Android On-The-Go (OTG) LC-Meter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Vor einigen Jahren baute ich ein LC-Meter basierend auf einem Open-Source-Design eines "Surprisingly Accurate LC meter" von Phil Rice VK3BHR unter

Hier wird ein modifiziertes Design vorgestellt, das auf einem Microchip PIC18F14K50 USB Flash Microcontroller basiert, der im On-The-Go (OTG) Modus mit einem Android-Handy verbunden ist. Das Telefon versorgt die Schaltung mit Strom und eine Android-Anwendung bietet die grafische Benutzeroberfläche (GUI).

Die Highlights des Designs sind:

1. Einzelmikrocontroller PIC18F14K50 mit USB-Schnittstelle und internem analogem Komparator
2. Einfacher C-Code auf dem Mikrocontroller, der einen Basisfrequenzzähler implementiert
3. GUI-Testcode in Qt Creator und Android-Anwendung mit Android Studio
4. Alle Berechnungen in höherer Sprache durchgeführt
5. Geringer Stromverbrauch ~ 18 mA bei +5V
6. Design verifiziert durch den Bau eines Steckbretts und einer technischen Einheit

Ich möchte die Verwendung des USB-Serial-Controllers für Android v4.5-Beispielcode bei der Implementierung der OTG-Konnektivität anerkennen.

Schritt 1: Betriebstheorie & Schaltplan

Funktionsprinzip

Das Grundprinzip der Funktionsweise basiert auf der Bestimmung der Resonanzfrequenz eines LC-Parallelschwingkreises.

Zum Ersatzschaltbild: Der interne Komparator ist als Oszillator aufgebaut, dessen Frequenz durch den LC-Parallelschwingkreis bestimmt wird.

L1/C7 bilden den Kernschwingkreis, der bei ~50 kHz schwingt. Nennen wir das F1

Ein Kondensator mit genauem Wert, C6, wird während des Kalibrierungszyklus parallel hinzugefügt. Die Frequenz ändert sich dann auf ~ 30 kHz. Nennen wir dies F2.

Die Resonanzfrequenz ändert sich, wenn entweder eine unbekannte Induktivität LX in Reihe mit L1 oder ein unbekannter Kondensator CX parallel zu C7 geschaltet ist. Nennen wir dies F3.

Durch Messung von F1, F2 und F3 ist es möglich, die unbekannte LX oder CX mit den gezeigten Gleichungen zu berechnen.

Die berechneten und angezeigten Werte für zwei Bedingungen 470 nF und 880 uH werden angezeigt.

Schaltplan

Der PIC18F14K50 ist eine Single-Chip-Lösung für das OTG-LC-Meter, da er einen internen Komparator bietet, der für den LC-Oszillator verwendet werden kann, und eine eingebaute USB-Schnittstelle, die den Anschluss an einen PC-USB-Port oder den Android Phone OTG-Port ermöglicht.

Schritt 2: Android-Anwendung

Betriebsschritte:

1. Nachdem Sie das Android-Telefon im Entwicklungsmodus eingerichtet haben, installieren Sie die app-debug.apk aus dem Softwareschritt mit einem PC und einem geeigneten USB-Kabel.
2. Verbinden Sie das LC-Meter über einen OTG-Adapter mit dem Android-Telefon.
3. Öffnen Sie die LC-Meter-Anwendung (Abbildung 1)
4. Drücken Sie die Connect-Taste, es erfolgt eine Verbindungsanfrage (Abbildung 2)
5. Drücken Sie bei offenen Sonden im C-Modus oder kurzgeschlossen im L-Modus auf Kalibrieren, was zu Bereit führt (Abbildung 3)
6. Schließen Sie im C-Modus einen unbekannten Kondensator (470 nF) an und drücken Sie Run, (Abbildung 4, 5).
7. Schließen Sie im L-Modus einen unbekannten Induktor (880 uH) an und drücken Sie Run (Abbildung 6, 7)

Schritt 3: Stromverbrauch

Der PIC18F14K50 ist ein USB-Flash-Mikrocontroller mit nanoWatt-XLP-Technologie.

Die drei Bilder zeigen die Stromaufnahme der LC-Meter-Hardware im OTG-Modus während verschiedener Betriebsphasen:

1. Wenn die Hardware mit dem Android-Telefon verbunden ist, die Anwendung jedoch nicht gestartet wird, 16,28 mA
2. Wenn die Anwendung gestartet wird und sich im RUN-Modus befindet, werden 18,89 mA
3. Nur für 2 Sekunden, wenn Kalibrierung eingeleitet wird, 76 mA (zusätzlicher Relaisstrom)

Insgesamt verbraucht die Anwendung beim Laufen weniger als 20 mA, was in der Größenordnung der "Taschenlampe" in einem Android-Telefon wäre.

Schritt 4: Hardware

Das PCB-Design wurde in Eagle-7.4 durchgeführt und die CAD-Dateien sind in. Zip-Form angehängt. Sie enthalten alle Angaben einschließlich der Gerber-Daten.

Für dieses Projekt wurde jedoch zuerst ein Steckbrettmodell hergestellt. Nach Fertigstellung der Schaltung wurde das Detaildesign in CADSOFT Eagle 7.4 durchgeführt und die Leiterplatte im Toner-Transfer-Verfahren hergestellt.

Tests auf Kartenebene wurden mit der Qt-Testsoftware durchgeführt, bevor die Karte in das Kunststoffgehäuse verpackt wurde.

Die Herstellung und Prüfung von zwei Einheiten hilft bei der Validierung der Wiederholbarkeit des Designs.

Schritt 5: Software

Dieses Projekt umfasste die Entwicklung von Code auf drei Entwicklungsplattformen:

1. Die Entwicklung des eingebetteten Codes für den Mikrocontroller PIC18F14K50
2. PC-basierter Test/unabhängige Anwendung in Qt unter Linux
3. Android-Anwendung mit Android Studio unter Linux

Mikrocontroller-Code

Der C-Code für den PIC18F14K50 wurde unter MPLAB 8.66 mit dem CCS-C WHD Compiler entwickelt. Der Code und die Fuze-Datei sind angehängt:

1. 037_Android_2_17 Sept. 17.rar
2. PIC_Android_LC-Meter.hex (öffnen in MPLAB mit einer Prüfsumme 0x8a3b)

Qt-Testanwendung unter Linux

Eine Qt-Testanwendung wurde unter Qt Creator 4.3.1 mit Qt 5.9.1 unter "Debian GNU/Linux 8 (jessie)" entwickelt. Der Code ist angehängt:

Aj_LC-Meter_18 Sept. 17. Zip

Dies kann als unabhängige PC-basierte Anwendung mit der LC-Meter-Hardware verwendet werden

Android-Anwendung unter Linux

Entwickelt unter Android Studio 2.3.3 mit SDK 26.0.1.

Getestet auf Android-Handy, Radmi MH NOTE 1LTE mit Android-Version 4.4.4 KTU84P

LC-Meter_19 Sept. 17.zip

apk-Datei app-debug.apk