電子發(fā)燒友App
https://www.mouser.com/applications/no-code-low-code-hardware-prototyping-analog-devices/
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引言
Analog Devices?AD-SWIOT1L-SL（圖1和圖2）是一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，旨在幫助工程師為可聯(lián)網(wǎng)的智能安全設(shè)備開(kāi)發(fā)原型。該套件非常適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中使用，具有原型開(kāi)發(fā)工作所需的一切，包括硬件本身、外殼、電纜和軟件等。
圖1：Analog Devices的AD-SWIOT1L-SL是用于開(kāi)發(fā)聯(lián)網(wǎng)工業(yè)應(yīng)用的強(qiáng)大平臺(tái)。(圖源：貿(mào)澤電子）
圖2：AD-SWIOT1L-SL的框圖（圖源：Analog Devices）
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AD-SWIOT1L-SL通過(guò)單對(duì)以太網(wǎng) (SPE) 連接到網(wǎng)絡(luò)，使用單根雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，因此非常適合空間有限的工業(yè)環(huán)境。該套件包括一個(gè)10BASE-T1L至USB轉(zhuǎn)接板，可將AD-SWIOT1L-SL連接到計(jì)算機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。
AD-SWIOT1L-SL平臺(tái)兼容用于配置設(shè)備和可視化數(shù)據(jù)的Analog Devices Scopy軟件工具集。Scopy是一款強(qiáng)大的多功能軟件應(yīng)用程序，用于搭配各種Analog Devices硬件平臺(tái)工作。它主要用于實(shí)驗(yàn)室的信號(hào)分析、數(shù)據(jù)可視化和調(diào)試。Scopy提供圖形用戶界面 (GUI)，使用戶能夠與示波器、信號(hào)發(fā)生器和邏輯分析儀等硬件設(shè)備進(jìn)行交互，從而簡(jiǎn)化信號(hào)的捕獲與分析過(guò)程。它還可以將JavaScript代碼上傳到被測(cè)設(shè)備，以便對(duì)GPIO引腳進(jìn)行基本編程，我們將在演示項(xiàng)目中使用這種方法。
Scopy具有幾個(gè)重要特性：
GUI：Scopy的GUI使用戶可以輕松控制和可視化來(lái)自AD-SWIOT1L-SL的數(shù)據(jù)。直觀的設(shè)計(jì)方便用戶快速設(shè)置和執(zhí)行測(cè)量、查看波形以及分析信號(hào)。
軟件定義示波器：Scopy使AD-SWIOT1L-SL可以充當(dāng)雙通道示波器，具有觸發(fā)、時(shí)基調(diào)整和各種顯示模式等功能。
數(shù)字I/O：該軟件可控制和監(jiān)視AD-SWIOT1L-SL的數(shù)字輸入與輸出引腳，因此可用于數(shù)字信號(hào)分析和邏輯測(cè)試。
靈活性和定制化：該軟件支持腳本編寫(xiě)和自動(dòng)化，允許用戶創(chuàng)建自定義測(cè)量設(shè)置并自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)。對(duì)于需要進(jìn)行復(fù)雜分析的高級(jí)用戶來(lái)說(shuō)，此項(xiàng)功能非常有用。
跨平臺(tái)兼容性：Scopy支持多種操作系統(tǒng)，包括Windows、macOS和Linux，確保不同計(jì)算環(huán)境的用戶都能使用。
Scopy與AD-SWIOT1L-SL平臺(tái)的組合為過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化解決方案的原型開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大而靈活的工具集。而且，這些工具還為學(xué)生、教育工作者以及業(yè)余愛(ài)好者提供了極好的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)素材。
在本項(xiàng)目中，我們將使用AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板、兩個(gè)非接觸式水傳感器和一個(gè)水泵來(lái)保持水箱的適當(dāng)水位。當(dāng)下方傳感器檢測(cè)不到水（即水箱處于低水位狀態(tài)）時(shí)，水泵將觸發(fā)并向水箱內(nèi)注水，直到上方傳感器檢測(cè)到水（即水箱處于高水位狀態(tài)）。
