Registrador de dados profissional multicanal no Raspberry Pi - Parte 1

Consulte a Parte 2 para o hardware e a Parte 3 para a implementação do software.

Nesta série de artigos, vou explicar como construir um registrador de dados multicanal, capaz de coletar medições de tensão, corrente e temperatura ao longo dos intervalos de tempo especificados.

Nosso objetivo alternativo é provar que Raspberry Pi não é apenas uma boa ferramenta para promover o ensino de habilidades básicas de informática na escola, mas um instrumento sério capaz de lidar com tarefas profissionais.
Uma definição de “registrador de dados” da Wikipedia:“A registrador de dados é um dispositivo eletrônico que registra dados ao longo do tempo, ou em relação à localização com um instrumento ou sensor embutido ou através de instrumentos e sensores externos ”.

Requisitos

Vamos primeiro esclarecer nossos requisitos. Como engenheiro de campo / serviço, desejo ter:

• 8 portas de entrada que podem medir a temperatura em faixas entre 0 e 260 C (cerca de 32 a 500 F);
• 8 portas de entrada para medir tensão (30mV… 30V, +/- 2mV) ou corrente (10mA… 500A);
• intervalo de medição de tempo (1 a 60 seg);
• uma maneira simples de configurar o registrador de dados e armazenar parâmetros de configuração entre reinicializações;
• uma maneira intuitiva de recuperar os dados coletados ou representá-los em formato de gráfico;

Agradável:

• solução leve e portátil:o logger deve funcionar com baterias;
• fácil de manusear e operar em campo ou em condições de laboratório;
• Desktop ou laptop não são necessários para operar e coletar dados;

Os requisitos acima permitem que você tenha uma ferramenta para testar ou ajustar seu Segway, circuitos elétricos de carro ou barco, incubadora de galinhas, bateria solar ou estufa.

Arquitetura e Design

O Raspberry Pi em si é um computador de placa única, executaremos uma distribuição Raspbian Linux nele. Precisamos construir uma placa personalizada adicional, que terá um conversor analógico-para-dígito (ADC), conectores para shunts e resistores de detecção , sensores de temperatura, estabilizador de energia e notificador de queda de energia (estamos funcionando com acumuladores quando estamos no campo).

Do ponto de vista da conectividade - nosso Data Logger estará acessível por WiFi. Vamos colocar um dongle WiFi em uma das portas USB do Raspberry Pi. O WiFi será configurado no modo HOST, portanto, basicamente em condições de campo, você pode ver o Data Logger no seu telefone ou tablet como uma “Rede sem fio”. Você pode se conectar a ele e acessar o Data Logger por IP. No caso de você trabalhar com Data Logger em laboratório, você pode conectar seu cabo Ethernet no Raspberry Pi e o Data Logger pode servir como um roteador sem fio gratuito ou extensor de WiFi.
Veja hardware e diagrama de rede abaixo.

O software será baseado no pressuposto de que construímos um registrador de dados conectado à rede. Teremos uma interface de usuário da web, para que todas as configurações de registro possam ser feitas a partir de seu navegador favorito. Os dados coletados serão exibidos na tela em tempo real e representados como um conjunto de gráficos. Alternativamente, o usuário poderá baixar um conjunto completo de dados coletados como um arquivo CSV e analisá-lo (por exemplo, no MS Excel).

Acima está um diagrama de projeto de software. O ADC conectado às portas Raspberry Pi GPIO, precisamos de uma maneira de programar o ADC e ler seus valores. Além disso, precisamos de um serviço que recupere os dados ADC de portas especificadas durante um determinado período de tempo, armazene e recupere as definições de configuração. Usaremos o serviço REST para fornecer ao usuário um acesso fácil aos dados e configuração. A Interface do Usuário da Web consiste em duas telas:Configuração (para definir o intervalo, selecionar portas, condições de disparo) e Status (exibir dados recuperados e desenhar gráficos, exportar dados).

Para obter mais detalhes:Registrador de dados profissional multicanal no Raspberry Pi - Parte 1