Mobil som oscilloskop: Gør det selv

Brug din mobil som oscilloskop: En guide til studerende og hobbyister

I elektronikverdenen er et oscilloskop et uundværligt værktøj. Det giver dig mulighed for at visualisere elektriske signaler over tid, hvilket er afgørende for fejlfinding, analyse og udvikling af elektroniske kredsløb. For mange studerende og hobbyister kan prisen på et professionelt oscilloskop dog være en betydelig barriere. Heldigvis er der en innovativ og budgetvenlig løsning: at bruge din smartphone som et oscilloskop. Med lidt hjælp fra en Raspberry Pi Pico kan du skabe et basalt, men funktionelt, oscilloskop, der er perfekt til at lære om og arbejde med mindre signaler.

Denne guide vil trin for trin vise dig, hvordan du kan realisere dette spændende projekt. Vi vil fokusere på at skabe en brugervenlig og lærerig oplevelse, der åbner op for en verden af muligheder for alle med en passion for elektronik.

Hvorfor bruge din mobil som oscilloskop?

Traditionelle oscilloskoper kan være dyre og fylde meget. Ved at udnytte den teknologi, vi allerede har i vores lommer – vores smartphones – kan vi opnå betydelige besparelser uden at gå på kompromis med den grundlæggende funktionalitet. Smartphones har kraftfulde processorer, farverige skærme og avancerede tilslutningsmuligheder, som alle kan udnyttes i dette projekt. Raspberry Pi Pico fungerer som hjernen i systemet, der indsamler og behandler signalerne, før de sendes til din mobil via USB for visning.

Nødvendige komponenter

For at komme i gang med dette projekt skal du bruge følgende komponenter:

• Raspberry Pi Pico: En lille, men kraftfuld microcontroller, der vil fungere som kernen i dit oscilloskop.
• Micro USB-kabel: Til at forbinde Raspberry Pi Pico til din computer (til programmering) og til din smartphone (til dataoverførsel).
• Mobiltelefon med USB OTG-understøttelse: De fleste moderne Android-telefoner understøtter USB On-The-Go, hvilket er nødvendigt for at din telefon kan fungere som en vært for Pico.
• Jumper-ledninger: Til at forbinde Pico til eventuelle sensorer eller målepunkter.
• Software: Du skal bruge et program på din computer til at programmere Pico'en (f.eks. Thonny IDE med MicroPython) og en passende app på din smartphone til at vise bølgeformerne.

Trin-for-trin guide

Trin 1: Forbered Raspberry Pi Pico

Først skal du sørge for, at din Raspberry Pi Pico er sat op med MicroPython. Hvis du ikke allerede har gjort det, kan du finde mange gode guides online til, hvordan du installerer MicroPython på din Pico. Når det er gjort, skal du downloade eller skrive den kode, der vil køre på Pico'en. Denne kode skal konvertere de analoge inputsignaler til digitale data og sende dem via USB.

Her er et simpelt eksempel på en MicroPython-kode, der kan bruges:

from machine import Pin, ADC import sys # Konfigurer ADC på pin 26 (GPIO26) # Du kan bruge andre ADC-pins afhængigt af din opsætning adc = ADC(Pin(26)) # Sæt attenutation for fuld 3.3V rækkevidde adc.attenuation(ADC.ATTN_11DB) while True: # Læs den analoge værdi (0-65535 for 12-bit ADC) value = adc.read_u16() # Send værdien som en streng via USB (seriel kommunikation) # Vi bruger "," som separator for nem parsing på mobilappen sys.stdout.write(str(value) + ",") sys.stdout.flush() 

Denne kode læser simpelthen den analoge værdi fra den valgte pin og sender den som en streng via den serielle port (USB). Hastigheden hvormed disse værdier sendes, vil påvirke den maksimale sample rate for dit oscilloskop.

Trin 2: Tilslutning til din smartphone

For at forbinde din Raspberry Pi Pico til din smartphone skal du bruge et USB OTG-kabel eller en adapter. Tilslut Pico'en til adapteren og derefter adapteren til din smartphone. Når Pico'en er forbundet, skal din smartphone genkende den som en USB-enhed.

