Еще в 2018 наткнулся на довольно известный в своих кругах проект Пультоскоп. Если кратко, то это крайне примитивный осциллограф, построенный на arduino 328 серии. Учитывая его простоту, я его повторил за несколько часов на макетке и тут меня понесло... Но обо всем по порядку.
Итак. Повторенное устройство оказалось настолько нужным и удобным, что сама-собой возникла идея дополнить его базовыми функциями мультиметра, в том числе измеритель емкости конденсаторов и индуктивности катушек. В результате я начал работу над созданием идеального "под себя" устройства. Эмпирически прикинув функционал, который так или иначе задействую при проектировании своих устройств, я исключил ненужные мне функции и определил обязательные. В первую очередь, исходил из того, что в большинстве своем я не использую напряжения свыше 24 вольт и токи свыше 3 ампер. Обычно это низковольтное оборудование, IoT, ESP32, arduino и схожие по идеологии устройства. Соответственно и при измерении сопротивлений, емкостей и индуктивностей важна не столько точность, сколько понимание номинала и, желательно, автоматическое определение цветовой и кодовой маркировки. Обычно измерение этих параметров требуется при проектировании питающих схем устройств. Обязательна хотя бы минимальная проверка наличия данных на порту UART, а в идеале и их чтение. Здесь же я стал размышлять над формфактором устройства.
Собственно список того, к чему я пришел в итоге:
Вольтметр с точностью измерения не выше 0.01 вольта. Обычно достаточно даже десятых долей. При этом, обязательно необходимо отображение значений логических уровней для CMOS1.8, TTL и CMOS5.0 вольт.
Амперметр до 3 ампер с возможностью отображать график изменения значений.
Измерение номиналов пассивных элементов. Одна из наиболее необходимых для меня вещей, оказалась возможность на лету отображать цветовую и SMD маркировку деталей. То же самое при измерении индуктивности и емкости, за исключением цветовой маркировки. Разумеется автовыбор диапазонов.
Осциллограф обязателен. Как правило используется для измерения ШИМ сигналов, при проектировании питающих частей схем и при работе с данными для АЦП/ЦАП. Частоты как правило не выше 100кГц. Желательно что бы устройство само определяло триггер и настраивало масштаб графика.
UART логгер с автоопределением скорости.
Формфактор пробника. В одной руке устройство, в другой щуп. Вывод данных на цветной дисплей. Переключение режимов одним пальцем. Возможность подключения к смартфону.
Это обязательные ключевые особенности. Идеальный сценарий работы, как я это видел у себя в голове, примерно такой:
В одной руке щуп, в другой устройство, бегло пробегая по схеме, и выбирая одним пальцем режим работы, я тыкаю куда попало надо и снимаю нужный параметр.
Звучит слишком идеально, но это хотя бы обозначенная цель.
Проектирование
После того как с функциями устройства стало более-менее понятно, я сосредоточился на его внешнем виде. Буквально брал в руки модельный пластилин и лепил то, что должно удобно лежать в руке, отображать информацию и при этом легко управляться. В результате я пришел к такому дизайну:
Это рендер. Первая игла щупа торчит из кончика корпуса, второй щуп втыкается в "попку" - любой подходящий с бананом.
Что касается железной части, то здесь пришлось сильно поломать голову. Первые версии были построены на ATMEGA32U4. Его выбрал из-за в встроенного USB и достаточной скорости. Но самым главным критерием была arduino совместимость. Я принципиально хотел использовать платформу arduino, поскольку сразу зародилась мысль выложить ПО в открытый доступ и при этом оно должно было быть понятным ардуинщику. В качестве датчика тока решил использовать ACS712. Остальное на резистивных делителях, там ничего интересного.
Одна из последних тестовых версий плат, собранных на коленке:
В правом нижнем углу видна микрорелешка, которая замыкает щупы между собой через датчик тока.
А это уже первый заводской прототип:
Виден не распаянный в верхней части блютуз модуль JDY-08. Использовал его потому, что был. В качестве встроенного зонда, использовал иглы для тестирования плат методом летающего щупа. Сам зонд выглядит так:
Игла немного подпружинена и не дает поцарапать медь или лак на плате.
Косяков было не так много, все довольно легко смог исправить кинув "соплю", но пришлось отложить проектирование из-за нехватки времени. Собственно это позитивно сказалось на проекте, поскольку удалось много поработать с ESP32, на него я и перевел устройство. Попутно заменил старый, 0,96 дюймовый дисплей с разрешением 80x160, на 1,14 дюймовую матрицу 135*240 пикселей.