物料清單和工具
截至發(fā)布之日，總BOM（表1）成本約為450美元（不含運(yùn)費(fèi)和稅費(fèi)）。
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表1.?物料清單
| 貿(mào)澤元器件編號(hào) | 元器件說(shuō)明 | 數(shù)量 |
| 584-AD-SWIOT1L-SL | Analog Devices AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)平臺(tái) | 1 |
| 209-AKM45US24 | XP Power 24V直流電源，2A 輸出 | 1 |
| 426-SEN0204 | DF Robot非接觸式水傳感器 | 2 |
| 485-3191 | Adafruit功率繼電器FeatherWing | 1 |
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要完成本項(xiàng)目，您還需要訪問(wèn)項(xiàng)目的GitHub存儲(chǔ)庫(kù)。
除BOM中的物料外，還需要以下工具：
水箱（必備）
水泵，24V直流，最大電流2A（必備）
熱膠等粘合劑
小型十字和一字螺絲刀
剪線鉗/剝線鉗
剪刀
熱縮管
小尖嘴鉗
數(shù)字萬(wàn)用表
高速互聯(lián)網(wǎng)連接，Windows 10 PC或更新版本的電腦（必備）
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硬件準(zhǔn)備
Analog Devices AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用MAX32650低功耗Arm??Cortex?-M4微控制器，具有128MB外部RAM和8MB外部閃存。安全功能由MAXQ1065安全協(xié)處理器提供支持。此開(kāi)發(fā)板還集成了AD74413R四通道、軟件可配置的輸入和輸出，以及MAX14906四通道工業(yè)數(shù)字輸出/數(shù)字輸入 IC，可在四個(gè)通道上多路復(fù)用多個(gè)模擬和數(shù)字功能。這些通道可通過(guò)軟件獨(dú)立配置，以用于：
電流輸出或輸入
電壓輸出或輸入
數(shù)字輸出或輸入
對(duì)于需要大電流能力的應(yīng)用，系統(tǒng)可由外部24V電源供電，任何配置為數(shù)字輸出的通道均可輸出高達(dá)1.2A的電流。
板載ADIN1110 MAC/PHY提供一個(gè)10 Mbps單對(duì)10BASE-T1L以太網(wǎng)接口，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和設(shè)備配置。該接口還可通過(guò)單對(duì)以太網(wǎng)供電 (SPoE) 技術(shù)以及LTC9111受電設(shè)備 (PD) 控制器為系統(tǒng)供電。這樣即可通過(guò)同一根電纜為系統(tǒng)同時(shí)提供電力和數(shù)據(jù)，從而顯著簡(jiǎn)化布線基礎(chǔ)設(shè)施并降低成本。
現(xiàn)在，我們先為四個(gè)AD74413R通道中的每個(gè)通道分配所需的功能。我們將把其中一個(gè)配置為電壓輸出，為兩個(gè)傳感器提供5V電源和GND連接（表2）。
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表2.?AD74413R引腳分配
| AD74413R通道 | 用途 |
| 1 | 電壓輸出 (5V) |
| 2 | 數(shù)字輸入（下方水傳感器） |
| 3 | 數(shù)字輸入（上方水傳感器） |
| 4 | 繼電器控制 |
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連接水傳感器
在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用兩個(gè)非接觸式水傳感器來(lái)檢測(cè)水箱的低水位和高水位。非接觸式傳感器在改造現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)非常有用，因?yàn)樗鼈兡苡梅瞧茐男苑绞桨惭b。這也方便了傳感器的維護(hù)和修理。