Trin 3: Smartphone-applikationen

Nu skal du bruge en app på din smartphone, der kan modtage de serielle data fra Pico'en og visualisere dem som en bølgeform. Der findes flere apps, der kan gøre dette, men en populær løsning er at bruge en app, der er designet til at fungere med Arduino eller lignende microcontrollere via USB Seriel. Du skal muligvis finde eller udvikle en app, der specifikt kan parse MicroPython's output.

Nogle apps, der kunne være relevante (tjek kompatibilitet og funktioner):

• Serial USB Terminal apps (som kan vise rå data) og derefter bruge en anden app til at plotte dataene.
• Dedikerede IoT/Microcontroller-monitor apps der understøtter USB Seriel input.

Appen skal konfigureres til at læse serielle data fra USB-enheden (din Pico) og fortolke strengene som analoge værdier. Derefter vil den tegne disse værdier på en graf, der repræsenterer bølgeformen.

Begrænsninger og overvejelser

Det er vigtigt at forstå, at denne løsning har visse begrænsninger sammenlignet med et professionelt oscilloskop:

• Sample Rate: Raspberry Pi Pico's ADC og den serielle kommunikation via USB vil begrænse den maksimale sample rate. Dette betyder, at du kun kan måle signaler med lavere frekvenser præcist.
• Båndbredde: Ligesom sample rate vil den generelle båndbredde være begrænset.
• Input-område: Pico's ADC kan typisk kun håndtere signaler op til 3.3V. For at måle højere spændinger skal du bruge en spændingsdeler.
• Præcision: Nøjagtigheden af målingerne vil afhænge af Pico's ADC-opløsning (typisk 12-bit) og den software, du bruger.
• Støj: Der kan være introduceret støj fra den serielle kommunikation og appen.

Dette projekt er primært til uddannelsesmæssige formål. Det er en fantastisk måde at lære om oscilloskoper, signalbehandling og microcontrollere på, men det er ikke egnet til professionel eller kommerciel brug, hvor høj præcision og bred båndbredde er afgørende.

Tips til forbedring

Selvom dette er et basalt setup, er der måder at forbedre dets funktionalitet på:

• Forbedret Input Stage: Du kan bygge en simpel forstærker eller dæmper-kredsløb for at håndtere forskellige signaltyper og spændingsniveauer.
• Flere Kanaler: Hvis du bruger en Pico med flere ADC-inputs, kan du udvide projektet til at understøtte flere målekanaler.
• Mere Avanceret Software: Udvikling af en dedikeret app kan give bedre kontrol over sample rate, trigger-funktioner og datavisualisering.

Sammenligning med traditionelle oscilloskoper

Her er en simpel tabel, der sammenligner dette mobilbaserede oscilloskop med et traditionelt desktop oscilloskop:

Ofte stillede spørgsmål (FAQ)

Kan jeg måle højfrekvente signaler med dette setup?

Nej, dette setup er bedst egnet til lavfrekvente signaler (typisk under et par kHz) på grund af begrænsningerne i Raspberry Pi Pico's ADC og USB-kommunikation.

Hvilken app skal jeg bruge på min smartphone?

Der findes ikke én standardapp. Du skal muligvis eksperimentere med forskellige USB Seriel terminal-apps eller apps designet til microcontroller-kommunikation. Søg efter apps, der kan parse seriel data og plotte dem.

Hvordan forbinder jeg input-signalet til Pico'en?

Du forbinder signalet direkte til en af Raspberry Pi Pico's ADC-pins (f.eks. GPIO26, GPIO27, GPIO28). Husk at beskytte Pico'en mod spændinger over 3.3V.

Er dette sikkert at bruge med følsomme elektroniske komponenter?

For at være på den sikre side, anbefales det at bruge dette setup til at observere signaler fra simple kredsløb eller til læringsformål. Undgå at forbinde det direkte til komplekse eller potentielt skadelige kredsløb uden passende beskyttelseskredsløb.

Konklusion

At omdanne din smartphone til et oscilloskop ved hjælp af en Raspberry Pi Pico er et tilgængeligt og lærerigt projekt. Det giver en fantastisk mulighed for at udforske elektronik på et budget og forstå de grundlæggende principper bag signalmåling. Selvom det ikke kan erstatte et professionelt instrument, tilbyder det en unik og tilfredsstillende måde at engagere sig med hardware på. God fornøjelse med dit gør-det-selv oscilloskop-projekt!

Hvis du vil læse andre artikler, der ligner Mobil som oscilloskop: Gør det selv, kan du besøge kategorien Elektronik.