Должен сказать, что я не сторонник сенсорных кнопок, и в первой версии устройства у меня были физически нажимаемые 3 кнопки, но пришлось себе изменить. Шутки ради собрал прототип с 3-х контактным сенсорным интерфейсом и воткнул его в отпечатанный на 3D принтере корпус. Оказалось, что проще и быстрее не искать пальцем нужную кнопку, а банальными свайпами переходить в нужный режим. Сразу возник соблазн использовать встроенные в ESP32 пины емкостного сенсора, однако их чувствительности оказалось недостаточно для работы в корпусе. Потому пришлось перейти на использование букашек от ttp223. Из-за катастрофической нехватки пинов, три сенсора я подключил через резистивный делитель на один аналоговый вход. Еще один пришлось вешать на отдельный пин для реализации выхода из сна по прерыванию. С аналоговым входом, на котором висят 3 сенсора возникла неожиданная проблема. Оказалось, что при включении режима bluetooth или WiFi , некоторые пины не могут читать аналоговые данные. На практике, при подключении к смартфону, устройство просто переставало реагировать на сенсоры. И все бы ничего если бы я хотя бы мог переразвести, но функции были раскиданы по пинам с учетом их специфики, и получалось, что любой пин к которому можно подключить сенсоры, оказывался именно тем, который не мог работать при включении радиомодуля. Но интернеты, таки помогли.
Немного пораскинув мозгами, пришел к выводу, что вместо ACS712, лучше использовать INA219. Во-первых управление по I2С, во-вторых возможность измерять напряжение до 26 вольт. При измерении сопротивления, обычно используют коммутируемые резистивные делители для разных диапазонов, эта же функция необходима при измерении ёмкости конденсаторов. Вариант использовать ограниченное число пинов для коммутации резисторов такой себе, вместо этого я поставил цифровой потенциометр на 100К AD5245. Таких в устройстве два. Второй регулирует чувствительность ОУ на входе. Второй щуп перенес в разъем для зарядки TYPE-C и несколько видоизменил корпус.
Внеся все эти изменения я заказываю плату на JLCPCB и сходу понимаю, что уже есть косяки. Но не смертельно. Вот что у меня получилось на этом этапе:
Ниже небольшой видеообзор:
Тут важно понимать, что этот прибор даже не пытается претендовать на высокую точность измерений. Речь идет о тех параметрах, которые минимально необходимы без упрощения до уровня пробника. Для меня здесь принципиальна простота и возможность кастомизации на уже готовом железе. Даже приложение для смартфона я собрал в App Inventor.
На сегодняшний день, у меня написан основной базис ПО. Пришлось повозиться с корпусом, зато смог максимально удешевить стоимость пресс-формы. Для понимания порядка цен, стоимость матрицы $5600, ресурс 300к отливок. Стоимость 1 отливки, включая заглушку на дисплей и подсветку рабочей зоны $1,53. Размеры ~120x22мм. Корпус цельнолитой из ABS с SoftTouch покрытием.
Но даже это для меня довольно дорого. возможно попробую обратиться к краудфандингу. Если тема будет интересна, готов периодически выкладывать статьи.
Комментарии (79)
sav13
19.04.2021 06:19ESP32 без внешнего АЦП — так себе задумка для ослика.
Даже производитель признал нелинейность и большой разброс показаний встроенного АЦП и рекомендует ставить на вход кондер 100нФ и усреднять сэмплы.
Mulin
19.04.2021 07:09Да, у них с линейностью АЦП беда в начале диапазона, но есть и софтварное решение. Однако, в этом показометре даже разрешение дисплея будет меньше чем эта погрешность :)
debagger
19.04.2021 06:25Сначала хотел написать, что неудобно будет смотреть на экранчик «в поле» если точка, с которой меряешь неудобно расположена, например глубоко в недрах прибора, который надо чинить. Потом дошло, что для таких случаев есть приложение для смартфона. В общем, круто, так держать! Прикидывали, сколько такой девайс будет стоить?
Mulin
19.04.2021 07:16Спасибо за критику) Вообще конечно прикидывал, но пока еще рано говорить, многое будет зависеть от того, как буду стартовать.
Gengenid
19.04.2021 07:19Дизайн несколько неоднозначный, а так хорошо. А защиты входов как сделаны? Не сгорит в режиме тока, если включить на напряжение? Статикой не убъется? Защита должна быть хотя бы на уровне китайского мультиметра. Ну и не плохо было бы возможность подключения второго щупа, чтобы можно было руки освободить, подключив два щупа с крокодилами и т.п.