這種非接觸式傳感器通過(guò)測(cè)量液體接近時(shí)電容的變化來(lái)檢測(cè)水。當(dāng)水接近時(shí)，其電容會(huì)影響傳感器的基線電容。控制器芯片會(huì)將這種變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如果變化超過(guò)閾值，則表明水已到達(dá)傳感器位置。輸出將被發(fā)送到高電平，同時(shí)還將觸發(fā)內(nèi)置的LED指示燈。
使用以下步驟為水傳感器接線（圖3）：
將AD74413R通道2連接到水傳感器的VIN引腳（棕色線）。
將AD74413R通道2的GND引腳連接到水傳感器的GND引腳（藍(lán)色線）。
將水傳感器的OUT引腳（黃色線）連接到AD74413R的通道2數(shù)字輸入引腳。
根據(jù)檢測(cè)到水時(shí)需要常開(kāi) (NO) 還是常閉 (NC) 輸出，連接模式選擇引腳。對(duì)于常開(kāi)操作，請(qǐng)將黑線斷開(kāi)。對(duì)于常閉操作，請(qǐng)將黑線連接至GND引腳。我們將使用常開(kāi)輸出，因此將黑線斷開(kāi)。
對(duì)第二個(gè)水位傳感器重復(fù)步驟1到4。唯一的區(qū)別是在步驟2和3中將第二個(gè)傳感器連接到通道3。
圖3：項(xiàng)目的線路圖。（圖源：Green Shoe Garage）
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連接水泵
水泵需要外部24V直流電源，因此我們必須使用繼電器控制板來(lái)激活它。水泵將從AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板上的一個(gè)數(shù)字引腳接收指令和控制信號(hào)。我們將把AD74413R的通道4指定為數(shù)字輸出，并將其連接到繼電器控制板的控制引腳輸入端。
使用以下步驟為繼電器連線：
將通道4的數(shù)字引腳連接至繼電器控制板的控制輸入端。
將通道4的GND引腳連接至繼電器控制板的GND引腳。
將24V直流電源的正極連接至繼電器控制板的NO（常開(kāi)）端子。
將水泵的正極連接至繼電器控制板的COM端子。
將水泵的負(fù)極連接至24V直流電源的負(fù)極。
軟件開(kāi)發(fā)
本項(xiàng)目將使用Scopy和Microsoft Visual Studio Code，它們都適用于Windows、macOS和Linux。但在本文中，我們將使用Windows。
要為項(xiàng)目創(chuàng)建JavaScript文件，可以使用純文本編輯器或Visual Studio Code。
注意：截至本文撰寫(xiě)之時(shí)，Scopy的初級(jí)版本與AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)套件不兼容。因此，您需要下載Scopy AD-SWIOT1L-SL插件。
Scopy設(shè)置
下載并安裝Scopy后，啟動(dòng)該應(yīng)用程序。
由于AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板沒(méi)有板載USB，因此需要通過(guò)10BASE-T1L至USB轉(zhuǎn)接板將其連接到主機(jī)。使用隨附的橙色電纜連接轉(zhuǎn)接板和AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板（圖4）。然后，使用micro-USB電纜將轉(zhuǎn)接板連接到主機(jī)。
圖4：使用轉(zhuǎn)接板將AD-SWIOT1L-SL連接到主機(jī)進(jìn)行編程。（圖源：Analog Devices）
如果應(yīng)用程序沒(méi)有自動(dòng)檢測(cè)到AD-SWIOT1L-SL，請(qǐng)?jiān)赨RI字段中輸入IP地址169.254.97.40，然后單擊Verify（圖5）。如果成功檢測(cè)到開(kāi)發(fā)板，它就會(huì)列在應(yīng)用程序的頂部。然后單擊Connect啟動(dòng)設(shè)置窗口（圖6）。
圖5：如果應(yīng)用程序沒(méi)有自動(dòng)檢測(cè)到AD-SWIOT1L-SL，請(qǐng)?jiān)赨RI字段中輸入IP地址169.254.97.40，然后單擊Verify。（圖源：Green Shoe Garage）
圖6：添加AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板并在Scopy中配置功能非常簡(jiǎn)單。（圖源：Green Shoe Garage）
重要函數(shù)與變量
本節(jié)介紹了幾個(gè)重要函數(shù)與變量，并提供了我們將加載到Scopy中的自定義代碼。
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launcher.reset()
此函數(shù)初始化硬件，并讓AD-SWIOT1L-SL做好運(yùn)行腳本的準(zhǔn)備。
