики. Имейте в виду, что это оборудование обычно рассчитано на 1 Vpp, поэтому вам следует использовать клещи, если вы действительно не знаете, на что похож выход. Кроме того, специально для наушников и динамиков без усилителей вам может потребоваться использовать какой-то буфер (обычно операционный усилитель в конфигурации повторителя напряжения), чтобы избежать низкого выходного импеданса, который может испортить поведение ваших схем. Предупреждение: работает только в диапазоне вашего слуха + оборудования, и вы теряете контент DC. Узнать, работает ли осциллятор, может очень быстро, но большинство людей не могут различить частоту, просто услышав ее.

Можно использовать недорогой мультиметр. У некоторых (может быть, у большинства) посредников (и даже у некоторых дешевых) частотомер есть. Иногда они отклоняются на несколько Гц, но, тем не менее, большинство из них можно использовать. Вы можете найти некоторые, которые достигают 20 кГц, а некоторые - до 50 кГц и выше. Имейте в виду, что если ваш генератор работает на частоте около 60 Гц или на самом деле не колеблется, некоторые измерители «обманывают», что выходная частота составляет 60 Гц, или в основном просто улавливают выбросы вашей электрической сети. Предупреждение: если ваш выходной сигнал не является хорошо себя зарекомендовавшим, он может дать вам неправильные результаты, и вы не сможете это определить.

Можно использовать звуковую карту USB. USB-кабель позволит избежать повреждения звуковой карты вашего компьютера (встроенной или дорогой дискретной), и это дешево. Вы можете поискать на Ebay или в китайских магазинах очень дешевые.Существует множество программ для использования звукового входа в качестве осциллографа, но вы также можете использовать программное обеспечение для обработки звука, такое как Audacity, чтобы увидеть свои волны или вычислить БПФ. Если это достаточно дешево, и у вас есть смелость, вы можете удалить фильтр верхних частот карты и получить прицел, который достигает постоянного тока. Вы также можете захотеть зафиксировать и буферизовать вход, хотя, если карта позволяет переключаться на линейный вход (вместо микрофонного), импеданс будет выше, и буфер будет менее необходим. Если карта имеет стереовход, вы также можете получить два канала! Предостережение: большинство карт будут сэмплировать только на частоте до 48 кГц, чего вам может быть недостаточно. Карты высокого класса дадут вам больше, но некоторые из них будут стоить вам больше, чем осциллограф, и по-прежнему будут работать только до 192 кГц. Остерегайтесь того, что некоторые более дешевые карты имеют фиксированную частоту дискретизации и передискретизируют (очень плохо) на другие частоты. Попробуйте найти родную частоту дискретизации карты, которая обычно составляет 48 000 Гц для некоторых более дешевых карт.

Сочетайте первый и третий варианты: используйте динамик, а затем используйте микрофон компьютера для графического отображения сигнала. Преимущество: есть еще один уровень защиты звуковой карты. Предостережения: вы имеете недостатки обоих методов и обычно вносите искажения и шум.

Используйте Arduino, если он у вас есть. Самая большая проблема, хотя частота дискретизации у него очень низкая и приходится строить фильтр сглаживания, если он у вас есть под рукой и у вас низкие частоты, то этого может быть достаточно. Платы на базе Atmega328PB, такие как Uno, могут развивать скорость до 76,9 тыс. выборок в секунду (до 15 тыс. выборок в секунду при максимальном разрешении, согласно техническому описанию). Те, что основаны на Atmega32U4, такие как Leonardo, похоже, поддерживают только 15 kSPS (по крайней мере, в техническом описании не упоминается конфигурация 76,9 kSPS). Такие платы, как Due, могут поддерживать 1 MSPS (техническое описание). Я не знаю, есть ли в сети полное решение, но вам, возможно, придется сделать прошивку + программное обеспечение для сэмплирования, передачи и отображения формы сигнала на компьютере. Преимущество в том, что у вас будет контент DC. Предупреждение: возможно, вам придется построить схему пропуска переменного тока + смещения (или добавить постоянное напряжение смещения), если выход вашего генератора становится ниже нуля вольт. Вам также может понадобиться зажим «просто для уверенности», чтобы не поджарить ваш АЦП. Имейте в виду, что ваш фильтр сглаживания должен учитывать частоту Найквиста (если вы строите фильтр), и, поскольку он не будет идеальным, вы получите чуть меньше половины частоты дискретизации. Если вы не сделаете фильтр, вы получите больше шума, но этого может быть достаточно для ваших нужд.

Технологии не стоят на месте, и угнаться за ними не всегда просто. Есть новинки, в которых хотелось бы разобраться подробнее. Особенно это касается разнообразных электронных конструкторов, позволяющих поэтапно собрать практически любое простое устройство. Сейчас среди них есть и платы Arduino с их клонами, и китайские микропроцессорные компьютеры, и готовые решения, которые идут с программным обеспечением на борту.

