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20 分钟

使用EZO-ORP™和STM32F031K6确定液体中的电子活性,这是了解其氧化还原电位(ORP)的关键

氧化还原电位(ORP)——确保水中无病原体至关重要!

EZO Carrier Click - ORP with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

EZO Carrier Click - ORP

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

测量液体的氧化还原电位(ORP),用于评估水质和水处理中的化学反应、环境监测和化学生产。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

EZO Carrier Click - ORP 基于Atlas Scientific的EZO-ORP™,这是一款符合ISO 11271标准的嵌入式ORP(氧化还原电位)电路板。它允许您连接任何类型和品牌的测量探头,通过将探头浸入要测量的溶液中来确定液体的氧化还原电位。EZO Carrier Click - ORP 配备了用于连接合适探头(如消费级ORP探头)的BNC连接器。由于EZO-ORP™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。此电路非常敏感,其灵敏度赋予其精度。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)的微伏特电压。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 Carrier Click - ORP 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。从校准到定时读数,Atlas Scientific EZO-ORP™电路是复杂测量的即插即用解决方案。其功能包括睡眠模式、连续操作、查找功能、导出/导入校准、模块状态LED等,详细信息请参见附带的产品手册。该Click板可以通过VCC SEL跳线选择在3.3V或5V逻辑电压水平下运行。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 - ORP hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

Atlas Scientific的消费级ORP探头是各种水质测试需求、环境监测、基础实验室实验和初期产品开发阶段的理想选择。该探头专为轻度应用设计,提供可靠的ORP测量,范围为-1100mV至+1100mV,精度为±1.1mV。其快速响应时间为1秒内达到95%,能够快速获取数据以便及时分析。探头在1至60°C的温度范围内有效运行,适用于多种环境条件。然而,需要注意的是,该探头不适用于强酸、强碱或工业设备环境。它设计用于中等测试深度,最大耐压为50 PSI,最大深度为35米(114英尺)。此外,其1米长的电缆提供了安装和操作的便利性。

EZO Carrier Click - ORP accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
ID COMM
PA4
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
PA10
TX
UART RX
PA9
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

EZO Carrier Click - ORP Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-32 with STM32 MCU 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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 - ORP 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ezocarrierorp_send_cmd - 发送命令功能

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

  • ezocarrierorp_send_cmd_check - 检查发送的命令功能

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 ORP Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of EZO Carrier ORP 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 
 * with a calibration solutio with 225 mV ORP value.
 *
 * ## Application Task
 * Reads and processes all incoming oxidation-reduction potential data from the probe, and displays them on the USB UART in mV.
 *
 * ## Additional Function
 * - static void ezocarrierorp_clear_app_buf ( void )
 * - static void ezocarrierorp_log_app_buf ( void )
 * - static err_t ezocarrierorp_process ( ezocarrierorp_t *ctx )
 * - static err_t ezocarrierorp_rsp_check ( ezocarrierorp_t *ctx, uint8_t *rsp )
 * - static void ezocarrierorp_error_check ( err_t error_flag )
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ezocarrierorp.h"

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

static ezocarrierorp_t ezocarrierorp;
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 ORP clearing application buffer.
 * @details This function clears memory of application buffer and reset its length.
 * @note None.
 */
static void ezocarrierorp_clear_app_buf ( void );

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

/**
 * @brief EZO Carrier ORP data reading function.
 * @details This function reads data from device and concatenates data to application buffer. 
 * @param[in] ctx : Click context object.
 * See #ezocarrierorp_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 ezocarrierorp_process ( ezocarrierorp_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 ezocarrierorp_rsp_check ( ezocarrierorp_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 ezocarrierorp_error_check ( err_t error_flag );

