forked from Akcelerometry_drgania_WMT/PI_mikrokontroler
116 lines
5.1 KiB
Markdown
116 lines
5.1 KiB
Markdown
# Urzędzenie do pomiaru drgań (akcelerometry)
|
|
|
|
*autorzy: A. Chmielowiec, L. Klich*
|
|
|
|
Firmware do urządzenia ESP32S3 PSRAM.
|
|
|
|
|
|
## Przyciski
|
|
|
|
- UP: przełączanie trybu
|
|
- START: start pomiaru
|
|
- DOWN: konfiguracja pomiaru
|
|
|
|
Przy starcie:
|
|
- UP + DOWN: reset do ustawień domyślnych
|
|
- OK: ustawienie daty i godziny
|
|
|
|
|
|
**Zapraszamy studentów do rozwijania projektu.**
|
|
|
|
IDE: PlatformIO
|
|
|
|
## Jak student może się zaangażować w projekt?
|
|
|
|
- Zaprojektowanie obudowy w 3D dla urządzenia i czujników.
|
|
- Budowanie urządzeń prototypowych wg dokumentacji.
|
|
- Testowanie działania i zgłaszanie błędów.
|
|
- Rozwijanie dokumentacji.
|
|
- Rozwijanie firmware urządzenia.
|
|
- **Stworzenie oprogramowania WEB i REST API do akwizycji danych, filtrowania, wyświetlania i analizy danych z urządzenia.**
|
|
|
|
## Założenia do projektu
|
|
|
|
- Pomiar drgań przy pomocy akcelerometrów (moduły ADXL345) podłączone przez SPI.
|
|
- Automatyczne wykrywanie podłączonych akcelerometrów (maksymalnie 4 ze wzlędu na brak GPIO, docelowo więcej).
|
|
- Jednoczesny pomiar próbki z każdego podłączonego akcelerometru i zapis do bufora PSRAM, po zakończeniu akwizycji na kartę SD.
|
|
- Każda partia pomiaru składa się z wielu próbek (szybkość zależna od ilości podłączonych).
|
|
- Pomiar o konfigurowalnym czasie próbkowania (domyśłnie 5 sekund).
|
|
- Pomiar zapisywany do pliku binarnego na karcie SD.
|
|
Karta musi być sformatowana w systemie FAT. Foldery są automatycznie tworzone i nazywane numerami (1, 2, 3, etc).
|
|
W każdym folderze zapisywane są binarne pliki odczytów nazwie xxxxxxx.wmt, na przykład 00000001.wmt, gdzie numer oznacza numer kolejnego pomiaru. W każdym pliku zapisany jest pełen pomiar, tzn x sekund (czas pomiaru) ze wszystkich podłączonych akcelerometrów. Jeśli ilość plików w folderze przekroczy 400, tworzony jest koleny folder o wyższym numerze i urządzenie zapisuje w nim pliki zaczynająć od 00000001.wmt. Po restarcie urządzenia karta SD jest skanowana i urządzenie kontynuuje zapis wg ciągłości numeracji. Zawartość karty SD na rysunku poniżej.
|
|
|
|
|  |
|
|
|:--:|
|
|
| **Rysunek 1.** Zawartość katalogów na karcie SD |
|
|
|
|
|
|
|  |
|
|
|:--:|
|
|
| **Rysunek 1.** Zawartość plików w katalogu na karcie SD |
|
|
|
|
|
|
# Hardware
|
|
|
|
ESP32-S3-DEV-KIT-N8R8 - płytka rozwojowa WiFi + Bluetooth - Waveshare 24243 Indeks: WSR-23341
|
|
|
|
cena brutto: 49,90 zł. (Botland)
|
|
|
|
Kompaktowa płytka rozwojowa, z modułem ESP32-S3-WROOM-1-N8R8 od firmy Waveshare. Posiada dwurdzeniowy procesor Xtensa 32-bit LX7 (240 MHz), 512 KB SRAM, 8 MB Flash oraz 8 MB PSRAM. Zintegrowane układy CH343 i CH334 umożliwiają programowanie przez USB-C. To narzędzie zapewnia efektywność i wygodę w procesie rozwoju aplikacji dla ESP32-S3.