Однако для работы со всем вышеперечисленным спектром интересных новинок, а также для ремонта цифровой техники требуется дорогостоящий высокоточный инструмент. Среди такого оборудования — и осциллограф, позволяющий считывать показания частоты и проводить диагностику. Часто его стоимость довольно высока, и начинающим экспериментаторам такая дорогая покупка не по карману. Тут на помощь приходит решение, появившееся на многих любительских форумах практически сразу после появления планшетов на системе Android. Суть ее заключается в том, чтобы с минимальными затратами сделать из планшета осциллограф, не внося в его гаджет никаких модификаций и модификаций, а также исключив риски его повреждения.

Что такое осциллограф?

Осциллограф - как прибор для измерения и отслеживания колебаний частоты в электрической сети - известен с середины прошлого века. Этими приборами комплектуются все учебные и профессиональные лаборатории, так как только с их помощью можно обнаружить некоторые неисправности или произвести доводку оборудования. Он может отображать информацию как на экране, так и на бумажной ленте. Показания позволяют увидеть форму сигнала, рассчитать его частоту и интенсивность и, как следствие, определить источник его появления. Современные осциллографы позволяют рисовать трехмерные цветные частотные графики. Сегодня мы остановимся на простом варианте стандартного двухканального осциллографа и реализуем его с помощью приставки к смартфону или планшету и соответствующего ПО.

Самый простой способ сделать карманный осциллограф

Если измеряемая частота находится в диапазоне слышимых человеческим ухом частот, а уровень сигнала не превышает стандартного микрофона, то собрать осциллограф из планшета на "Андроид" можно своими руками без каких-либо дополнительных модулей. Для этого достаточно разобрать любую гарнитуру, на которой обязательно должен присутствовать микрофон. Если подходящей гарнитуры нет, то нужно купить аудиоштекер 3,5 мм с четырьмя контактами. Прежде чем припаивать щупы, проверьте распиновку разъема вашего гаджета, потому что они бывают двух типов. стилусы должны быть подключены к контактам, которые соответствуют подключению микрофона на вашем устройстве.

Затем скачайте с "Маркета" ПО Устройство, способное измерять частоту на микрофонном входе и строить график на основе полученного сигнала. Таких вариантов много. Поэтому при желании будет из чего выбрать. Как было сказано ранее, планшет не нуждался в переделке. Осциллограф будет готов сразу после калибровки приложения.

Плюсы и минусы вышеописанной схемы

Преимущества этого решения явно включают простоту и дешевизну сборки. Старая гарнитура или один новый разъем почти ничего не стоят, а времени займет всего несколько минут.

Но эта схема имеет ряд существенных недостатков, а именно:

Небольшой диапазон измеряемых частот (в зависимости от качества аудиотракта гаджета колеблется от 30 Гц до 15 кГц).
Отсутствие защиты планшета или смартфона, случайное подключение теста приводит к участкам цепи с повышенным напряжением, вы можете в лучшем случае сжечь микросхему, отвечающую за обработку аудиосигнала на вашем гаджете, а в худшем - полностью вывести из строя ваш смартфон или планшет.< /li>
На очень дешевых устройствах есть значительная погрешность измерения сигнала, достигающая 10-15 процентов. Эта цифра не допускается для тонкой настройки оборудования.

Реализация защиты, экранирование сигнала и уменьшение ошибки

Чтобы частично обезопасить ваше устройство от возможного сбоя, а также стабилизировать сигнал и расширить диапазон входных напряжений, можно использовать простую схему осциллографа для планшета, которая давно и успешно применяется для сборки устройств для компьютера. использоваться. В нем используются дешевые комплектующие, в том числе стабилизаторы КС119А и два резистора на 10 и 100 кОм. Стабилитрон и первый резистор включены параллельно, а второй, более мощный, резистор используется на входе схемы для расширения максимально возможного диапазона напряжений. В результате пропадает большое количество помех, а напряжение повышается до 12 В.

Само собой разумеется, что осциллограф от планшета работает в первую очередь со звуковыми импульсами. Поэтому необходимо 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.

Программное обеспечение

Для работы с такой схемой необходима программа, умеющая рисовать графику на основе входящего звукового сигнала. Найти его в «Маркете» не сложно, вариантов много. Почти все они предполагают дополнительную калибровку, благодаря чему можно добиться максимально возможной точности, и сделать из планшета профессиональный осциллограф. В остальном эти программы выполняют по сути одну и ту же задачу, поэтому окончательный выбор зависит от требуемой функциональности и удобства использования.

