Осциллограф из телефона. Создание осциллографа из смартфона: пошаговое руководство

alexxlabРазное
Как превратить смартфон в полноценный осциллограф. Какие компоненты потребуются для сборки. Какое программное обеспечение использовать. Как настроить и откалибровать самодельный осциллограф.

Содержание

Что такое осциллограф и зачем он нужен

Осциллограф — это измерительный прибор, который позволяет визуализировать форму электрических сигналов, отображая зависимость напряжения от времени. Он используется для:

  • Анализа формы сигналов
  • Измерения амплитуды, частоты и других параметров сигналов
  • Поиска неисправностей в электронных схемах
  • Настройки и калибровки электронного оборудования

Профессиональные осциллографы довольно дороги, поэтому создание бюджетной альтернативы на базе смартфона — отличное решение для домашних мастеров и радиолюбителей.

Преимущества самодельного осциллографа на базе смартфона

Использование смартфона в качестве основы для осциллографа дает ряд преимуществ:

  • Низкая стоимость по сравнению с профессиональными приборами
  • Компактность и портативность
  • Возможность сохранения и передачи данных
  • Простота обновления программного обеспечения
  • Наличие сенсорного экрана для удобного управления

При этом такой самодельный осциллограф вполне подходит для многих базовых измерений и анализа сигналов.


Необходимые компоненты для сборки

Для создания осциллографа на базе смартфона потребуются следующие компоненты:

  • Смартфон на Android или iOS
  • Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
  • Микроконтроллер для обработки сигнала
  • Операционный усилитель
  • Резисторы и конденсаторы
  • Соединительные провода и разъемы
  • Макетная плата
  • Корпус для устройства

Ключевым элементом является АЦП, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой для обработки микроконтроллером.

Схема подключения компонентов

Принципиальная схема подключения основных компонентов выглядит следующим образом:

  1. Входной сигнал подается на операционный усилитель для усиления и согласования уровней
  2. С выхода усилителя сигнал поступает на вход АЦП
  3. АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой код
  4. Микроконтроллер считывает данные с АЦП и передает их на смартфон
  5. Смартфон обрабатывает полученные данные и отображает осциллограмму

Важно обеспечить надежное экранирование для защиты от помех. Все соединения должны быть как можно короче.

Выбор программного обеспечения

Для работы самодельного осциллографа потребуется специальное программное обеспечение. Популярные варианты:


  • Oscilloscope Pro (Android)
  • Scope (iOS)
  • Keysight Oscilloscope (Android, iOS)
  • Oscillo (Android)

Выбирайте приложение, поддерживающее вашу модель смартфона и аппаратную часть самодельного осциллографа. Обратите внимание на такие функции, как автоматические измерения, захват сигнала, режимы отображения и т.д.

Сборка и подключение компонентов

Порядок сборки осциллографа:

  1. Разместите компоненты на макетной плате согласно принципиальной схеме
  2. Выполните пайку соединений
  3. Подключите входные разъемы для измерительных щупов
  4. Соедините микроконтроллер с разъемом смартфона (USB или Bluetooth)
  5. Поместите собранную схему в корпус
  6. Установите приложение осциллографа на смартфон

Будьте внимательны при монтаже, следите за правильной полярностью компонентов. Используйте качественные провода и разъемы для надежного соединения.

Калибровка и настройка осциллографа

После сборки необходимо выполнить калибровку осциллографа:

  1. Подайте на вход сигнал известной амплитуды и частоты
  2. Сравните показания самодельного осциллографа с эталонным прибором
  3. Выполните программную коррекцию масштаба по вертикали и горизонтали
  4. Проверьте точность измерений в разных диапазонах
  5. При необходимости откорректируйте настройки усиления и смещения

Правильная калибровка обеспечит достоверность измерений. Периодически проверяйте и корректируйте калибровку.


Использование самодельного осциллографа

Основные этапы работы с осциллографом на базе смартфона:

  1. Подключите щупы к исследуемой схеме
  2. Запустите приложение осциллографа на смартфоне
  3. Настройте временную развертку и масштаб по вертикали
  4. Выберите режим синхронизации
  5. Наблюдайте форму сигнала на экране
  6. При необходимости используйте курсоры для измерений
  7. Сохраните осциллограмму или сделайте скриншот

Изучите все функции используемого приложения для эффективной работы с осциллографом. Соблюдайте технику безопасности при измерениях.

Ограничения самодельного осциллографа

При использовании самодельного осциллографа на базе смартфона следует учитывать некоторые ограничения:

  • Меньшая полоса пропускания по сравнению с профессиональными приборами
  • Ограниченный динамический диапазон входного сигнала
  • Возможные помехи от работы самого смартфона
  • Зависимость от заряда батареи смартфона
  • Отсутствие специализированных функций дорогих осциллографов

Несмотря на эти ограничения, самодельный осциллограф вполне пригоден для многих любительских и образовательных задач.


