中级
20 分钟

使用EZO-EC™和STM32F103RB读取水中的电导率、盐度和总溶解固体(PPM)

适用于从化学生产到水培的各种应用

EZO Carrier Click - Conductivity with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

EZO Carrier Click - Conductivity

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

兼容各种电导率水平(从K 0.01到K 10.2)的准确水化学分析解决方案。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

EZO Carrier Click - 电导率基于Atlas Scientific的符合ISO 7888标准的嵌入式电导率电路板EZO-EC™。这是一个多功能且准确的解决方案,可用于从化学生产到水培等各种应用中测量电导率、盐度和总溶解固体(TDS)。具有从0.07到500,000μS/cm的电导率范围,它还可以准确测量盐度高达42 PSU(ppt)、以ppm为单位的TDS以及海水的比重在1.00到1.300之间。这个先进的模块提供了与高端台式电导率计相媲美的精度和功能,使其成为嵌入到需要可靠水化学测量的项目中的理想选择。EZ0-EC™以+/- 2%的精度和快速的电导率读取时间600ms著称,支持任何品牌的0.01到10.2的K值探头。它允许进行两点和三点校准,确

保精确测量。此外,它具有温度补偿功能,可在各种条件下实现更准确的读数。这个电路是一个非常敏感的设备,其敏感性赋予了它准确性。这就是为什么EZO-EC™需要与主机MCU隔离;因此,这个Click™板配备了Skyworks的双向隔离器Si8400AB。隔离器提供标准的双向和I2C通信,时钟频率高达1.7MHz。因此,为了消除电气噪声,除了Si8400AB隔离器外,电源电压也被隔离。为此,这个Click™板配备了Recom的DC/DC转换器ROE-0505S。EZO Carrier Click - 电导率可以使用标准的2线UART接口与主机MCU通信,默认波特率为9600bps。使用UART接口时,可以使用我们提供的库或一组简单的ASCII命令。您还

可以通过COMM SEL跳线选择标准的2线I2C接口。从校准到定时读数,Atlas Scientific EZO-EC™电路是复杂测量的即插即用解决方案。它具有睡眠模式、连续运行、查找功能、导出/导入校准、模块上的状态LED等功能,详细描述在附带的数据表中。这个Click板™可以选择使用VCC SEL跳线选择的3.3V或5V逻辑电压电平进行操作。这样,既可以使用3.3V也可以使用5V的MCU来正确使用通信线路。此外,这个Click板™还配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

EZO Carrier Click - Conductivity hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

Atlas Scientific的电导率探头,称为Probe K,在广泛的电导率范围内以稳定而精确的读数脱颖而出。它不受边缘效应影响,确保在5到200,000μS/cm的范围内的精确度达到惊人的±2%。它能够快速响应,在仅1秒内就能达到90%的准确度,使其非常适合实时监测应用。具有从1到110°C的广泛温度范围,它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的灵活性。Probe K拥有长达约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一致。Probe K通过这些特性确保了在未来十年及更长时间内的可靠电导率测量。

EZO Carrier Click - Conductivity accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PB12
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
PA2
TX
UART RX
PA3
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

EZO Carrier Click - Conductivity Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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 - Conductivity 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ezocarrierec_send_cmd - 发送命令功能

  • ezocarrierec_send_cmd_with_par - 带参数的发送命令功能

  • ezocarrierec_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 EC Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of EZO Carrier EC 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 single point calibration.
 *
 * ## Application Task
 * Reads and processes all incoming conductivity data from the probe, and displays them on the USB UART in uS.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void ezocarrierec_clear_app_buf ( void )
 * - static void ezocarrierec_log_app_buf ( void )
 * - static err_t ezocarrierec_process ( ezocarrierec_t *ctx )
 * - static err_t ezocarrierec_rsp_check ( ezocarrierec_t *ctx, uint8_t *rsp )
 * - static void ezocarrierec_error_check ( err_t error_flag )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ezocarrierec.h"

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

static ezocarrierec_t ezocarrierec;
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 EC clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void ezocarrierec_clear_app_buf ( void );