Самодельная приставка с Bluetooth-модулем

Если требуется более широкий диапазон частот, то указанный выше вариант не будет работать. Тут на помощь приходит новая версия – отдельный гаджет, представляющий собой приставку с аналого-цифровым преобразователем, обеспечивающим передачу сигнала в цифровом виде. Аудиоаудит смартфона или планшета в этом случае уже не задействован, а значит, можно добиться более высокой точности измерений. По сути, на данном этапе они представляют собой лишь портативный дисплей, а вся информация уже собирается отдельным устройством.

Собрать осциллограф из планшета на "Андроид" с модулем беспроводной связи можно самому. В сети есть пример, когда подобное устройство было реализовано в 2010 году с помощью двухканального аналого-цифрового преобразователя, созданного на базе микроконтроллера PIC33FJ16GS504, а передатчиком сигнала служил модуль Bluetooth LMX9838. Устройство получилось достаточно функциональным, но сложным в сборке, поэтому для новичков это будет непосильной задачей.Но, при желании, найти аналогичный проект на тех же форумах радиолюбителей не проблема.

Готовые варианты консолей с Bluetooth

Инженеры не дремлют, и, кроме поделок, в магазинах появляется все больше приставок, выполняющих функцию осциллографа и передающих сигнал по Bluetooth-каналу на смартфон или планшет. Осциллограф-приставка к планшету, подключаемый по Bluetooth, часто имеет следующие основные характеристики:

Предел измеряемой частоты: 1 МГц.
Напряжение на щупе: до 10 В.
Диапазон: около 10 м.

Эти характеристики вполне достаточны для бытового применения, и все же в профессиональной деятельности иногда бывают случаи, когда этого диапазона катастрофически не хватает, а реализовать больший с медленным протоколом Bluetooth просто нереально. Какое решение в этой ситуации?

Осциллографы-приставки с передачей данных по Wi-Fi

Эта опция передачи данных существенно расширяет возможности измерительного прибора. Сейчас рынок осциллографов с таким обменом информацией между приставкой и планшетом набирает обороты в силу своей актуальности. Такие осциллографы практически не уступают профессиональным, так как без задержек передают измеренную информацию на планшет, который тут же отображает ее в виде графика на экране.

Управление осуществляется через простые, интуитивно понятные меню, копирующие элементы настройки обычных лабораторных приборов. Кроме того, такое оборудование позволяет записывать или транслировать в режиме реального времени все происходящее на экране, что может стать незаменимым помощником, если вам необходимо обратиться за советом к более опытному мастеру, находящемуся в другом месте.

Возможности осциллографа для ремонта планшетов в виде приставки с подключением по Wi-Fi выросли в несколько раз, по сравнению с предыдущими версиями. Такие осциллографы имеют диапазон измерений до 50 МГц и могут быть модифицированы с помощью различных переходников. Часто имеют аккумуляторы для автономного питания, чтобы максимально избавить рабочее место от лишних проводов.

Самодельные варианты современных префиксов сигналов

Конечно, на форумах всплеск различных идей, с помощью которых энтузиасты пытаются осуществить свою давнюю мечту — самостоятельно собрать осциллограф из планшета на «Андроид» с Wi-Fi-каналом. Одни модели удачны, другие нет. Тут уж вам решать, попробовать ли тоже счастье и сэкономить несколько долларов, собрав устройство самостоятельно, или же приобрести уже готовый вариант. Если вы не уверены в своих силах, то лучше не рисковать, чтобы потом не жалеть о потраченных средствах.

В противном случае - добро пожаловать в одно из сообществ радиолюбителей, в котором вы сможете дать дельный совет. Возможно позже, как раз по вашей схеме новички соберут свой первый в жизни осциллограф.

Программное обеспечение для консолей

Часто вместе с приобретаемыми осциллографами-приставками идет диск с программой, которую можно установить на планшет или смартфон. Если такого диска нет, то внимательно изучите инструкцию по эксплуатации устройства - скорее всего, в ней есть названия программ, совместимых с консолью и находящихся в магазине приложений.

Также некоторые из этих устройств могут работать не только с устройствами под управлением операционной системы «Андроид», но и с более дорогими «яблочными» устройствами. В этом случае программа однозначно будет находиться в AppStore, потому что другой вариант установки не предусмотрен. Сделав из планшета осциллограф, не забудьте проверить точность показаний и при необходимости откалибровать прибор.

USB-осциллографы

Если у вас нет портативного устройства вроде планшета, но есть ноутбук или компьютер, не расстраивайтесь. Из них тоже можно сделать замечательный измерительный прибор.Самый простой вариант — подключить щупы к микрофонному входу компьютера так же, как описано в начале статьи.