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    ezocarrierorp_cfg_t ezocarrierorp_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.
    ezocarrierorp_cfg_setup( &ezocarrierorp_cfg );
    EZOCARRIERORP_MAP_MIKROBUS( ezocarrierorp_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( UART_ERROR == ezocarrierorp_init( &ezocarrierorp, &ezocarrierorp_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "Device status \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_STATUS );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_OK );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Factory reset \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_FACTORY );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_READY );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );

    log_printf( &logger, "Device info \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_DEV_INFO );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_OK );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );

    uint8_t n_cnt = 0;
    uint8_t last_reading[ APP_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    ezocarrierorp_clear_app_buf( );
    ezocarrierorp_send_cmd( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_SINGLE_READ );
    ezocarrierorp_process ( &ezocarrierorp );
    strcpy( last_reading, app_buf );
    log_printf( &logger, "Place the probe into the calibration solution,\r\n" );
    log_printf( &logger, "for single-point calibration \r\n" );
    Delay_ms( 5000 );
    log_printf( &logger, "Waiting for stable readings \r\n" );
    while ( n_cnt <= 5 )
    {
        if ( EZOCARRIERORP_OK == ezocarrierorp_process ( &ezocarrierorp ) )
        {  
            if ( 0 == strstr( app_buf, last_reading ) )
            {
                n_cnt++;
            }
            else
            {
                strcpy( last_reading, app_buf );
                n_cnt = 0;
            }
        }
        log_printf( &logger, "- " );
        Delay_ms( 1000 );
        ezocarrierorp_clear_app_buf( );
    }

    #define CALIBRATION_VALUE   "225"
    log_printf( &logger, "\r\n Calibration \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd_with_par( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_CAL, CALIBRATION_VALUE );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_OK );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );

    #define DISABLE_CONT_READ   "0"
    log_printf( &logger, "Disable continuous reading mode \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd_with_par( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_CONT_READ, DISABLE_CONT_READ );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_OK );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    log_printf( &logger, "Reading... \r\n" );
    ezocarrierorp_send_cmd( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_CMD_SINGLE_READ );
    error_flag = ezocarrierorp_rsp_check( &ezocarrierorp, EZOCARRIERORP_RSP_OK );
    ezocarrierorp_error_check( error_flag );
    Delay_ms( 5000 );
}

void main ( void ) 
{
    application_init( );

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

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

static void ezocarrierorp_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 ezocarrierorp_process ( ezocarrierorp_t *ctx ) 
{
    uint8_t rx_buf[ PROCESS_BUFFER_SIZE ] = { 0 };
    int32_t overflow_bytes = 0;
    int32_t rx_cnt = 0;
    int32_t rx_size = ezocarrierorp_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 EZOCARRIERORP_OK;
    }
    return EZOCARRIERORP_ERROR;
}

static err_t ezocarrierorp_rsp_check ( ezocarrierorp_t *ctx, uint8_t *rsp )
{
    uint32_t timeout_cnt = 0;
    uint32_t timeout = 10000;
    err_t error_flag = EZOCARRIERORP_OK;
    ezocarrierorp_clear_app_buf( );
    while ( ( 0 == strstr( app_buf, rsp ) ) &&
    ( 0 == strstr( app_buf, EZOCARRIERORP_RSP_ERROR ) ) )
    {
        error_flag |= ezocarrierorp_process( ctx );
        if ( timeout_cnt++ > timeout )
        {
            ezocarrierorp_clear_app_buf( );
            return EZOCARRIERORP_ERROR_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms( 1 );
    }
    Delay_ms( 100 );
    error_flag |= ezocarrierorp_process( ctx );
    if ( strstr( app_buf, rsp ) )
    {
        return EZOCARRIERORP_OK;
     }
    else if ( strstr( app_buf, EZOCARRIERORP_RSP_ERROR ) )
    {
        return EZOCARRIERORP_ERROR;
    }
    else
    {
        return EZOCARRIERORP_ERROR;
    }
}

static void ezocarrierorp_error_check ( err_t error_flag )
{
    switch ( error_flag )
    {
        case EZOCARRIERORP_OK:
        {
            ezocarrierorp_log_app_buf( );
            break;
        }
        case EZOCARRIERORP_ERROR:
        {
            log_error( &logger, " Error!" );
            break;
        }
        case EZOCARRIERORP_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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