Но это придирки, все кроме корпуса. Хотя, художника каждый обидеть может.Mulin
19.04.2021 07:47+1Я когда проектировал корпус, сидел в кресле перед компьютером с открытым кад проектом. Сзади подошла жена и начала ржать. Потом до меня дошло, но уже было поздно.
По входам. В режиме измерения тока, щупы замкнуты через шунт и предохранитель F1 на ток около 3.5А. В остальных режимах, сигнал идет через F1, далее высокоскоростной F2 на 250mA. Затем на землю суперссор на 50 вольт, после него сигнал идет на 2 ключа. Один из них коммутирует ОУ осциллографа, подключенный через резистор 100k и последовательно конденсатор. Второй канал сразу же на выходе шунтирован суперссором и через резистор 50k идет на вход АЦП. Практика показала, что в случае превышения номинального напряжения, всегда срабатывает супрессор после 2-го ключа.petrovi4
22.04.2021 22:25Так, может сделать торчащий металлический щуп убираемым внутрь, и к списку функциональных возможностей… кхм… прибора добавится ещё одна-две строчки?
jaiprakash
19.04.2021 08:01Логично сперва выпустить пробную партию с корпусом, отлитым в силикон. Из твёрдого полиуретана.
Mulin
19.04.2021 08:49Первая партия будет в фотополимерных корпусах. Нашел смолу по свойствам очень ABS напоминающую
FGV
19.04.2021 08:08АЦП так понимаю используется от esp32 внутренний? Какая частота выборки в итоге вышла? И удалось ли запустить внутренний АЦП через ДМА?
Mulin
19.04.2021 08:57Запускаю через I2S в DMA кладу буфер. Максимальная выборка 400000, но, в зависимости от входной частоты, она может уменьшаться, что бы не разрастался буффер.
ittakir
19.04.2021 08:15Проект очень впечатляет! Что мне не понравилось — осциллограф сам определяет период. Лучше оставить возможность пользователю самому выбирать параметры. А так выглядит очень прилично и UI качественный.
Оказывается, вполне реально сделать самодельную литьевую машину за $200.
Пресс-формы не обязательно делать из стали. Можно и из алюминия выточить на CNC станке или даже напечатать на 3D принтере.
Mulin
19.04.2021 08:58лучше оставить возможность пользователю самому выбирать параметры
Кончено же такая возможность есть. Просто по умолчанию используется авторежим.
Да, я видел такие ТПА, и даже делал некое подобие, но там качество совсем не то.
scorpy27
19.04.2021 08:39задумка хорошая и дизайн на букву х (тролфэйс) я как и ваша жэна сразу подумал.
подпружиненые контакты — pogo pin
точности в 1% для него вполне достаточно.
а можно ли сделать спереди банан и подключать в него иголку или крокодил в зависимости от необходимости? в принципе в штекере банана можно высверлить отверстие под иголку.
Mulin
19.04.2021 08:58Я как раз думаю над тем, как реализовать подобное. На алике не нашел ничего подходящего
holomen
19.04.2021 09:53Может просто резьбу м2, м3?..
VelocidadAbsurda
19.04.2021 12:31Существуют крокодилы и подпружиненные крюки, надеваемые на стандартный 2мм щуп мультиметра (на Али находятся по alligator clip 2mm). Можно попробовать поставить в прибор pogo pin с 2мм внешним диаметром (на Али это тип P125-B) и надевать на него.
Дома нашлись немного другие (с утолщённой шарообразной головкой, не даёт надевать с рабочей стороны) 2мм pogo, попробовал надеть крокодил с обратной стороны — держится туго.Mulin
19.04.2021 12:35Да я такие тоже видел. Это вариант. Но… Они такие топорные
VelocidadAbsurda
19.04.2021 14:14Топорные — крокодилы? Пользуюсь вот этими (местный магазин, но они явно с Али, судя по цене): https://www.electronicaembajadores.com/en/Productos/Detalle/CTJ1PCR/connectors/alligator-clips/alligator-clip-for-2-mm-banana-plug-red-pc10r — довольно аккуратные, литьё и металл ровные, держат отлично.
Или в смысле 2мм pogo — слишком крупно?
Velind
19.04.2021 08:59Действительно, хорошая вещь. И разработка отличная. Сразу видно, что создатель вкладывал душу.