Однако, учитывая его ограничения, этот вариант подойдет не всем. В этом случае можно использовать USB-осциллограф, который обеспечит те же характеристики, что и предустановленный с передачей сигнала по Wi-Fi. Следует отметить, что такие устройства иногда работают с некоторыми планшетами, поддерживающими технологию подключения внешних устройств OTG. Конечно, осциллограф YSB тоже пытаются сделать своими руками, и вполне успешно. По крайней мере, именно этому мастерству посвящено большое количество тем на форумах.

Вы разочарованы сложностью осциллографа? Вам трудно понять основы и использовать этот удивительный инструмент для тестирования?

Мы создали ресурсы на этой странице для вас.

Узнайте, как пользоваться осциллографом, из нашей серии руководств и курсов для начинающих.

Хотите научиться пользоваться осциллографом (или любой новой технологией)? Вам понадобятся три вещи:

Качественный образовательный контент

Обучение из лучших доступных источников может иметь огромное значение для того, насколько быстро и хорошо вы сможете освоить то, что хотите изучить. Отличные образовательные источники не только научат вас хорошо и быстро; они также порадуют вас.

Стать активным учеником

Техническое образование — это практические занятия.

Единственный способ по-настоящему узнать что-то новое — провести собственные простые эксперименты.

Каждый эксперимент — это возможность освоить новый навык, возможность, инструмент или функцию.

Работа над реалистичными проектами

После того, как вы приобретете несколько новых навыков, как вы можете закрепить свои знания, чтобы создать полностью работающую машину, например робота или инкубатор для растений? Работа над проектом — это ваша возможность объединить все, чему вы научились, в одно задание.

Зачем учиться пользоваться осциллографом?

Осциллограф — это удивительный инструмент, который поможет вам глубже понять электронику и принципы работы устройств. Возможность увидеть зарядку конденсатора или изменение рабочего цикла ШИМ-сигнала может стать мощным инструментом в вашем обучении. Помимо обучения, осциллограф – очень полезный инструмент для проверки, обслуживания и устранения неполадок электронных устройств.

Это дополнение к мультиметру дает вам возможность буквально исследовать цепь и увидеть, как она работает (или не работает). Со временем, когда вы станете более опытным в его использовании, осциллограф позволит вам точно знать, что происходит в цепи, а не только гадать.

Осциллографы невероятны: они могут захватывать, отображать и анализировать входной электрический сигнал. Может автоматически выполнять все виды измерений:

Начало работы с осциллографом

Эти учебные пособия идеально подходят для производителей среднего уровня, которые готовы выйти за рамки своего мультиметра.

Если вы последние несколько лет работаете с электроникой и используете мультиметр в качестве основного и, возможно, единственного контрольного прибора, и чувствуете готовность копнуть глубже и понять, что со временем происходит в вашей схеме, тогда вам понадобится осциллограф, и вы попали по адресу.

Эти учебные пособия также идеально подходят для людей, которые хотят понять, что такое осциллограф и как он работает, прежде чем покупать его. Осциллографы стоят дорого, и имеет смысл хорошо понять, что они делают и как, прежде чем выбрать и купить свой первый осциллограф.

И, наконец, я разработал эти учебные пособия для людей, у которых уже есть осциллограф, но они не знают, как им пользоваться. Возможно, вы получили подержанный прицел или нашли дешевый подержанный на eBay, и это было слишком выгодно, чтобы отказаться от него. В любом случае, возможно, вам никогда не приходилось его использовать, потому что он казался слишком сложным.

Готовы начать обучение? Наслаждайтесь!

< /p>

Что такое осциллограф?

Осциллограф – это измерительный прибор, отображающий форму сигнала напряжения, изменяющегося во времени.

После мультиметра это, вероятно, инструмент, который приобретает большинство людей, работающих с электронными схемами, в одной из его различных форм.

В этой вводной статье я объясню, что такое осциллографы, для чего мы их используем и какие бывают виды осциллографов.

< бр />

Технические характеристики осциллографа

Технические характеристики осциллографа легко могут занять несколько страниц в виде таблицы.

Подобно тому, как вы ищете новую машину или новый компьютер, вы должны сосредоточиться в первую очередь на том, что важно, потому что детали имеют гораздо меньшее значение.

Ваша цель — найти осциллограф, соответствующий вашему бюджету и позволяющий измерять то, что вы хотите измерить.

Основные функции

На самом деле осциллограф делает только одну вещь: он фиксирует представление живого сигнала от тестовой схемы и отображает его на экране.

На основе информации, которую осциллограф фиксирует о сигнале, современные цифровые осциллографы выполняют еще две важные функции: измерение различных параметров сигнала и декодирование сообщений.

Основные элементы управления

В этом руководстве вы узнаете об основных элементах управления, которые есть на любом осциллографе. Я также покажу вам несколько примеров того, как эти элементы управления работают на моем осциллографе. Не беспокойтесь слишком о том, какая ручка и кнопка что делает, но обратите внимание на то, что они делают. Специфика «как» различается между осциллографами разных производителей, но «что» они не различают.