Возможные улучшения конструкции

Для повышения функциональности самодельного осциллографа можно реализовать следующие улучшения:

  • Добавление второго измерительного канала
  • Использование более быстрого АЦП для расширения полосы пропускания
  • Реализация функции генератора сигналов
  • Добавление логического анализатора
  • Улучшение входной защиты от перегрузок
  • Создание автономного питания от аккумулятора

Выбирайте улучшения исходя из ваших потребностей и имеющихся ресурсов. Не забывайте про совместимость новых компонентов.


Сотовый телефон — вольтметр и осциллограф

   В статье описана приставка к сотовому телефону фирмы Siemens, позволяющая увидеть на его экране осциллограмму поданного на вход приставки сигнала с соблюдением масштаба по осям времени и напряжения. Подобным образом можно использовать и другие сотовые телефоны, имеющие последовательный порт и поддержку Java версии MIDP 2.0.

   Сотовый телефон стал привычным предметом повседневной жизни, и многие не подозревают, что это — довольно мощный компьютер (тактовая частота процессоров некоторых телефонов превышает 100 МГц) с цветным экраном, клавиатурой и неплохими звуковыми возможностями. Многие телефоны снабжены последовательным портом, к которому имеется программный доступ от Java-приложений (мидлетов) при наличии поддержки Java (платформа J2ME) и MIDP 2.O. Через этот порт можно взаимодействовать с различными внешними устройствами, значительно расширяя стандартный набор функций сотового телефона. Среди изделий фирмы Siemens спецификацию MIDP 2. 0 поддерживают сотовые телефоны серий 65, 75 (например, М65, S75).

   Предлагаемая приставка превращает сотовый телефон в своеобразный осциллограф с входным сопротивлением 1 МОм, скоростью развертки 0,001… 1 с/дел и чувствительностью 0,5…50 В/дел. Среднее значение входного сигнала (его постоянная составляющая) выводится на экран в цифровой форме

   Приставкой, схема которой изображена на рисунке, управляет МК PIC16F688 (DD2), имеющий в своем составе блоки АЦП и контроллера последовательного порта. К сожалению, встроенный АЦП работает довольно медленно, но для низкочастотного осциллографа его скорость (максимальная частота дискретизации — десятки килогерц) вполне достаточна.

   В отличие от уровней сигналов, принятых в стандарте RS232, для последовательного порта сотового телефона характерны обычные для логических микросхем уровни: лог. 0 — около 0 В, лог. 1 — не менее 3,6 В. Это упрощает сопряжение телефона с МК, позволяя соединять их непосредственно. Скорость обмена информацией выбрана равной 9600 Бод. При большем ее значении некоторые модели и экземпляры телефонов работают неустойчиво. Светодиод HL1 светится в момент передачи пакета от микроконтроллера в телефон.

   Приставка получает питание от телефона. Поскольку выводы 5-7 разъема XS1, соединяемого с системным разъемом телефона, соединены с общим проводом, контроллер телефона считает, что к нему подключен дата-кабель DCA-500 и подает на вывод 1 этого разъема напряжение 3,6 В от своей аккумуляторной батареи. Отрицательное напряжение для питания ОУ приставки получено с помощью преобразователя полярности DA3. На параллельном стабилизаторе напряжения DA1 и ОУ DA2.2, включенном по схеме повторителя, выполнен источник образцового напряжения 2,5 В.

   На мультиплексоре DD1 и ОУ DA2.1 собран электронный аттенюатор, позволяющий изменять чувствительность прибора в зависимости от кода, который МК устанавливает на адресных входах мультиплексора (выводы 9 и 10 DD1). Мультиплексор переключает резисторы R1- R3 в цепи обратной связи ОУ, сопротивление которых должно с высокой точностью соответствовать указанному на схеме. При коде 00 на адресных входах мультиплексора сигнал, поданный на разъем XW1, передается на выход ОУ DA2.1 без изменения. При других значениях кода входной сигнал ослабляется в 10, 100 или 1000 раз. Последнее значение не используется из-за недостаточной электрической прочности резистора R4 и конденсатора С1. Диоды VD1-VD4 ограничивают напряжение на выводе 13 мультиплексора на уровне 1,2 В (по абсолютному значению). Каскад на ОУ DA2.3 смещает уровень поступающих на вход AN1 МК сигналов так, чтобы нулевому напряжению на разъеме XW1 соответствовала середина шкалы АЦП.