Да, очень интересует вопрос стоимости
13werwolf13
19.04.2021 09:12Однозначно крутая штука. Я бы даже в кикстартер заслал, так что если будешь выходить туда, знай — минимум один задонатит))
а пока пойду подумаю закупать ли детальё и делать ли себе))
holomen
19.04.2021 09:46+1для размышлений есть такой проект: www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=59&t=170458
пробник 4in1 на STM32F303
TxN
19.04.2021 10:58+1Очень интересная штука для ардуинщика, действительно. Высокая точность и продвинутая функциональность особо не нужна, а вот возможность одной компактной штуковиной заменить сразу несколько инструментов было бы неплохо, потому что отдельного рабочего места под работу с электроникой нет, и хочется минимизировать беспорядок на столе.
В общем, если зачем мне флиппер я так и не смог придумать, то вот такая штука однозначно пригодится. И мультиметр, и осциллограф, и тестер компонентов, и даже логгер в корпусе чуть больше ручки.
FiLunder7
19.04.2021 11:05+2Я лично, отказался бы от софт-тача. Не знаю как у других, но у меня все «софт-тач» гаджеты через определенное время превращались в липкие, мерзкие штуки. Приходилось оттирать это покрытие спиртом.
Akr0n
19.04.2021 11:15Знатоки, подскажите существует ли в природе компактный мулитул для итшника, с обжимкой. Сколько искал — не нашел. Для садовника мулититул есть, для плотника и сантехника и то есть.
drauger
19.04.2021 11:16Круто! Я пока дошел только до объединения пультоскопа, тестера деталей, функционального генератора, термометра под термопару и 18b20, логического анализатора и UART-терминала в корпусе Nokia 3330.
Заголовок спойлера
iliasam
19.04.2021 11:38Я такую штуку сделал, статью написать пока руки не доходят: github.com/iliasam/uProbe
Это в первую очередь логический пробник, с возможностью измерять напряжение, частоту, автоматическое определение Baudrate, ну и медленный осциллограф — смотреть наличие импульсов на линии, и прочие вещи.
DaneSoul
19.04.2021 12:49Так ли принципиально наличие своего маленького экрана если можно все оперативно отображать на смартфоне?
Mulin
19.04.2021 12:55+1Все же удобнее пользоваться инструментом полноценно. Смартфон скорее как дополнительная фича. Да и осциллограф гораздо шустрее работает на устройстве.
NetBUG
19.04.2021 15:48Так же, как и мультиметр с даталоггером. Штука полезная, но в режиме «надо найти проблему» очень хочется не искать телефон и не запускать программу.
Rutel_Nsk
19.04.2021 13:38Пока не накопил на С1-64 использовал такое:
static.auction.ru/offer_images/2017/04/17/12/big/V/VxLdpONGwLl/ilz_01_indikator_logicheskij_znakovyj_novyj.jpg
VioletGiraffe
19.04.2021 15:02Судя по фото — классный дисплей, я много перебрал экранчиков для самоделок, а такого не видел. Не подскажете модель?
Anhal
19.04.2021 16:10Чтобы еще больше отстроиться от обычных мультиметров, можно ввести режимы, которые могут упростить какие-то стандартные операции, которые бывают у электронщика.
Навскидку:
— поиск нужного номинала. Бывает, надо найти в горсти или на плате (SMD или плохо видно или долго разбираться) конденсатор или резистор той или иной емкости. Неудобно каждый раз смотреть на экран, считывать глазом показания. Можно ввести нужный номинал или диапазон и дальше работать уже не глядя на экран: когда прибор обнаружит нужный номинал, он пискнет (а еще лучше подаст вибросигнал);
— определение сопротивления параллельно соединенных резисторов (последовательно соединенных конденсаторов). То есть замеряешь последовательно «отдельно лежащие» резисторы — один, затем другой (если надо — третий и т.д.) — а на экране отображается расчетное общее сопротивление. Для особо далеких от арифметики — можно считать и последовательное сопротивление.
Можно эти фишки или реализовать сразу, или сделать какой-то полуоткрытый интерфейс для возможности «допрограммирования».Mulin
19.04.2021 16:19Первая мысль прям обязательна! Вот прямо в субботу таким и занимался. Заколебался перебирать 0402 кондеры. Все в кучку ссыпались, пришлось сортировать вручную штук 500. Отличная идея!
seri0shka
19.04.2021 20:44Уже года три болею проектом пультоскопа, всё пытаюсь для себя сделать примерно то же, что у автора, практически те же запросы, только у меня в задании ещё и минимальная трудоёмкость для повторения и стоимость комплектующих. Ну и размер поменьше. Но AVR я только сейчас постигаю, а ESP, наверно, в следующей жизни.