< бр />

Проверки

В этой статье вы узнаете о пробнике, устройстве, которое позволяет вам подключить схему к вашему осциллографу, чтобы вы могли проводить измерения.

Мы рассмотрим доступные типы зондов, их наиболее важные характеристики и способы их использования. Зонды — отдельная большая тема. В этой лекции я расскажу только об основных и наиболее важных понятиях.

Осциллограммы

В этой статье вы узнаете о некоторых формах сигналов, которые вы обычно видите с помощью осциллографа.

Осциллографы могут отображать бесконечное количество сигналов.

Все, что вам нужно сделать, это подать на него какой-то сигнал напряжения, который меняется со временем, и он отобразит его на экране.

< бр />

Меры предосторожности

В этой статье вы узнаете о нескольких простых способах защитить свой дорогой инструмент от повреждений.

Другие статьи об осциллографах

Вот некоторые из наших самых популярных статей, не перечисленных в приведенных выше группах, которые относятся к осциллографам:

Осциллограф, суперинструмент электроники.

Декодирование UART RS232 с помощью Rigol и Loto Inst. осциллографы, сравнение.

Ваш первый мультиметр — простое руководство по покупке.

Обширный ресурс по осциллографам из Википедии.

Практическое руководство по использованию осциллографа с предсказуемой конструкцией.

Как пользоваться осциллографом, Университет Нового Южного Уэльса.

Познакомьтесь с нашим полным учебным курсом по осциллографам

Тысячи студентов уже прошли этот видеокурс, чтобы научиться пользоваться осциллографом.

Видео по запросу

Наши видеокурсы напоминают наставника, который шаг за шагом показывает вам, как создавать схемы и писать программы.

Помощь здесь

Если вам нужна помощь, вы можете задать свои вопросы с помощью нашего инструмента "Общественное пространство", доступного на каждой лекции.

Сохраняйте спокойствие и учитесь

Учитесь в спокойной обстановке без отвлекающих факторов. Никакой рекламы, никаких видео с кошками и собаками, которые отвлекают внимание. Просто учусь.

Осциллографы для занятых людей

С помощью этого курса вы научитесь пользоваться осциллографом и поднимете свое понимание электроники на новый уровень.

< /p>

Давайте сделаем что-нибудь вместе

Я онлайн-преподаватель и Maker, автор Maker Education Revolution, KiCad Like a Pro и основатель Tech Explorations.

Я создаю весь контент на веб-сайте Tech Explorations.

Почему? Потому что, как я уже говорил, я педагог и Создатель, и у меня есть Миссия.

Моя миссия — помогать людям изучать электронику, программирование, проектирование печатных плат и многое другое.Самое главное, я хочу помочь как можно большему количеству людей получить удовольствие от своего технологического образования.

После 15 лет работы преподавателем в университете я снова решил стать мейкером. Как и большинству из нас, в детстве мне было любопытно, и я узнавал, как устроены вещи, экспериментируя с ними (обычно это означало, что я разбирал их на части и надеялся не раскрутить винты, собирая вещи обратно).

Повзрослев, я стал инженером только для того, чтобы отказаться от детской любознательности во имя карьеры.

Я снова стал ребенком, как только получил свой первый Arduino. С ним я начал создавать вещи, возиться с компонентами, тестировать идеи. Несмотря на то, что я был «профессиональным педагогом», только сейчас я понял, насколько ошибочными были мои последние 15 лет образования. Я частично ответственен за то, что разрушил творческий потенциал тысяч учеников, точно так же, как мой был уничтожен во имя того, чтобы быть «настоящим взрослым».

В Tech Explorations моя работа — учиться и создавать. Я узнаю то, что мне интересно, и создаю образовательный контент. Этот контент является записью моего обучения.

Я создаю этот контент не для обучения "студентов". Я создаю его, чтобы помочь учащимся узнать то, что они хотят узнать.

В конце концов, все мы учимся и учимся друг у друга.

Я искренне надеюсь, что контент, который я создаю в Tech Explorations, вдохновит как можно больше людей разжечь детское любопытство, учиться и создавать удивительные вещи.

Обучение — это общение

Интернет произвел революцию в издательском деле и обучении. Это самое большое хранилище знаний, которое когда-либо существовало, и оно становится экспоненциально больше. Для всего, что вы хотите узнать, есть большая вероятность, что кто-то написал об этом сообщение в блоге или создал видео.

Отлично! Ну, не совсем так. Несмотря на то, что существует много отличного контента, многое из того, что доступно в Интернете, некачественно и, что наиболее важно, не имеет человеческого отношения.