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dio.running
此變量可按如下方式啟用或禁用I/O通道：
將此變量設(shè)置為T(mén)RUE表示啟用I/O。
將此變量設(shè)置為FALSE表示禁用I/O。
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dio.dir[X]
將此變量設(shè)置為T(mén)RUE時(shí)，I/O通道被設(shè)置為OUTPUT。
將此變量設(shè)置為FALSE時(shí)，I/O通道被設(shè)置為INPUT。
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dio.out[X]
將此變量設(shè)置為T(mén)RUE時(shí)，I/O通道輸出被設(shè)置為HIGH。
將此變量設(shè)置為FALSE時(shí)，I/O通道輸出被設(shè)置為L(zhǎng)OW。
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osc.channels[X].enabled
將此變量設(shè)置為T(mén)RUE時(shí)，示波器通道輸出被設(shè)置為HIGH。
將此變量設(shè)置為FALSE時(shí)， 示波器通道輸出被設(shè)置為L(zhǎng)OW。
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osc.channels[0].volts_per_div = 1
用于設(shè)置示波器垂直軸的變量，以每格伏特為單位。
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var ppX = osc.channels[0].peak_to_peak
函數(shù)peak_to_peak()可捕捉所輪詢(xún)通道的瞬時(shí)峰峰電壓值。
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function check_tank()
此函數(shù)包含運(yùn)行水泵系統(tǒng)所需的自定義代碼。它檢查上下傳感器的狀態(tài)，并向繼電器控制板發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)。
function check_tank(){
??? var lower_sensor_status = dio.out[1]
??? var upper_sensor_status = dio.out[2]
?
??? if (lower_sensor_status == 0) {?? // lower sensor detects NO water
??????? dio.out[3] = true???????????? // Turn pump ON
??? }
?
??? if (upper_sensor_status == 1) {?? // upper sensor detects water
??????? dio.out[3] = false??????????? // Turn pump OFF
??? }
?
??? msleep(1000)
??? dio.running = false
}
?
function set_oscilloscope()
此函數(shù)初始化Scopy的軟件定義示波器。子函數(shù)模仿物理示波器界面上所需的控制功能。
function set_oscilloscope(){
? ?
? ? /* Enable Oscilloscope Channel 1 ?*/
? ? osc.channels[0].enabled = true
? ? osc.channels[1].enabled = true
? ? osc.channels[2].enabled = true
? ? osc.channels[3].enabled = true
? ?
? ? /* Set Volts/Div to 1V/div */
? ? osc.channels[0].volts_per_div = 1
? ? osc.channels[1].volts_per_div = 1
? ? osc.channels[2].volts_per_div = 1
? ? osc.channels[3].volts_per_div = 1
? ?
? ? /* Set Time Base to 1 ms */
? ? osc.time_base = 0.001
? ?
? ? /* Set Time Position to 0s */
? ? osc.time_position = 0
? ?
? ? /* Run Oscilloscope */
? ? osc.running = true
}
?