peacemakerv
19.04.2021 21:25Блиииин! Я о такой штуке мечтал еще с 1995 года! Делал схему на базе десятка 7-сегментных индикаторов, в попытке «слепить» их них примитивный экран осциллографа (для индикации формы сигнала, с разверткой на 10 шагов). Когда схему доделал, понял, что… такого монстра не потянуть, да и неудобен он будет…
I'm in!FGV
19.04.2021 21:32+1Прям ностальгия :) Когда то давно в 98 году кажется делал курсовой — "осцил" на АЛ306 5*7 точек + 8051. Были даже мысли собрать но несложилось.
vvzvlad
20.04.2021 00:451) литье в сталь не нужно. SLA хрупкий, а тот, что не хрупкий, привередливый и дорогой, пробовали. Возьмите литье в силикон, коль у вас тиражи до сотни пока, это можно отдать на аутсорс за смешные деньги. Корпус будет дороже, но не в этом суть. Стальная пресс-форма загонит вас в минуса, с закладыванием в цену корпуса даже с краудфандингом корпус будет золотым. Краудфандинг это не просто сбор денег, это растянутая продажа. Пресс-форма, размазанный на 10к пользователей будет дешевая, пресс-форма, размазанная на 100-300 человек(а именно столько вы привлечете в текущем виде) — дорогой. А что вы людям за $70 предложите? Десять пустых корпусов насыпать?
А закладывать окупаемость пресс-формы на пять лет — это становиться заложником дизайна, в который обязательно что-то в следующей ревизии не влезет. Или просто новые идеи появятся, а реализовать не получится.
2)сделайте что-то рабочее и обкатайте решение на реальных людях, получите первые продажи. Накидывание придуманных собой функций в железку — путь в никуда. После кастдева станет гораздо яснее, куда двигаться, если хочется сделать из хоббийного проекта бизнес.
3)сделайте простой лендинг и оцените кривую спроса, чтобы понять, где у вас экономика сходится, и сходится ли вообще. Не у знакомых, не на хабре, а вот прям тупо налить трафика из контекста и посмотреть, сколько нажмут кнопку купить. Сразу станет понятно, во сколько вам будет обходиться клиент, это надо закладывать в экономику.Mulin
20.04.2021 15:04Ну я особо опыта не имею. Варианты есть. Насчет матрицы, тут не поспоришь, но что касается SLA, то надо будет еще оценить качество.
checkpoint
20.04.2021 04:09На мой взгляд такое устройство должно быть выполнено в виде измерительного пинцета, со всеми измерительными функциями как на ссылке. Если изготовите такое — возьму два, или даже три, и порекомендую коллегам. :-)
PS: Есть возможность отливать небольшие корпуса из АБС на ВЛМ не сильно заморачиваясь с изготовлением пресс-форм, но цена за отливку будет выше. Пишите в личку если интересует.Mulin
20.04.2021 15:04Ну пинцет несколько иной инструмент. Им не так удобно измерять ток и напряжение. А мне важны в первую очередь эти параметры
checkpoint
20.04.2021 15:13В том, то и дело, что в процессе отладки изделия производить измерения пинцетом существенно более удобно, особенно на мелких SMD компонентах.
Mulin
20.04.2021 15:25Не всегда есть возможность оба щупа расположить в пределах их геометрических позиций. При отладке, чаще я цепляю второй щуп на удобную землю, а первым тыкаю в нужные места
Jeyko
20.04.2021 08:33Жму краба! Давно вынашивал и проектировал идею универсального как ручка мультиметра.
Есть наподобие у mustool, как на картинке выше, но это не то. При таких типоразмерах, должен уметь измерять напряжения, ток, емкости и сопротивления с диодами, кондерами, все как взрослый его брат, только еще чтобы были банановые входа для подключения термопары или токовых клещей или нормальных щупов, вот это была бы песня!
ResearcherNo1
20.04.2021 15:05+1Очень красивые рендеры! Не подскажете как делали или какие туториалы смотрели?
Mulin
20.04.2021 15:06Спасибо. На самом деле в 3D графике у меня опыт лет 15, так что тут туторы что я смотрел уже устарели). Я этим профессионально занимаюсь
userbk
21.04.2021 01:50корпус все равно стремный какой-то; вариант когда дисплей вдоль платы (на видео) смотрится даже интересней; а зачем круглый делать — вполне себе и плоский неплохо — заодно не будет ненужных спекуляций ;-)
mrkrivedko
21.04.2021 09:43Классная работа! отличный пробничек-показометр получился… я б такой приобрел…
avs24rus
23.04.2021 08:13Понравилась идея и реализация! Спасибо автору. Сам не замахнусь, ибо корпус мне ни вжись не осилить :)
Поэтому с удовольствием бы взял готовый…
kovserg
Интересное много функциональное устройство и управляется
сенсорпоглаживанием.