Лучшее обучение — это общение. Когда вы общаетесь с другими людьми, которые были там, где вы сейчас находитесь, вы учитесь быстрее и лучше. Вам есть с кем отступить, когда вам понадобится помощь, или обсудить идею, когда вы застряли.

В Tech Explorations мы поддерживаем наших студентов с помощью наших инструментов сообщества, потому что мы знаем, что это лучший способ учиться и преподавать.

Помощь — это часть обучения

Изучение новых навыков и технологий – это путешествие на неизведанную территорию. Гораздо лучше, если у вас есть карта, а еще лучше, если вы можете обратиться за помощью по радио.

В Tech Explorations мы вложили значительные средства в наши средства коммуникации, чтобы ни один учащийся не остался без внимания. У нас есть три уровня поддержки: форумы сообщества для обсуждения каждого курса, инструмент вопросов и ответов на уровне лекций и служба поддержки.

Наш контент постоянно обновляется и контролируется нашей командой, поэтому мы можем быстро отвечать на вопросы учащихся. Скорость важна, потому что препятствия в обучении могут иметь разрушительные последствия для нашего учебного процесса, поэтому мы делаем все возможное, чтобы помочь нашим ученикам преодолеть их.

Сохраняйте спокойствие и продолжайте учиться

В мире и в Интернете очень шумно. Многие «бесплатные» ресурсы для заработка больше похожи на шумные базары под открытым небом, с надоедливыми отвлекающими факторами, целью которых является помешать вам сделать то, что вы хотите сделать (узнать что-то новое), чтобы вы могли нажать на следующее видео (часто о коте). делает забавный трюк).

Одна лишь потеря концентрации приводит к потере многих сотен часов продуктивности обучения на одного учащегося в год.

Сможете ли вы научиться программировать Arduino в фуд-корте торгового центра? В некотором смысле, многие из нас так и делают.

В Tech Exploration мы создали спокойную атмосферу, подходящую для иммерсивного обучения. Сконцентрируйтесь, выключите мобильный телефон, включите видеолекцию и продолжайте эксперимент.

Это все. Ничто другое не должно конкурировать за ваше внимание.

Путь вперед

На этой странице мы предоставили вам множество бесплатных и качественных обучающих материалов, возможности для практических экспериментов и даже более крупные проекты, которые вы можете использовать для закрепления своего обучения. И все это в спокойной, удобной для учащихся обстановке.

Мне часто задают вопрос: "Что мне делать дальше?"

Люди, которые только что освоили новый навык, например, как заставить мигать светодиод или крутить мотор, часто бывают перегружены. Они только что поняли что-то новое, но им трудно понять, что будет дальше.

Это совершенно понятно, и я сам был там. На самом деле, я чувствую это каждый раз, когда узнаю что-то новое, изолированное от его возможностей.

Подумайте об этом: вы только что научились крутить мотор. Как из этого можно построить робота?Как происходит переход от одного работающего компонента к системе, объединяющей множество компонентов и работающему гаджету?

Лучший ответ, который я могу дать на этот вопрос, состоит в том, что это простой процесс плюс много настойчивости (она вам понадобится, когда вы решите заняться чем-то важным):

Вам нужен проект, который вас увлекает. Этот проект дает вам цель и даже путь (хотя путь вначале не ясен). Подумайте о том, о чем проект, и особенно о том, что он должен делать. Это («что он должен делать») и определяет цель вашего проекта. Это понадобится вам на шаге 5 этого процесса.
Вам необходимо проанализировать свой проект и разбить его на составляющие. Робот состоит из двигателей, контроллеров двигателей и микроконтроллеров, датчиков, программного обеспечения и рамы, которая скрепляет все вместе. Выясните, каковы основные компоненты вашего проекта.
Основываясь на проведенном анализе, определите свой уровень знаний о компонентах проекта. Вы можете хорошо разбираться в двигателях, но не иметь сенсора.
Спланируйте процесс создания прототипа. Эта часть процесса имеет решающее значение, потому что вам нужно принять несколько решений, которые включают в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение и сборку гаджета, а также обучение, которое вы должны пройти, чтобы сделать это возможным. Вам не нужно знать все, прежде чем начать, но вам нужно выбрать место для начала. Например, если вам нужно построить колесного робота, вы можете начать с узла колеса и двигателя, чтобы ваш робот мог двигаться, а датчики оставить на потом. Почему? Потому что теперь ты знаешь, как пользоваться моторами. Вы можете научиться использовать датчики позже. Как и многое другое в жизни, начало — это половина всего, что вы делаете. Первая итерация даст вам импульс и уверенность, необходимые для второй, третьей и вплоть до последней итерации.
Повторяйте, пока проект не будет завершен. Вам поможет итеративный процесс прототипирования. Каждая итерация решает проблемы и создает новые. Новые проблемы обычно требуют, чтобы вы узнали что-то новое. Продолжайте, изучите его и вернитесь, чтобы продолжить текущую итерацию. Проект завершен, когда вы достигли цели, поставленной на шаге 1. Но вот в чем загвоздка: в прототипировании, как и в жизни, все подвижно. Ваша первоначальная цель была основана на ранних предположениях о том, чего вы хотите достичь, до того, как вы действительно проделали какую-либо работу для достижения этой цели. В процессе работы над своей целью цель меняется! Помните об этом и знайте, что это нормально. Наслаждайтесь процессом и достижением результата.

