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20 分钟

使用EZO-DO™和ATmega328P测定液体中的溶解氧水平

符合ISO 5814标准的嵌入式溶解氧电路

EZO Carrier Click - Oxygen with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

EZO Carrier Click - Oxygen

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

准确测量溶解在液体(如水)中的氧气量,轻松完成监测水族箱水质或进行需要精确氧气测量的科学实验等任务。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

EZO Carrier Click - Oxygen 基于Atlas Scientific的EZO-DO™,这是一款符合ISO 5814标准的嵌入式溶解氧电路板。它允许您将任何电化探头连接起来,通过将探头浸入您想测量氧气的溶液中,来确定液体中的溶解氧。EZO Carrier Click - Oxygen 配备了BNC连接器,用于连接合适的探头,MIKROE也提供这种探头。由于EZO-DO™需要与主机MCU隔离,因此该Click™板配备了Skyworks的双向隔离器Si8400AB。该隔离器提供标准的双向和I2C通信,时钟频率高达1.7MHz。EZO-DO™电路是一个非

常敏感的设备,其灵敏度使其具有高精度。它可以读取来自非自然来源(如泵、电磁阀或其他探头/传感器)渗入水中的微电压。为了消除电噪声,除了Si8400AB隔离器外,电源电压也被隔离。为此,该Click™板配备了Recom的ROE-0505S DC/DC转换器。EZO-DO™具有灵活的校准协议,允许进行单点、两点或三点校准,并且应考虑温度补偿。EZO-DO™具有睡眠模式、连续操作、查找功能、导出/导入校准、模块状态LED等多种功能。EZO Carrier Click - Oxygen 可以使用标准的2线UART接口与主机MCU通

信,默认波特率为9600bps。在使用UART接口时,您可以使用我们提供的库或简单的ASCII命令集。您还可以通过COMM SEL跳线选择标准的2线I2C接口。该Click™板可以在3.3V或5V逻辑电压水平下运行,可以通过VCC SEL跳线选择。这样,无论是3.3V还是5V的MCU都可以正确使用通信线。此外,该Click™板还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可以作为进一步开发的参考。

EZO Carrier Click - Oxygen hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

Atlas Scientific的电导率探头,称为Probe K,以其在广泛电导率范围内的稳定和精确读数而闻名。它无边缘效应,确保在5至200,000μS/cm范围内的精度达到±2%的惊人水平。响应迅速,仅需1秒即可达到90%的准确度,使其非常适合实时监测应用。它的温度范围广泛,从1到110°C,能够承受各种环境条件。其坚固的结构允许最大压力为3,447kPa(500PSI),最大深度为352米(1,157英尺)。1米长的电缆提供了安装灵活性。Probe K具有长达十年的重新校准间隔,与其同样令人印象深刻的使用寿命相匹配。凭借这些特点,Probe K确保了十年及以上的可靠电导率测量。

EZO Carrier Click - Oxygen accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB2
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
UART TX
PD0
TX
UART RX
PD1
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

EZO Carrier Click - Oxygen Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 EZO Carrier Click - Oxygen 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ezocarrierdo_send_cmd - 发送命令功能

  • ezocarrierdo_send_cmd_with_par - 发送带参数的命令功能

  • ezocarrierdo_send_cmd_check - 检查发送的命令

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief EZO Carrier DO Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of EZO Carrier DO click board by processing
 * the incoming data and displaying them on the USB UART.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver, performs the click default factory reset, and high point calibration.
 *
 * ## Application Task
 * Reads and processes all incoming dissolved oxygen data from the probe, and displays them on the USB UART in mg/L.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void ezocarrierdo_clear_app_buf ( void )
 * - static void ezocarrierdo_log_app_buf ( void )
 * - static err_t ezocarrierdo_process ( ezocarrierdo_t *ctx )
 * - static err_t ezocarrierdo_rsp_check ( ezocarrierdo_t *ctx, uint8_t *rsp )
 * - static void ezocarrierdo_error_check ( err_t error_flag )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ezocarrierdo.h"

// Application buffer size
#define APP_BUFFER_SIZE             200
#define PROCESS_BUFFER_SIZE         200

static ezocarrierdo_t ezocarrierdo;
static log_t logger;

static uint8_t app_buf[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
static int32_t app_buf_len = 0;
static err_t error_flag;

/**
 * @brief EZO Carrier DO clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void ezocarrierdo_clear_app_buf ( void );

/**
 * @brief EZO Carrier DO log application buffer.
 * @details This function logs data from application buffer to USB UART.
 * @note None.
 */
static void ezocarrierdo_log_app_buf ( void );

/**
 * @brief EZO Carrier DO data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #ezocarrierdo_t object definition for detailed explanation.
 * @return @li @c  0 - Read some data.
 *         @li @c -1 - Nothing is read.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 * @note None.
 */
static err_t ezocarrierdo_process ( ezocarrierdo_t *ctx );

/**
 * @brief Response check.
 * @details This function checks for response and
 * returns the status of response.
 * @param[in] rsp  Expected response.
 * @return @li @c  0 - OK response.
 *         @li @c -1 - Error response.
 *         @li @c -2 - Timeout error.
 * See #err_t definition for detailed explanation.
 */
static err_t ezocarrierdo_rsp_check ( ezocarrierdo_t *ctx, uint8_t *rsp );

