Software per progetto Force Gauge

Il progetto Force Guage sta arrivando al suo termine
L'hardware finale e' stato montato nella sua versione finale
-Arduino Due
-Ethernet Shield
-Amplifier Shield (autoprodotto)

adesso si passa al codice

per Arduino e' stato riutilizzato quasi tutto il codice di questo post
C'e' da annotare che (evindenziato in giallo)
1) per usare il comando itoa in Arduino Due si deve aggiungere  #include "itoa.h"
2) per far funzionare il convertitore analogico digitale di Arduino due a 12 bit lo si deve richiedere esplicitamente con il comando analogReadResolution

Codice Arduino
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#include <SPI.h>         // needed for Arduino versions later than 0018
#include <Ethernet.h>
#include "itoa.h"

byte ardmac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
IPAddress ardip(192, 168, 0, 2);

byte Server[]  = { 192,168,0,1 };  
unsigned int porta = 7755;    
unsigned int localPort = 8888;      // local port to listen on

int sensorPin = A3;    
int sensorValue = 0;  

EthernetUDP Udp;

char buf[12]; // "-2147483648\0"

void setup() {
  Ethernet.begin(ardmac,ardip);
  Udp.begin(localPort);
  analogReadResolution(12);
}

void loop() {
    sensorValue = analogRead(sensorPin);    
    Udp.beginPacket(Server, porta);
    Udp.write(itoa(sensorValue, buf, 10));
    Udp.endPacket();
    delay(100);
}

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per il frontend di rappresentazione realtime dei dati e' stato scritto un programmino in Qt che implementa un server UDP e mostra i dati mediante la libreria QCustomplot

Codice Qt (4.8.5)

file .pro (le modifiche sono in giallo)

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QT      += core gui network

greaterThan(QT_MAJOR_VERSION, 4): QT += widgets

TARGET = geolab

TEMPLATE = app

SOURCES += main.cpp\

        mainwindow.cpp \

    qcustomplot.cpp

HEADERS  += mainwindow.h \

    qcustomplot.h

FORMS    += mainwindow.ui

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in azzurro le righe di codice relative al server UDP mentre in giallo quelle relative alla visualizzazione del grafico

mainwindow.h

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#ifndef MAINWINDOW_H

#define MAINWINDOW_H

#include <QMainWindow>

#include <QtNetwork>

#include <QVector>

#include "qcustomplot.h"

namespace Ui {

class MainWindow;

}

class MainWindow : public QMainWindow

{

    Q_OBJECT

    

public:

    explicit MainWindow(QWidget *parent = 0);

    ~MainWindow();

    

private slots:

    void on_pushButton_clicked();

    void ricevi();

private:

    Ui::MainWindow *ui;

    QUdpSocket *udpSocket;

 };

#endif // MAINWINDOW_H

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mainwindow.cpp

-------------------------------------------

#include "mainwindow.h"

#include "ui_mainwindow.h"

#include <QtNetwork>

#include <QUdpSocket>

#include <QDebug>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) :

    QMainWindow(parent),

    ui(new Ui::MainWindow)

{

    ui->setupUi(this);

    ui->widget->addGraph();

    ui->widget->xAxis->setLabel("x");

    ui->widget->yAxis->setLabel("y");

    ui->widget->xAxis->setRange(0, 10);

    ui->widget->yAxis->setRange(0, 10);

    ui->widget->replot();

}

MainWindow::~MainWindow()

{

    delete ui;

}

void MainWindow::on_pushButton_clicked()

{

    udpSocket = new QUdpSocket(this);

    QString ip = "192.168.0.1";

    udpSocket->bind(QHostAddress("192.168.0.1"), 7755);

    connect(udpSocket, SIGNAL(readyRead()),

               this, SLOT(ricevi()));

}

void MainWindow::ricevi(){

    while (udpSocket->hasPendingDatagrams()) {

           QByteArray datagram;

           datagram.resize(udpSocket->pendingDatagramSize());

           QHostAddress sender;

           quint16 senderPort;

           udpSocket->readDatagram(datagram.data(), datagram.size(),

                                   &sender, &senderPort);

           qDebug() <<datagram;

           ui->widget->graph(0)->addData(i,datagram.toDouble());

           ui->widget->graph(0)->rescaleValueAxis(true);

           ui->widget->graph(0)->rescaleKeyAxis(true);

           ui->widget->replot();

           QString valore = datagram;

           ui->label->setText("Lettura istantanea : "+valore);

       }

}

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Lettura valori analogici su Arduino Uno ed Arduino Due

Un amico mi ha chiesto la possibilita' di monitorare uno strumento da laboratorio per taglio anulare (si tratta di una strumentazione geotecnica) mediante Arduino

Lo strumento e' sostanzialmente un Force Gauge SM 1000-N capace di misurare carichi fino a 1000 N.
I collegamenti sono piuttosto semplici. Vi e' una alimentazione da 15 Vcc e due cavi di misura

Il problema e' il tipo di uscita dello strumento che risulta essere di pochi milliVolt (al massimo di qualche decina di milliVolt) al contrario dello strumento visto in questo post

Per questo motivo avevo escluso a priori l'utilizzo dell'Arduino Uno perche' ha una sensibilita' (nel migliore delle ipotesi) di 5 mV

Arduino Due invece dovrebbe avere una sensibilita' nettamente superiore perche' monta un convertitore analogico digitale da 12 bit (4096 livelli al contrario dell'ADC a bit 10 e 1024 livelli della Uno) ed ha un fondo scala a 3.3 V (5.0 V Arduino Uno). Per questo motivo, con un rapido conto, la minima lettura dell'Arduino Due doveva essere 3.3V/4095 = 0.8 mV...perfettamente in linea con le tensioni che avevo bisogno di misurare

Una volta connessa l'Arduino Due al Force Gauge ed un multimetro per riferimento e' stato chiaro che qualcosa non tornava. Per tensioni misurate di circa 7 mV la risposta della Arduino Due era compresa tra 3-4 (in linea teorica doveva essere circa il doppio ovvero tra 8 e 9)

Frugando su Internet ho trovato questo interessante post che entra nel dettaglio dell'ADC di Arduino Due mostrando come l'offset possa essere anche molto alto (20 mV) rendendo difficoltose le misure di tensioni molto basse. Fra le altre cose e' interessante l'influenza di avere una tensione di riferimento stabile anche per l'Arduino oltre che per lo strumento di misura

Arduino Due ed Ethernet Shield

In questo post viene mostrato come connettere una Arduino Due ad uno Shield Ethernet
Nonostante il differente fattore di forma rispetto ad una Arduino Uno, Arduino Due accoglie anche Ethernet Shield con l'unica accortezza di posizionarlo in modo corretto.
In pratica si devono far coincidere i nomi dei pin sullo shield con quelli della scheda; la posizione risulta quindi praticamente allineata con il bordo dell'alimentazione ed alcuni pin non risultano collegati

Nell'acquisto di uno Shield Ethernet per Arduino Due si deve fare attenzione che questo sia compatibile la rev.3. Nell'immagine sottostante sono mostrati due Shield: quello superiore funziona correttamente mentre quello inferiore non risulta compatibile con Arduino Due