Это процесс, которому я следую в своих проектах, включая мои книги и мои курсы. Со временем вы научитесь лучше выбирать проекты и особенно анализировать их, чтобы то, что вы в конечном итоге создаете, было очень близко к вашей первоначальной цели.

Единственный способ усовершенствовать свои навыки управления проектами и создания гаджетов — это делать это.

В этом руководстве из выпуска 71 The MagPi Майк Кук рассказывает о процессе создания осциллографа с использованием Raspberry Pi и Arduino. Получите копию MagPi в магазинах прямо сейчас или загрузите ее в виде бесплатного PDF-файла здесь.

Осциллограф входит в список пожеланий каждого, кто начинает заниматься электроникой. Ваш автор говорил своим ученикам, что это ваши глаза делают электричество видимым. К сожалению, они довольно дорогие: от нескольких сотен фунтов стерлингов до 5000 фунтов стерлингов и выше. Однако, используя Arduino и некоторое программное обеспечение на Raspberry Pi, вы можете сделать сносный осциллограф для начинающих.

Таким образом, вы можете измерить разницу во времени и напряжении, известную как дельта, между любыми двумя точками на образцах. Вы даже можете отобразить частоту, которой соответствует «временная дельта», взяв ее обратную. Эти функции можно найти в дорогих осциллографах. Мы также встроили функцию триггера; это синхронизирует начало быстрого сбора данных с возникновением положительного перехода на входном сигнале через заданное напряжение. В результате обычные сигналы могут выглядеть на дисплее стабильно.

Оборудование

Схема модуля сбора данных Arduino показана на рисунке 1.

Рисунок 1: Схема модуля сбора данных Arduino

Вы заметите, что это довольно просто. Он состоит из трех потенциометров для управления осциллографом и входного напряжения смещения, связанного по переменному току.

Конденсатор гарантирует, что никакие компоненты постоянного тока со входа не пройдут, и обеспечивает минимальную защиту от перенапряжения.Опорное напряжение, или земля, аналогично смещено на +2,5 В выше уровня земли Pi.

Использование гнезда BNC для входа гарантирует, что вы сможете использовать его с соответствующими проводами пробника осциллографа; обычно они оснащены переключаемым аттенюатором X10, что позволяет измерять напряжения +/- 25 В. Полную информацию о конструкции можно найти в пронумерованных шагах.

Гнездо BNC имеет плоскую поверхность на каждой стороне резьбы, чтобы предотвратить его вращение из-за скручивающей силы, которой он будет подвергаться при подключении любого зонда. Мы сделали это, сначала просверлив 8-миллиметровое отверстие для плоских поверхностей, а затем увеличив отверстие круглым напильником с каждой стороны, чтобы оно поместилось. Отверстие размером 8 × 12 мм было просверлено напротив USB-разъема, чтобы обеспечить доступ.

Программное обеспечение Arduino

Программное обеспечение или эскиз, который вам нужно поместить в Arduino, показано в списке Gather_A0.ino, и оно довольно простое. Обычно Arduino этого типа берет выборки со скоростью 10 000 в секунду — или, как мы говорим, с частотой выборки 10 000. Это не слишком хорошо для осциллографа, но мы можем увеличить эту частоту дискретизации, увеличив тактовую частоту аналого-цифрового преобразователя по сравнению с частотой по умолчанию. На точность чтения это не сильно влияет. Сделав это изменение, мы можем увеличить частоту дискретизации до 58k. Это намного лучше и позволяет проводить полезные измерения в звуковом диапазоне.

Мы использовали плату Arduino Nano и припаяли к ней контакты разъема. Затем мы взяли кусок картона размером 14 на 19 полос и просверлили несколько отверстий, чтобы прикрепить его к основанию коробки. Возможно, вы захотите сделать это длиннее 19 полос, если вы не используете резисторы для поверхностного монтажа на нижней стороне. Прикрепите разъемы жатки к разделочной доске и разорвите дорожки на нижней стороне между двумя рядами.

Итак, сначала вызывается триггерная функция, а затем образцы собираются и отправляются в Pi. Функция триггера имеет тайм-аут, что означает, что она все равно сработает через одну секунду, независимо от того, увидит ли она переход на входном сигнале или нет. Затем три горшка измеряются и также отправляются в Пи. Обратите внимание, что сэмплы имеют ширину десять бит, поэтому их нужно отправлять в виде двух байтов, которые снова объединяются вместе в программном обеспечении Pi.

