Проекты / Измерительная электроника

Многоканальная измерительная система E-NOSE V2

Измерительная система для многоканальных сенсорных элементов: аналоговый тракт, управление нагревом, прошивка, USB-обмен, калибровка и приложение для ПК.

Задача

Что нужно было решить

Нужно было собирать сигналы с высокоомных газовых сенсоров, управлять температурным режимом и дать исследователю инструмент для настройки, калибровки и записи данных.

Результат

До чего довели проект

Получилась рабочая измерительная платформа: сенсорный массив, аналоговый тракт, микроконтроллер, цифровая обработка, USB-протокол, GUI, логирование и калибровка связаны в один рабочий контур.

Материалы проекта

Фотографии и рабочие материалы

Инженерный контекст

Какие ограничения были важны

17 логических газовых каналов и два температурных канала

высокоомные сенсоры и несколько диапазонов усиления TIA

нагрев с обратной связью, PI-регулятором и ограничением скорости изменения температуры

постоянный обмен с ПК через USB CDC

Сделано

Что входило в работу

аналоговый фронтенд и коммутация измерительных каналов

прошивка STM32 с опросом ADC/SDADC, фильтрацией, расчетами и управлением нагревом

собственный бинарный протокол поверх USB CDC

хранение настроек, LUT и рабочих параметров во flash памяти

ПК-приложение на PyQt6 для графиков, логирования и калибровки

Подробности

Инженерное описание проекта

Состав системы

Проект построен вокруг микроконтроллера STM32, аналогового фронтенда с TIA, набора ключей переключения, температурных каналов и графического приложения для ПК.

17 газовых каналов и два температурных канала
выбор диапазона усиления для каждого газового канала
внешнее опорное напряжение и ref-измерения
управление нагревом с обратной связью

Прошивка и обмен с ПК

Прошивка переключает каналы, снимает данные с ADC и SDADC, применяет фильтрацию, рассчитывает температуры и сопротивления, управляет нагревом и передает поток данных на ПК.

Для обмена реализован легкий бинарный протокол поверх USB CDC: команды управления, чтение статуса, поток измерений, передача LUT и сохранение конфигурации.

Рабочий цикл измерений

Внутри прошивки измерения организованы циклически: переключение канала, сбор данных с ADC и SDADC, цифровая фильтрация, учет опорных измерений и расчет итоговых значений. В нормальном режиме поток данных для ПК идет с частотой 20 Гц, а внутренняя логика опроса и обработки работает быстрее.

температуры по двум каналам
данные по 17 газовым каналам
служебные ref-измерения
состояние нагрева и флаги ошибок

Хранение настроек

Во flash памяти сохраняются имя устройства, карта усилений, таблица сопротивлений обратной связи, активный температурный датчик, PI-параметры, температурные LUT, уставка, slew и другие рабочие параметры. После выключения прибор не теряет конфигурацию и запускается в предсказуемом состоянии.

Приложение и калибровка

Приложение подключается к прибору как к виртуальному COM-порту, показывает каналы на графике, выводит температуры и ошибки, позволяет менять карту усилений, настраивать нагрев, логировать данные в CSV и выполнять калибровку температурных каналов.

Что доступно пользователю

подключение прибора к ПК и запуск потока данных
просмотр 17 каналов на графике
контроль температуры, ошибок и duty нагрева
настройка карты усилений и расширенных параметров
логирование данных в CSV
калибровка температурных каналов по внешнему пирометру