function main()
這是系統(tǒng)初始化后運(yùn)行的主循環(huán)?？稍诖颂砑悠渌雍瘮?shù)，以擴(kuò)展系統(tǒng)功能。
function main(){
??? set_dio()
??? check_tank()
??? msleep(1000)
??? set_oscilloscope()
? ? msleep(1000)
? ? var pp1 = osc.channels[0].peak_to_peak
? ? var pp2 = osc.channels[0].peak_to_peak
? ? var pp3 = osc.channels[0].peak_to_peak
? ? var pp4 = osc.channels[0].peak_to_peak
? ? printToConsole(pp1)
??? printToConsole(pp2)
??? printToConsole(pp3)
??? printToConsole(pp4)
}
固件上傳、最后的組裝和故障排除
現(xiàn)在您已了解固件的結(jié)構(gòu)和功能，請(qǐng)使用Scopy的調(diào)試器工具上傳腳本。
要在Scopy中打開(kāi)調(diào)試器，首先必須確保它在Instrument菜單中可見(jiàn)：
關(guān)閉Scopy應(yīng)用程序。
導(dǎo)航至C:\Users\
打開(kāi)Scopy ini文件。
將啟動(dòng)器組中的debugger屬性從false更改為true（圖7）。
關(guān)閉文件并重新打開(kāi)Scopy。
圖7：必須通過(guò)配置Scopy應(yīng)用程序安裝文件夾中的.ini文件來(lái)啟用調(diào)試模式。（圖源：Analog Devices）
重新啟動(dòng)Scopy后，按照Scopy Scripting Guide中的說(shuō)明加載腳本（圖8）。
圖8：可通過(guò)調(diào)試器菜單向開(kāi)發(fā)板添加腳本。（圖源：Analog Devices）
裝配
將上下傳感器安裝到要監(jiān)控的水箱上。確保傳感器牢固地安裝在水箱外表面，并盡可能平整。
將水源連接至水泵。
將軟管連接到水泵出口，然后將開(kāi)口端放入水箱。
確保電子設(shè)備和電源與水源和水箱保持安全距離。
故障排除
如果您發(fā)現(xiàn)自己的項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題，可以參考我們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些故障排除技巧：
確保繼電器控制板的接線方式與軟件反映出來(lái)的一致。也就是說(shuō)，根據(jù)繼電器是以NO還是NC方式使用，軟件會(huì)在通道4的控制輸出中反映出來(lái)（高電平有效還是低電平有效）。
確保電源能夠提供泵運(yùn)行所需的電流。檢查泵和電源數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格，以確保兼容性。
使用Scopy信號(hào)范圍功能查看I/O通道對(duì)輸入變化的反應(yīng)。
如果水位傳感器沒(méi)有因液體存在而觸發(fā)，請(qǐng)斷開(kāi)傳感器電源，打開(kāi)傳感器外殼，使用螺絲刀調(diào)節(jié)靈敏度，然后重新連接電源。
確保傳感器與AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板之間的所有連接牢固且接線正確。仔細(xì)檢查圖2中的接線圖。
聽(tīng)一聽(tīng)機(jī)械繼電器開(kāi)關(guān)時(shí)是否有咔嗒聲。如果聽(tīng)不到，繼電器可能沒(méi)有接收到信號(hào)，或者已經(jīng)損壞。
確保所有組件（AD-SWIOT1L-SL開(kāi)發(fā)板、繼電器板、水泵和電源）共用一個(gè)接地端，以避免形成接地環(huán)路并確保正常運(yùn)行。
暫時(shí)將水泵直接連至24伏電源，確保其正常運(yùn)行。這樣可以幫助確定是水泵的問(wèn)題還是繼電器控制電路的問(wèn)題。
結(jié)語(yǔ)
Analog Devices AD-SWIOT1L-SL是一款功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)套件，用于為智能、安全的工業(yè)設(shè)備開(kāi)發(fā)原型，而這些設(shè)備可以連接到支持10Base T1L技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。
附帶的Scopy軟件讓用戶可以通過(guò)GUI與硬件設(shè)備進(jìn)行交互，無(wú)需復(fù)雜的編程。這讓沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)或編程經(jīng)驗(yàn)有限的人更容易開(kāi)發(fā)功能原型。Scopy腳本環(huán)境提供了簡(jiǎn)單的預(yù)寫(xiě)代碼塊和可視化工具來(lái)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，不需要用戶大量編碼。這種環(huán)境可以開(kāi)發(fā)出比免編碼更加復(fù)雜的應(yīng)用，并且減少了對(duì)豐富編碼專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求。Analog Devices的AD-SWIOT1L-SL和Scopy工具帶來(lái)的免編碼/少編碼開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)包括：
更快的開(kāi)發(fā)速度：無(wú)需大量編碼，可以更快地開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。
提高可用性：這些平臺(tái)使非技術(shù)用戶能夠創(chuàng)建解決方案，而無(wú)需依賴(lài)專(zhuān)業(yè)程序員。
降低成本：減少對(duì)專(zhuān)業(yè)開(kāi)發(fā)人員的需求可以降低開(kāi)發(fā)成本。
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工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論