|
|
|
|
|  |
|
|
|:--:|
|
|
| **Rysunek 1.** Moduł deweloperski ESP32S3 |
|
|
|
|
|
|
## Specyfikacja techniczna
|
|
* Wbudowany układ: ESP32-S3-WROOM-1-N8R8
|
|
Procesor: dwurdzeniowy procesor Xtensa LX7 o częstotliwości 240 MHz
|
|
* PSRAM 8 MB (zewnętrzna pamięć pseudo-RAM do buforowania)
|
|
* SRAM (internal) 512 KB
|
|
* Flash 8 MB
|
|
* GPIO ~44 GPIO (przy PSRAM nie wszystkie dostępne fizycznie)
|
|
* Interfejsy: SPI (dostępne 2), I2C (2), UART (3), I2S
|
|
* USB-CDC (native USB) USB typu C
|
|
* WiFi 802.11 b/g/n (2.4 GHz)
|
|
* Bluetooth LE v5.0
|
|
* Kompatybilność: ESP-IDF, Arduino, MicroPython
|
|
* Wymiary: 63,3 x 25,4 mm
|
|
|
|
|
|
|  |
|
|
|:--:|
|
|
| **Rysunek 1.** Pinout modułu ESP32S3 |
|
|
|
|
|
|
## Uzasadnienie wyboru hardware
|
|
|
|
**Testowałem**: Raspberry PI 4 (za duży jitter), Raspberry PICO 2 W, STM32F429
|
|
|
|
1. PSRAM 8MB - buforowanie dużych ilości danych z 8xADXL345 w blokach, zanim zapiszę karcie SD. Dzięki temu główna pamięć RAM jest nieprzeciążana.
|
|
2. Dwa interfejsy SPI. VSPI dla ADXL345 (8x czujników, przełączanych CS). HSPI dla karty SD — separacja magistrali dla stabilnej pracy obu urządzeń.
|
|
3. Procesor Xtensa LX7 Dual Core umożliwia obsługę intensywnych zadań SPI i SD w czasie rzeczywistym.
|
|
4. ESP32-S3 nie ma wbudowanego RTC, zastosowałem precyzyjny kompensowany temperaturowo RTC DS3231 przez I2C.
|
|
5. OLED Display 128x64 podłączony przez I2C.
|
|
|
|
### Wady i ograniczenia ESP32
|
|
* Niekorzystne GPIO: część portów GPIO jest współdzielona z FLASH i PSRAM. Np. GPIO19/20 (USB), GPIO35-37 (PSRAM) są zajęte. Trzeba uważać przy pinout (SD/ADXL/OLED).
|
|
* Brak RTC z podtrzymaniem.
|
|
* SPI throughput SD: moliwe ograniczenie prędkości SD na SPI poniewa brak jest SDIO jak w STM32. Ale dla dużych bloków buforowanych w PSRAM jest ok.
|
|
* Potencjalne problemy z przerwaniami SPI: nie można mieszać przerwań w czasie zapisu SD i odczytu ADXL — trzeba dobrze zsynchronizować próbki.
|
|
* Średnia energooszczędność: przy rejestratorach zasilanych bateryjnie lepszy byłby ESP32-C3 lub STM32L4, ale one nie mają PSRAM.
|
|
|
|
|
|
## Linki do dokumentacji:
|
|
|
|
1. [Objaśnienia](docs/abbreviations.md)
|
|
3. [Pinout](docs/pinout.md)
|
|
4. [Wyświetlacz LCD](docs/lcd.md)
|
|
5. [Akcelerometr](docs/gy291.md)
|
|
6. [Zegar RTC](docs/ds3231.md)
|
|
7. [Wymiary elementów](docs/sizes.md)
|
|
8. [Budowa](docs/building1.md)
|
|
9. [Wtyczka i czujnik](docs/plug.md)
|
|
|
|
[Wersje systemu, poprawki, etc.](docs/versions.md)
|