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Cet article décrit un projet de conception senior sur lequel ont travaillé des étudiants de la North Carolina State University (NCSU), dans lequel le boitier Analog Discovery 2 (AD2) est équipé de fonctionnalités supplémentaires adaptées à ses applications typiques au sein du laboratoire de conception senior de NCSU.
En raison de la popularité croissante de la tendance BYOD (bring-your-own-device), les étudiants ont tendance à apporter leurs propres ordinateurs portables et le boitier Analog Discovery 2 (AD2) au laboratoire. Ainsi, l'objectif de ce projet était de créer un module complémentaire qui permet aux étudiants d'équiper leurs appareils personnels avec les fonctionnalités de l'équipement de laboratoire, leur permettant de mettre en place un environnement de banc d'essai capable d'accélérer le processus de prototypage avec le confort de leurs propres appareils.
La carte complémentaire permettrait aux étudiants d'ignorer le développement de bas niveau entourant la mise en œuvre d'un capteur et d'évaluer immédiatement sa fonction pour voir s'il répond à leurs besoins, ce qui pourrait réduire les semaines de R&D. Une fois qu'un capteur est choisi, les étudiants peuvent se concentrer sur leur propre produit, sachant qu'ils ont choisi un appareil qui fournit des données utiles.
Pour offrir le meilleur produit possible, une enquête a été envoyée aux étudiants et aux professeurs du département ECE du NCSU. Cela leur a permis de signaler les fonctionnalités qui, selon eux, manquaient dans un AD2 autonome, parmi lesquelles les meilleures réponses ont été collectées et formées dans la base de ce projet. Les principales caractéristiques sont : l'augmentation de la puissance disponible, la surveillance du courant, l'ajout de 8 entrées analogiques supplémentaires, la fourniture de connecteurs communs et la mise à disposition d'une bibliothèque de scripts WaveForms pour les capteurs communs. De plus, la carte a été conçue physiquement pour être suffisamment petite pour rester attachée à l'AD2 dans son boîtier d'origine.
Augmentation de la puissance disponible
L'AD2 tire son alimentation soit du port USB qu'il utilise pour communiquer avec un ordinateur hôte, pour un total de 0,5 W par canal, soit d'un adaptateur mural connecté via une prise cylindrique, pour un total de 2,1 W par canal. La sortie de courant totale est de 700 mA dans les deux sens et est sauvegardée par des circuits de protection contre les surintensités et les surtensions pour éviter d'endommager les composants internes de l'AD2.
Tout niveau d'alimentation supérieur doit provenir de l'extérieur, de sorte que la carte d'extension comprend un convertisseur abaisseur LM2569. Sa plage d'entrée est de 3 V à 40 V, avec une sortie réglable entre 1,5 V et 1,5 V de moins que l'entrée. Il est conçu pour un courant maximum de 3 A. Grâce à lui, des appareils de puissance supérieure tels que des servos, des bandes LED ou des écrans peuvent être testés via le logiciel WaveForms.
Surveillance actuelle
L'AD2 ne peut mesurer que des tensions de ±50 V via ses deux canaux d'oscilloscope. Afin de prendre en charge la surveillance du courant et de la puissance, une résistance shunt/amplificateur de détection de courant (INA190A1IDCKR) et un capteur à effet hall (TMCS1108A4UQDR) sont inclus dans la carte d'extension. La résistance shunt/amplificateur de détection de courant est destiné à mesurer des courants jusqu'à 1,32 mA avec une sensibilité de 128 nA tandis que l'effet hall mesure jusqu'à 10,75 A avec une sensibilité de 0,8 mA.
Entrées analogiques supplémentaires
L'oscilloscope de l'AD2 dispose de deux canaux de sonde différentiels fonctionnant jusqu'à 100 Méch./s avec une plage de 14 bits. Pour augmenter le nombre d'entrées analogiques, la carte d'extension contient deux ADC 12 bits (ADS1015IRUGR), utilisables comme quatre canaux de sonde différentiels ou huit canaux de sonde asymétriques. Les puces communiquent via I²C et fonctionnent entre 128 S/s et 3,3 kS/s.
Connecteurs communs
L'AD2 utilise un connecteur standard à 30 broches pour donner accès à ses fonctions d'alimentation, analogiques et numériques. Pour étendre cette connexion à 30 broches et pour augmenter la facilité de communication entre les capteurs communs et l'AD2, divers connecteurs sont placés autour de la carte d'extension. Il s'agit de deux BNC, d'un connecteur Grove, d'un connecteur Qwiic et de 5 connecteurs Pmod, illustrés dans le schéma fonctionnel de la carte d'extension ci-dessous.
Bibliothèques de scripts de formes d'onde
À l'aide des espaces de travail WaveForms, des "préréglages" pour divers capteurs, principalement des Pmods, ont été créés et mis à la disposition de l'utilisateur. Un fichier readme global fournit des instructions sur le téléchargement et la configuration d'un espace de travail, avec des détails spécifiques au capteur expliqués dans l'espace de travail. De cette façon, un étudiant peut facilement configurer et utiliser un capteur, ce qui lui permet de se concentrer sur la sortie de données du capteur et d'évaluer son utilité.
Crédits : @ Digilent inc. https://digilent.com/blog/facilitating-sensor-communication-through-ad2-using-an-expansion-board/