Professioneller Multichannel-Datenlogger auf Raspberry Pi – Teil 1

Siehe Teil 2 für die Hardware und Teil 3 für die Softwareimplementierung.

In dieser Artikelserie erkläre ich, wie man einen Mehrkanal-Datenlogger baut, der Spannungs-, Strom- und Temperaturmessungen über die angegebenen Zeitintervalle erfassen kann.

Unser alternatives Ziel ist es, zu beweisen, dass Raspberry Pi nicht nur ein nettes Werkzeug ist, um die Vermittlung grundlegender Computerkenntnisse in der Schule zu fördern, sondern ein ernstzunehmendes Instrument, das professionelle Aufgaben bewältigen kann.
Eine "Datenlogger"-Definition aus Wikipedia:"A Datenlogger ist ein elektronisches Gerät, das Daten über die Zeit oder in Bezug auf den Standort entweder mit einem eingebauten Instrument oder Sensor oder über externe Instrumente und Sensoren aufzeichnet.“

Anforderungen

Klären wir zunächst unsere Anforderungen. Als Außendienst- / Servicetechniker möchte ich:

• 8 Eingangsanschlüsse, die die Temperatur im Bereich zwischen 0 und 260 °C (ca. 32…500 °F) messen können;
• 8 Eingänge zum Messen von Spannung (30 mV … 30 V, +/- 2 mV) oder Strom (10 mA … 500 A);
• Zeitmessintervall (1 … 60 Sek.);
• eine einfache Möglichkeit, den Datenlogger zu konfigurieren und Konfigurationsparameter zwischen Neustarts zu speichern;
• eine intuitive Möglichkeit, gesammelte Daten abzurufen oder im Diagrammformat darzustellen;

Nice-to-haves:

• leichte und tragbare Lösung:Logger sollte mit Batterien betrieben werden;
• einfache Handhabung und Bedienung sowohl im Feld als auch unter Laborbedingungen;
• Desktop- oder Laptop-Computer sind für den Betrieb und das Sammeln von Daten nicht erforderlich;

Mit den oben genannten Anforderungen haben Sie ein Werkzeug zum Testen oder Abstimmen Ihres Segways, Ihres Auto- oder Bootsstromkreises, Ihres Hühnerbrutkastens, Ihrer Solarbatterie oder Ihres Gewächshauses.

Architektur und Design

Der Raspberry Pi selbst ist ein Einplatinencomputer, wir werden eine Raspbian-Linux-Distribution darauf ausführen. Wir müssen eine zusätzliche benutzerdefinierte Platine bauen, die einen Analog-zu-Digit-Wandler (ADC), Anschlüsse für Shunts und Messwiderstände hat , Temperatursensoren, Stromstabilisator und Stromausfallbenachrichtigung (wir arbeiten mit Akkus, wenn wir auf den Feldern sind).

Vom Standpunkt der Konnektivität aus ist unser Datenlogger über WLAN zugänglich. Wir werden einen WiFi-Dongle in einen der Raspberry Pi USB-Ports stecken. Das WLAN wird im HOST-Modus konfiguriert, sodass Sie den Datenlogger im Grunde unter Feldbedingungen auf Ihrem Telefon oder Tablet als „drahtloses Netzwerk“ sehen können. Sie können sich damit verbinden und per IP auf den Datenlogger zugreifen. Falls Sie im Labor mit Data Logger arbeiten, können Sie Ihr Ethernet-Kabel an den Raspberry Pi anschließen und der Data Logger kann als kostenloser WLAN-Router oder WiFi-Extender dienen.
Siehe Hardware- und Netzwerkdiagramm unten.

Die Software basiert auf der Annahme, dass wir einen netzwerkverbundenen Datenlogger bauen. Wir werden eine Web-Benutzeroberfläche haben, sodass die gesamte Protokollierungskonfiguration von Ihrem bevorzugten Webbrowser aus vorgenommen werden kann. Die gesammelten Daten werden in Echtzeit auf dem Bildschirm ausgegeben und als eine Reihe von Grafiken dargestellt. Alternativ hat der Benutzer die Möglichkeit, einen ganzen gesammelten Datensatz als CSV-Datei herunterzuladen und zu analysieren (zum Beispiel in MS Excel).

Oben ist ein Software-Design-Diagramm. Der ADC, der mit den GPIO-Ports des Raspberry Pi verbunden ist, benötigen eine Möglichkeit, den ADC zu programmieren und seine Werte zu lesen. Außerdem benötigen wir einen Dienst, der die ADC-Daten von bestimmten Ports über einen bestimmten Zeitraum abruft, die Konfigurationseinstellungen speichert und abruft. Wir verwenden den REST-Dienst, um einem Benutzer einen einfachen Zugriff auf die Daten und die Konfiguration zu ermöglichen. Die Web-Benutzeroberfläche besteht aus zwei Bildschirmen:Konfiguration (also Intervall einstellen, Ports auswählen, Triggerbedingungen) und Status (abgerufene Daten anzeigen und Grafiken zeichnen, Daten exportieren).

Für weitere Details:Professioneller Mehrkanal-Datenlogger auf Raspberry Pi – Teil 1