/**
 * @brief Check for errors.
 * @details This function checks for different types of
 * errors and logs them on UART or logs the response if no errors occured.
 * @param[in] error_flag  Error flag to check.
 */
static void ezocarrierdo_error_check ( err_t error_flag );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ezocarrierdo_cfg_t ezocarrierdo_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    ezocarrierdo_cfg_setup( &ezocarrierdo_cfg );
    EZOCARRIERDO_MAP_MIKROBUS( ezocarrierdo_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == ezocarrierdo_init( &ezocarrierdo, &ezocarrierdo_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, "Device status \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_STATUS );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_OK );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_FACTORY );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_READY );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Device info \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_DEV_INFO );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_OK );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );

    uint8_t n_cnt = 0;
    uint8_t last_reading[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    ezocarrierdo_clear_app_buf( );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_SINGLE_READ );
    ezocarrierdo_process ( &ezocarrierdo );
    strcpy( last_reading, app_buf );
    log_printf( &logger, "High point calibration \r\n" );
    log_printf( &logger, "Waiting for stable readings \r\n" );
    while ( n_cnt <= 5 )
    {
        if ( EZOCARRIERDO_OK == ezocarrierdo_process ( &ezocarrierdo ) )
        {  
            if ( 0 == strstr( app_buf, last_reading ) )
            {
                n_cnt++;
            }
            else
            {
                strcpy( last_reading, app_buf );
                n_cnt = 0;
            }
        }
        log_printf( &logger, "- " );
        Delay_ms( 1000 );
        ezocarrierdo_clear_app_buf( );
    }
    
    log_printf( &logger, "\r\n Calibration \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_CAL );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_OK );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );

    #define DISABLE_CONT_READ   "0"
    log_printf( &logger, "Disable continuous reading mode \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd_with_par( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_CONT_READ, DISABLE_CONT_READ );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_OK );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, "Reading... \r\n" );
    ezocarrierdo_send_cmd( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_CMD_SINGLE_READ );
    error_flag = ezocarrierdo_rsp_check( &ezocarrierdo, EZOCARRIERDO_RSP_OK );
    ezocarrierdo_error_check( error_flag );
    Delay_ms( 5000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }
}

static void ezocarrierdo_clear_app_buf ( void ) 
{
    memset( app_buf, 0, app_buf_len );
    app_buf_len = 0;
}

static void ezocarrierdo_log_app_buf ( void )
{
    for ( int32_t buf_cnt = 0; buf_cnt < app_buf_len; buf_cnt++ )
    {
        log_printf( &logger, "%c", app_buf[ buf_cnt ] );
    }
}

static err_t ezocarrierdo_process ( ezocarrierdo_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = ezocarrierdo_generic_read( ctx, rx_buf, PROCESS_BUFFER_SIZE );
    if ( ( rx_size > 0 ) && ( rx_size <= APP_BUFFER_SIZE ) ) 
    {
        if ( ( app_buf_len + rx_size ) > APP_BUFFER_SIZE ) 
        {
            overflow_bytes = ( app_buf_len + rx_size ) - APP_BUFFER_SIZE;
            app_buf_len = APP_BUFFER_SIZE - rx_size;
            memmove ( app_buf, &app_buf[ overflow_bytes ], app_buf_len );
            memset ( &app_buf[ app_buf_len ], 0, overflow_bytes );
        }
        for ( rx_cnt = 0; rx_cnt < rx_size; rx_cnt++ ) 
        {
            if ( rx_buf[ rx_cnt ] ) 
            {
                app_buf[ app_buf_len++ ] = rx_buf[ rx_cnt ];
            }
        }
        return EZOCARRIERDO_OK;
    }
    return EZOCARRIERDO_ERROR;
}

static err_t ezocarrierdo_rsp_check ( ezocarrierdo_t *ctx, uint8_t *rsp )
{
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 10000;
    err_t error_flag = EZOCARRIERDO_OK;
    ezocarrierdo_clear_app_buf( );
    while ( ( 0 == strstr( app_buf, rsp ) ) &&
    ( 0 == strstr( app_buf, EZOCARRIERDO_RSP_ERROR ) ) )
    {
        error_flag |= ezocarrierdo_process( ctx );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            ezocarrierdo_clear_app_buf( );
            return EZOCARRIERDO_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms( 1 );
    }
    Delay_ms( 100 );
    error_flag |= ezocarrierdo_process( ctx );
    if ( strstr( app_buf, rsp ) )
    {
        return EZOCARRIERDO_OK;
     }
    else if ( strstr( app_buf, EZOCARRIERDO_RSP_ERROR ) )
    {
        return EZOCARRIERDO_ERROR;
    }
    else
    {
        return EZOCARRIERDO_ERROR;
    }
}

static void ezocarrierdo_error_check ( err_t error_flag )
{
    switch ( error_flag )
    {
        case EZOCARRIERDO_OK:
        {
            ezocarrierdo_log_app_buf( );
            break;
        }
        case EZOCARRIERDO_ERROR:
        {
            log_error( &logger, " Error!" );
            break;
        }
        case EZOCARRIERDO_ERROR_TIMEOUT:
        {
            log_error( &logger, " Timeout!" );
            break;
        }
        default:
        {
            log_error( &logger, " Unknown!" );
            break;
        }
    }
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    Delay_ms( 500 );
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

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