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

/**
 * @brief EZO Carrier EC data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #ezocarrierec_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 ezocarrierec_process ( ezocarrierec_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 ezocarrierec_rsp_check ( ezocarrierec_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 ezocarrierec_error_check ( err_t error_flag );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ezocarrierec_cfg_t ezocarrierec_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.
    ezocarrierec_cfg_setup( &ezocarrierec_cfg );
    EZOCARRIEREC_MAP_MIKROBUS( ezocarrierec_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == ezocarrierec_init( &ezocarrierec, &ezocarrierec_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "Device status \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_STATUS );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_FACTORY );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_READY );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    #define PROBE_TYPE   "1.0"
    log_printf( &logger, "Seting Probe type \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd_with_par( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_SET_PROBE_TYPE, PROBE_TYPE );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Device info \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_DEV_INFO );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    #define DRY_CALIBRATION   "dry"
    log_printf( &logger, "Dry calibration \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd_with_par( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_CAL, DRY_CALIBRATION );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    uint8_t n_cnt = 0;
    uint8_t last_reading[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    ezocarrierec_clear_app_buf( );
    ezocarrierec_send_cmd( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_SINGLE_READ );
    ezocarrierec_process ( &ezocarrierec );
    strcpy( last_reading, app_buf );
    log_printf( &logger, "Single point calibration \r\n" );
    log_printf( &logger, "Waiting for stable readings \r\n" );
    while ( n_cnt <= 5 )
    {
        if ( EZOCARRIEREC_OK == ezocarrierec_process ( &ezocarrierec ) )
        {  
            if ( 0 == strstr( app_buf, last_reading ) )
            {
                n_cnt++;
            }
            else
            {
                strcpy( last_reading, app_buf );
                n_cnt = 0;
            }
        }
        log_printf( &logger, "- " );
        Delay_ms ( 1000 );
        ezocarrierec_clear_app_buf( );
    }
    #define CALIBRATION_VALUE   "80"
    log_printf( &logger, "Calibration \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd_with_par( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_CAL, CALIBRATION_VALUE );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

    #define DISABLE_CONT_READ   "0"
    log_printf( &logger, "Disable continuous reading mode \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd_with_par( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_CONT_READ, DISABLE_CONT_READ );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );

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

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, "Reading... \r\n" );
    ezocarrierec_send_cmd( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_CMD_SINGLE_READ );
    error_flag = ezocarrierec_rsp_check( &ezocarrierec, EZOCARRIEREC_RSP_OK );
    ezocarrierec_error_check( error_flag );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

static void ezocarrierec_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 ezocarrierec_process ( ezocarrierec_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = ezocarrierec_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 EZOCARRIEREC_OK;
    }
    return EZOCARRIEREC_ERROR;
}

static err_t ezocarrierec_rsp_check ( ezocarrierec_t *ctx, uint8_t *rsp )
{
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 10000;
    err_t error_flag = EZOCARRIEREC_OK;
    ezocarrierec_clear_app_buf( );
    while ( ( 0 == strstr( app_buf, rsp ) ) &&
    ( 0 == strstr( app_buf, EZOCARRIEREC_RSP_ERROR ) ) )
    {
        error_flag |= ezocarrierec_process( ctx );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            ezocarrierec_clear_app_buf( );
            return EZOCARRIEREC_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms ( 1 );
    }
    Delay_ms ( 100 );
    error_flag |= ezocarrierec_process( ctx );
    if ( strstr( app_buf, rsp ) )
    {
        return EZOCARRIEREC_OK;
     }
    else if ( strstr( app_buf, EZOCARRIEREC_RSP_ERROR ) )
    {
        return EZOCARRIEREC_ERROR;
    }
    else
    {
        return EZOCARRIEREC_ERROR;
    }
}

static void ezocarrierec_error_check ( err_t error_flag )
{
    switch ( error_flag )
    {
        case EZOCARRIEREC_OK:
        {
            ezocarrierec_log_app_buf( );
            break;
        }
        case EZOCARRIEREC_ERROR:
        {
            log_error( &logger, " Error!" );
            break;
        }
        case EZOCARRIEREC_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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