   Работой осциллографа управляет мидлет (программа на языке Java), загружаемая в сотовый телефон в виде jar-файла. Этот мидлет отвечает за управление режимом работы, изменение масштаба по осям времени и напряжения и отображение информации, поступающей от приставки. Управление приставкой производится путем передачи ей управляющих байтов. Три младших разряда байта содержат код, задающий частоту запуска АЦП, а два старших — положение электронного аттенюатора. Остальные разряды не используются. В случае приема управляющего байта, равного нулю, приставка работает в режиме «холостого хода», не передавая информацию в телефон.

   Работа с последовательным портом в J2ME организована через интерфейс CommConnection, а сам порт имеет имя СОМ0. Прежде чем передавать и принимать информацию, необходимо с помощью метода Connection.open установить соединение. Во избежание блокировки приложения во время обмена информацией все операции чтения из порта и записи в него вынесены в отдельный поток Подробнее о работе с после довательным портом сотового телефона можно прочитать в интернет-публикации «Using Serial on Motorola J2ME handsets» — .

   МК приставки, получив управляющий байт, устанавливает заданный режим работы электронного аттенюатора, а затем с заданной частотой запускает АЦП и записывает результаты его работы во внутренний буфер По заполнении буфера МК останавливает АЦП и передает в сотовый телефон байт синхронизации, а за ним — содержимое буфера. Получив эту информацию, телефон отображает ее в виде кривой на экране, подсчитывает и выводит на экран среднее значение напряжения.

   Если осциллограф работает в режиме автоматического выбора масштаба по напряжению (на экран выведена буква А), то при среднем значении напряжения, близким к нулевому или к максимально допустимому, телефон сформирует управляющий байт с измененным в соответствующую сторону кодом положения аттенюатора. Но повлияет это уже на следующий цикл измерения.

   Осциллографом управляют с помощью джойстика сотового телефона: его перемещение по вертикали и горизонтали изменяет масштаб осциллограммы по соответствующей оси. Включение автоматического выбора масштаба и выход из приложения — через меню.

   Программу для сотового телефона устанавливают в него как обычное Java-приложение. Достаточно скопировать файлы osc.jar (скомпилированная программа) и osc.jad (ее описание) в созданный в памяти телефона каталог java/osc. Это делают с помощью прилагаемого к телефону специального программного обеспечения. После запуска приложения телефон задаст вопросы о разрешении доступа к порту сотО и к аксессуару. Необходимо утвердительно ответить на оба.

   Приставка собрана навесным монтажом на макетной плате, печатная не разрабатывалась. РазъемXS1 -специальный для подключения к сотовому телефону. Такими разъемами снабжены гарнитуры и зарядные устройства. Входной разъем XW1 — СР-50-73Ф или импортный серии BNC.

   Вместо микросхемы TL431 можно использовать КР142ЕН19, а вместо К561КП2 — CD4052. ОУ AD8054 заменит любой другой счетверенный с малым потребляемым током, например МС3403.

   Перед началом работы с осциллографом необходимо при закороченном входе приставки подстроечным резистором R11 добиться нулевого среднего значения напряжения, выведенного на экран телефона.

   Программы для микроконтроллера приставки и сотового телефона можно скачать здесь .

   Автор: С. Кулешов, г. Курган

9 полезных самоделок из смартфона | Сделай Сам — Своими Руками

Умный сотовый телефон или смартфон сочетает в себе гораздо более широкие функции чем вы догадываетесь. Этот микрокомпьютер можно использовать как измерительный центр, он способен заменить порядка 10 измерительных приборов и более. Вот лишь небольшой перечень самоделок, благодаря котором возможно применить смартфон совершенно в другой области с пользой для домашнего мастера.

Как превратить смартфон в осциллограф

Для контроля и визуализации низкочастотных сигналов отлично подойдет осциллограф сделанный из смартфона. Сам телефон не нужно переделывать и вскрывать, достаточно собрать внешнюю примочку. Подробнее читайте тут — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/5269-prostoj-samodelnyj-oscillograf-iz-smartfona.html

Как сделать детектор скрытой проводки из смартфона

Найти проводку в стене можно без дорогостоящего оборудования. Достаточно установить соответствующее ПО на телефон, подробнее тут — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/5813-detektor-skrytoj-provodki-iz-smartfona. html

Делаем тестер из телефона

Для прозвонки цепей на замыкание можно использовать смартфон с самодельной приставкой в качестве тестера — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/3924-tester-iz-smartfona.html

Универсальный пульт управления для любого устройства из смартфона

С помощью телефона можно управлять абсолютно любым устройством, достаточно сделать простой ИК передатчик и установить приложение — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/4029-universalnyy-ik-pult-iz-smartfona.html