Также обратите внимание на использование двойного чтения для горшков с небольшим количеством кода между каждым. Это обеспечивает более стабильные показания, поскольку входному конденсатору схемы выборки и хранения Arduino требуется время для зарядки, а у него меньше времени, чем обычно, из-за ускорения ЦАП. Это не слишком сильно влияет на образцы сигнала, так как в большинстве сигналов напряжение одного образца близко к предыдущему.

Затем мы просверлили три отверстия для горшков и добавили небольшие прорези для выступов, препятствующих вращению. Затем мы установили горшки и подключили их, используя схему выше. Это вид изнутри крышки коробки; если вы боитесь задеть паяльником боковые стороны коробки, подумайте о том, чтобы припаять их, прежде чем прикреплять к коробке.

В конце передачи Arduino находится в цикле, ожидая байта подтверждения от Pi, чтобы начать заново. Этот байт подтверждения также содержит информацию о том, следует ли использовать триггер для следующей выборки.

Добавьте резисторы и конденсаторы на разделочную плату и подключите разъем BNC. Припаяйте это перед установкой, иначе вы расплавите пластик. Не забудьте продеть центральный провод через заземляющую шайбу, гофрированную шайбу и гайку перед пайкой. Добавьте к ручкам метки Trigger, Time и Volts.

Наконец, перед каждым заполненным буфером данных контакт 13 на плате загорается, а после гаснет. Это сделано для того, чтобы мы могли рассчитать время процесса на коммерческом осциллографе, чтобы определить частоту дискретизации — это вам не придется делать, если вы используете рекомендуемые платы Arduino типа AVR, работающие на частоте 16 МГц.

Программное обеспечение Pi

Программное обеспечение для Raspberry Pi написано на Python 3 и использует платформу Pygame. Написать его оказалось намного сложнее, чем мы сначала представляли, и это показано в списке Scope.py. Python 3 по умолчанию использует символы Unicode и позволяет нам отображать дельта (Δ) и мю (μ) греческих символов для разницы и времени.Код сначала настраивает не отображаемую часть окна; это рисуется только один раз, а затем при необходимости его части обновляются. В зависимости от того, какой тип Arduino у вас есть, он может отображаться как другой USB-порт; мы обнаружили, что наш появился как один из двух портов. Закомментируйте, какой из них неприменим при определении переменной sampleInput в начале листинга.

Наконец, мы собрали логотип размером 168 x 78 пикселей для верхнего левого угла, используя клип-арт и вылепив слово «Осциллограф» из контурной версии шрифта Cooper Black. Мы назвали его PyLogo.jpg и поместили в папку с изображениями рядом с кодом Python.

Использование осциллографа

Осциллограф производит выборку с частотой 58 кГц, что теоретически означает, что вы можете измерять сигналы с частотой 29 кГц. Но это дает вам только два сэмпла за цикл, а поскольку сэмплы могут быть где угодно на осциллограмме, они выглядят не очень хорошо. В качестве грубого ориентира вам нужно как минимум десять точек на сигнале, чтобы он выглядел как сигнал, что дает максимальную практическую частоту 5,8 кГц. Однако, используя параметры Time Magnify вместе с функцией Freeze, вы можете измерять гораздо более высокие частоты. Линии курсора времени и напряжения позволяют узнать значения в любой точке сигнала, а при нажатии функций «Сохранить» текущий курсор заменяется фиксированной пунктирной линией, и относительно нее можно выполнять измерения. Работа осциллографа показана на рис. 2.

Рисунок 2. Выполнение измерений свип-сигнала

Обратите внимание, что при нажатии клавиши S на клавиатуре создается дамп экрана дисплея.

Дальше

Есть множество способов развить этот проект. Простое обновление потребует наличия второго буфера данных, позволяющего отображать сохраненную форму сигнала для сравнения с текущим живым сигналом. Вы также можете добавить режим сбора данных с более низкой скоростью, чтобы видеть более медленные сигналы. Вы можете пойти другим путем и использовать более быстрый Arduino, чтобы вы могли видеть более высокие частоты. Этот осциллограф связан по переменному току; Вы можете добавить опцию связи по постоянному току с переключателем делителя потенциала и усилителем на передний конец, чтобы расширить диапазон измеряемых напряжений. Однако все эти усовершенствования потребуют внесения изменений в программное обеспечение, чтобы можно было проводить измерения по этим более широким диапазонам параметров.

Завершить проект

Чтобы получить полный код проекта, загрузите бесплатный PDF-файл The MagPi issue 71, доступный на веб-сайте The MagPi.

Читайте также: