Автономный логгер для мультиметра UNI-T UT61E

Мультиметр UNI-T UT61E, как известно, имеет возможность подключения к ПК с помощью интерфейса RS-232, для вывода показаний на экран и записи логов измерений. Но для записи логов требуется держать включенными ПК или ноутбук, что не всегда удобно.

Возникла мысль сделать автономный логгер с питанием от повербанка и записью на SD карточку. Осторожно, может потребоваться 3Д-принтер, но это не точно.

Для передачи данных на компьютер используется связка между инфракрасным светодиодом на мультиметре и фотоприемником на интерфейсном кабеле. Сделано так для безопасности — гальваническая развязка.

Счастливые обладатели UT61E конечно помнят достаточно неудобный кабель RS-232 с ИК приемником из комплекта мультиметра. К нему еще требуется переходник для подключения к USB порту, хотя если у вас в ПК есть COM-порт, то можно и без него.

На первом этапе избавимся от этого кабеля и перейдем на разъем Type-C. На Али была найдена недорогая плата UART-Type-C на контроллере CH340. Она так и ищется в поиске алиэкспресса «ttl CH340 type-c». Например https://aliexpress.ru/item/1005003068458160.html

Перерезаем дорожку к 3.3В, и ставим перемычку на 5В.

Разбираем ИК приемник методом расковыривания, он заклеен по периметру, но не сильно. Исходная схема ИК приемника имеет вид:

Вместо конденсатора С202 ставим перемычку, резистор R204 меняем на 1.5кОм, еще надо добавить СМД транзистор типа BC847 (практически любой npn) и резистор 10кОм, чтобы получить схему:

Пример моей платы:

В принципе после переделки можно ИК приемник поставить в родной корпус, вывести хвост и закатать UART в термоусадку. У меня так оно и жило некоторое время.

В 3Д редакторе был нарисован новый корпус для двух платок. К ИК приемнику припаиваем 3 провода, выводим их на другую сторону и вставляем его с одной стороны.

Подключаем плату UART согласно схемы, устанавливаем. Я по периметру приклеил её суперклеем, и сверху приклеил крышку, чтобы Type-C кабель не выворачивал плату из корпуса. Крышку для ИК приемника клеить не надо, нормально держится сама.

И да, черный 6-пиновый разъем на конверторе лучше перепаять так, чтобы он торчал за край платы на пару мм, заподлицо с корпусом, это нам пригодится в дальнейшем. На картинке справа видно, что я это не сделал и залил все клеем, не повторяйте моих ошибок.

Вот мы и подошли к концу первой части, устройство собрано, вставлено в мультиметр,

И передает данные на компьютер.

Для логгера нам понадобится 2 платы: какая-нибудь ардуино про мини и адаптер для microSD Card.

Адаптер я купил локально, остальные детали у меня были и месяц ждать не хотелось.

Подобный https://aliexpress.ru/item/1005001309671718.html

На волне подорожания ардуин я купил несколько плат LGT8F328P, их несколько разных видов, у меня самая мелкая LGT8F328P-SSOP20. https://aliexpress.ru/item/1005001274098707.html И да, они тоже подорожали, я брал их по 100 р.

В общем нарисовал корпус для логгера – он состоит из двух склеиваемых частей, чтобы печатать без поддержек. Я печатаю PET-G и на нем поддержки убирать довольно тяжело, поэтому стараюсь их по возможности избегать.

Помните про черный 6-пиновый разъем, который я не перепаял, чтобы он торчал подальше? Из-за того, что он утопает в корпусе, ответная гребенка до него достает плохо и мне пришлось передвинуть пины в пластиковом держателе.

А вам придется их укоротить со стороны пайки до 2х мм, чтобы гребенка вошла на свое посадочное место.

Припаиваем к гребенке провода и вклеиваем её в первую часть корпуса, используя изготовленную ранее деталь как направляющую.

Между ардуиной и модулем SD классическое соединение SPI:

SD_Card		Arduino

MOSI		D11

MISO		D12

SCK		D13

CS		D9 (можно использовать любой, поправив в коде)

Обратите внимание на упор, помеченный красной стрелкой. Моя LGT8F328P имеет длину около 31 мм, а классические китайские про мини около 33мм, для их установки данный упор надо выломать.

Заливаем прошивку, проверяем, если всё в порядке – склеиваем.

Стоит, мигает.

Для работы нам потребуется microSD (или SD, если вы купили адаптер под неё) карта до 4ГБ, отформатированная в FAT16.

Имя файла генерируется автоматически при подаче питания, пока питание не снято, запись ведется в один и тот же файл

Пишутся только измерения напряжения или тока, в формате csv. Измерения частоты, сопротивления, ёмкости игнорируются, я не смог для себя придумать сценарий их логирования. В прошивке можно настроить разделитель целой и дробной части числа (точка или запятая).

Строка записи имеет вид:

00:01:23;1.2345;V

Первый столбец — время, затем измеренное значение и единицы измерения. Положительные и отрицательные значения отображаются соответствующим знаком, при измерении переменных напряжений и токов знака нет никакого.

Управление записью реализовано с помощью кнопок и переключателя мультиметра.

Чтобы начать запись на SD карточку нужно поставить и снять Hold (нажать 2 раза), так же Hold ставит запись на паузу, снятие с Hold продолжает запись на карту, при этом отсчёт времени начинается заново.

При паузе на Hold можно вытаскивать и возвращать карту.

Мультиметр передает показания с частотой примерно 2 раза в секунду (чуть чаще), при длительных измерениях создается много строк в файле. Для уменьшения объема данных была реализована возможность выбора периодичности записи на карту, для этого переключатель мультиметра ставим в положение -||- (ёмкость) и нажимая кнопку Range выбираем период согласно таблице.

Нажатие   Частота_Записи    На_Экране       

          (примерно)

1         2 раза в сек      auto

2         2 раза в сек      manu 0.000nF

3         1 раз в сек       manu 0.00nF

4         1 раз в 5 сек     manu 0.0000uF

5         1 раз в 10 сек    manu 0.000uF

6         1 раз в 30 сек    manu 0.00uF

7         1 раз в мин       manu 0.0000mF

8         1 раз в 3 мин     manu 0.000mF

9         1 раз в 5 мин     manu 0.00mF

Работу устройства можно оценить по миганию светодиода, который по умолчанию подключен к 13 пину на плате ардуино. Он загорается при обращении к SD карточке. При нормальной работе это короткие вспышки в момент записи. Если светодиод циклично загорается на 2 сек, то это значит адаптер не видит вставленную карту памяти, или она не вставлена.

Программа логгера работает и на ардуино про мини (на ней и велась отладка) и на LGT8F328P-SSOP20.

Программист я не настоящий, приветствуется тестирование и отлавливание багов.

/*

Программа записи логов с мультиметра UNI-T UT61E

klimoff@gmail.com   февраль 2023

SD карта до 4ГБ, форматировать в FAT16

=================================================================

== ЧТОБЫ НАЧАТЬ ЗАПИСЬ НА SD CARD нужно поставить и снять HOLD ==

=================================================================

HOLD ставит запись на паузу, снятие с HOLD продолжает запись на SD Card

При паузе на HOLD можно вытаскивать и возвращать карту

Имя файла генерируется автоматически при подаче питания, пока питание не снято, запись ведется в один и тот же файл

Настройка частоты записи: переключатель мультиметра ставим в положение Ёмкость

Нажатие   Частота_Записи    На_Экране       

          (примерно)

1         2 раза в сек      auto

2         2 раза в сек      manu 0.000nF

3         1 раз в сек       manu 0.00nF

4         1 раз в 5 сек     manu 0.0000uF

5         1 раз в 10 сек    manu 0.000uF

6         1 раз в 30 сек    manu 0.00uF

7         1 раз в мин       manu 0.0000mF

8         1 раз в 3 мин     manu 0.000mF

9         1 раз в 5 мин     manu 0.00mF

т.к. мультиметр шлет ПРИМЕРНО 2 посылки в секунду (на самом деле чуть чаще), частота записи тоже не точная

просто при частоте, например "1 раз в мин", пишем на карту каждую 120-ю посылку

*/

#include <lgtx8p.h> // удалить при компиляции под ардуино

#include <arduino.h>

#include <SPI.h>

#include <SD.h>

#define digit_separator '.' // <---- НАСТРОЙКА РАЗДЕЛИТЕЛЯ ЦЕЛОЙ И ДРОБНОЙ ЧАСТИ ДЛЯ ЭКСЕЛЯ

#define PIN_CS 9 // SD Card SPI: MOSI D11, MISO D12,SCK D13, CS 9

#define _bs bit_is_set

byte b[14];  // буфер приема 14 байт

byte b_count = 0;    // счетчик байт в посылке

byte f_count = 0;    // счетчик в имени файлов

int cut = 0;        // прореживание посылок

int c_count = 0;    // счетчик прореживания посылок

int cutting[] = {0,1,10,20,60,120,360,600};

String file_name = "";      // имя файла

bool fl_start = false;          // флаг разрешения записи

bool fl_init_card = false;       // флаг инициализации карты после HOLD

unsigned long start_millis;



uint16_t b0()   // возвращает кол-во разрядов до точки

{

  if(b[6]==0xB)

  {

    if(b[0]==4) {return 100;} 

    else  {return 10000/(pow(10,b[0])); }

  }

  else if(b[6]==0xD)

  {

    if(b[0]==0) {return 100;}

    else  {return 10;}

  }

  else if(b[6]==0xF) 

  {

    if(b[0]==0) {return 1000;}

    else  {return 100;}

  }

  else if(b[6]==0x0) {return 1000;}

  else {return 1;}

}

String b15()   // возвращает измеренное число

{

  String ret = "";

  ret = b[1];

  if(b0()==10000) {ret += digit_separator;}

  ret += b[2];

  if(b0()==1000) {ret += digit_separator;}

  ret += b[3];

  if(b0()==100) {ret += digit_separator;}

  ret += b[4];

  if(b0()==10) {ret += digit_separator;}

  ret += b[5];

  if(b[7]==0x1 || b[7]==0x5) {return "ovl.";}

  else {return ret;}

}

String b6()   // возвращает единицы измерения

{

  if(b[6]==0xB) {if(b[0]==4){return "mV";} else {return "V";}}

  else if(b[6]==0xD) {return "uA";}

  else if(b[6]==0xF) {return "mA";}

  else if(b[6]==0x0) {return "A";}

  else {return " ";}

}

String b7()   // возвращает для DC + или -, для AC пробел 

{

  if(!_bs(b[7],2) && _bs(b[10],3) && !_bs(b[10],0)) {return "+";} // флаг НЕ минус, флаг DC и нет флага Hz

  else if(_bs(b[7],2) && _bs(b[10],3) && !_bs(b[10],0)) {return "-";} // флаг минус, флаг DC и нет флага Hz

  else {return " ";}

}

void find_name()  // ищем свободное имя файлу по порядку

{

  file_name="log_";file_name+=f_count;file_name+=".csv"; // длина имени не больше 8 знаков!

    while (SD.exists(file_name)) {

        f_count++;

        file_name="log_";file_name+=f_count;file_name+=".csv";

    }

    Serial.println("New file: " + file_name);

}

void sd_init()  // инициализируем модуль

{

  while(!SD.begin(PIN_CS)) {Serial.println("Card failed, or not present"); delay(1000);}

  Serial.println("Card initialized.");

}

String disp_time()  // время

{

  String time_string = "";

  unsigned long time_disp = (millis() - start_millis)/1000ul;

  int h = time_disp/3600ul; // Время работы

  time_string += h/10;

  time_string += h%10;

  time_string += ":";

  int m = (time_disp%3600ul)/60ul;

  time_string += m/10;

  time_string += m%10;

  time_string += ":";

  int s = (time_disp%3600ul)%60ul;

  time_string += s/10;

  time_string += s%10;

  return time_string;

}



void setup()

{

  Serial.begin(19230, SERIAL_7N1);

  pinMode(PIN_CS, OUTPUT);

  Serial.println("Start");

  sd_init();

  find_name();

}

void loop()

{

    if (_bs(b[11], 1)) {fl_start = true; fl_init_card = true;}          // ставим флаги при нажатии HOLD

    if (!_bs(b[11], 1) && fl_init_card) {sd_init(); start_millis = millis(); fl_init_card = false;}   // реинициализируем карту при отпускании HOLD

  while (Serial.available() > 0)

  {

    unsigned char in = Serial.read();

    b[b_count] = in;

    if (in != 'n' || in != 'r') {b[b_count] ^= 0x30;} // убираем 4 и 5 биты

    b_count++;

    if (in == 'n') // ловим конец пакета с данными

    {

      if(b[6]==0x6) {cut=c_count=cutting[b[0]]; fl_start = false;} // режим ёмкости, настройка частоты записи

      if((b[6]>=0xB || b[6]==0x0) && !_bs(b[10],0) && !_bs(b[11],1)) // режимы ток, напряжение, не Hz, не HOLD

      {

        c_count++;

        Serial.print(disp_time()+'t');Serial.print(b7());Serial.print(b15());Serial.print(b6()+'t');

        //for (int i = 0; i < 12; ++i) {Serial.print(b[i], HEX);} // HEX принятого пакета

        

        if(fl_start && c_count > cut)

        {

          File dataFile = SD.open(file_name, FILE_WRITE); // открываем файл на SD карте

          if (dataFile) // записываем строку в файл log_X.csv

          {     

              dataFile.println(disp_time()+";"+b7()+b15()+";"+b6()+";");

              dataFile.close();

              Serial.print("SD write "+file_name);

          }

          else {Serial.print("SD write ERRROR");}

          c_count=0;

        }

        Serial.println();

      }

      b_count = 0;

    }

  }

}

В общем порядок действий: вставляем отформатированную в FAT16 карту размером не больше 4Гб. Подаем питание. При желании выбираем периодичность записи. Переводим переключатель в измеряемое положение, нажимаем два раза Hold и запись пошла — светодиод дает короткие вспышки.

Программа и STL-файлы выложены для общей пользы на Яндекс-диск

Спасибо за внимание, надеюсь проделанная мной работа вам пригодится.