Как сделать антенну для смартфона за пару минут

Улучшить прием сотового сигнала можно простым способом — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/4391-antenna-dlya-smartfona-za-3-minuty.html

Прибор ночного видения из мобильного телефона своими руками

Если у вас завалялся ненужный смартфон, то его можно запросто превратить в настоящий прибор ночного видения, который способен работать в 100% темноте — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/5159-pribor-nochnogo-videnija-iz-mobilnogo-telefona-svoimi-rukami. html

Как превратить смартфон в металлоискатель за 1 минуту

Искать в стене арматуру, искать в земле металлические предметы — все это можно делать при помощи вашего телефона — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/5497-kak-prevratit-smartfon-v-metalloiskatel-za-1-minutu.html

Как наделить любой телефон функцией беспроводной зарядки

Ваш телефон не имеет функцию проводной зарядки? Добавить ее можно простой доработкой — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/6082-kak-nadelit-ljuboj-telefon-funkciej-besprovodnoj-zarjadki.html

Как сделать переходник для подключения флешки и других устройств к смартфону

Чтобы обмениваться файлами через флешку, либо подключить клавиатуру, мышь и камеру, можно при помощи самодельного переходника — https://sdelaysam-svoimirukami.ru/6133-kak-sdelat-perehodnik-dlja-podkljuchenija-fleshki-k-smartfonu.html

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Портативный осциллограф (и не только) | Покит Инновации

ОСВОБОДИТЕ СЕБЯ ОТ СКАМЬИ

Pokit Innovations меняет индустрию испытаний и измерений электроники. Наше испытательное оборудование чрезвычайно портативно, универсально, точно и доступно по цене.

Купить сейчас

Pokit Pro собрал более 1,5 миллиона долларов на Kickstarter и IndieGoGo

Портативный осциллограф (и не только) для измерений в дороге.

Pokit освобождает вас от скамейки и позволяет вам творить где угодно.

С Pokit вы действительно можете измерить что угодно и где угодно.

Pokit — идеальный инструмент для производителей, техников и инженеров, которым нужно отличное испытательное оборудование по доступной цене.

Наш Pokit Pro работает как автономный портативный осциллограф. Он подключается непосредственно к вашему телефону, чтобы вы могли хранить текущие измерения, обмениваться результатами и удаленно сотрудничать.

  • Универсальный мультиметр, осциллограф (в режиме реального времени) и регистратор
  • Стиль ручки, который помещается в вашем кармане
  • Подключается к телефону через Bluetooth
  • КАТ III, 600 В, 10 А
  • Многоканальность (до 4 устройств)
  • Подходит для дома с сетевым напряжением DIY, полевой техники и т. д.

Предзаказ

1 год гарантии / 30-дневная гарантия возврата денег

  • Многофункциональный мультиметр, осциллограф (одноразовый) и регистратор
  • Подходит для вашего брелка, так что вы можете взять его куда угодно
  • Подключается к телефону через Bluetooth 60 В постоянного тока, 42 В переменного тока, 2 А
  • Подходит для низковольтной электроники (Arduino, Raspberry Pi), автомобильных приложений и т. д.

купить сейчас

Аксессуары

Ознакомьтесь с полным ассортиментом аксессуаров Pokit Meter и Pokit Pro.

Посмотреть аксессуары

Комплекты

У нас есть комплекты Pokit Meter и Pokit Pro, соответствующие всем вашим требованиям к тестированию.

Посмотреть пакеты

«Если этого недостаточно, гаджет работает как регистратор и может записывать данные до 12 месяцев в автономном режиме. Благодаря небольшому форм-фактору его можно разместить внутри электрического шкафа, автомобиля или даже робота».

Джереми Кук @ Hackster.io

«Минималистский дизайн устраняет необходимость в циферблатах и ​​ручках, он крепится к 2 зажимам для датчиков и поставляется в комплекте с удобной дорожной сумкой».

Джулиан Хорси @ Geeky Gadgets

«Вы вряд ли найдете более широкий набор инструментов в более удобном пакете где-либо еще».

Тайлер Вайнгарнер @ Make Magazine

«Pokit мал во многих отношениях. Он занимает меньше места, меньше весит, потребляет меньше энергии и стоит гораздо меньше, чем инструменты с аналогичными возможностями. На самом деле, он называется Pokit, потому что он настолько мал, что помещается в вашем кармане».

Дэвис @ Hacker House

«Pokit Meter выглядит как отличный портативный и функциональный инструмент. Мне нравится, что он поставляется с сумкой для переноски, а датчики убираются внутрь корпуса измерителя. »

Том Спендлов @ engineering.com