Hardware utilizat [619386]

Hardware utilizat
Raspberry Pi 3 Model B+
Generalități
Raspberry Pi este o placă de dezvoltare de tip SBC ( Single Board Computer ) – un sistem de
calcul nemodular implementat pe un singur cablaj electronic.
Chiar dacă are dimensiuni reduse (85mm x 56mm), Raspberry Pi este un calculator complet
permițând funcționalități obișnuite precum rularea unui sistem de operare (Linux sau Windows) și
rularea de aplicații utilizator (jocuri, editoare de text, medii de programare, redarea de muzică și filme,
aplicații de teleconf erință, aplicații Internet).
Diferențele între o placă Raspberry Pi și un calculator personal (PC) sau laptop constau atât în
dimensiunea redusă a plăcii cât și în puterea mai mică de calcul a acesteia – nu are aceleași performanțe
de calcul precum un PC desktop care are un cost și o dimensiune de câteva ori mai mari. Putem compara
placa Raspberry Pi cu o tabletă sau cu un sistem de tip NetBook dar fără a dispune de ecran și tastatură.
În plus, placa Raspberry Pi oferă posibilitatea de a conecta diverse co mponente electronice specifice
sistemelor embedded: senzori, butoane, ecrane LCD sau pe 7 segmente, drivere de motoare, relee etc.
Posibilitatea de a personaliza sistemele de programe (sistemul de operare, aplicațiile) și
posibilitatea de interconectare c u alte componente electronice fac din placa Raspberry Pi un sistem de
calcul ce poate sta la baza unor proiecte personale extrem de interesante și de puternice – un calculator
ce poate fi integrat în sisteme electronice și mecanice proiectate și realizate de utilizator.

Figura Y – Platformă de dezvoltare Raspberry Pi

Specificații:
 Procesor SoC pe 64 de biți din familia ARMv8 -A, Broadcom BCM2837 la o frecvență de
1.2GHz și dispune de 4 nuclee de tip ARM Cortex -A53;
 1GB de memorie RAM (partajată cu procesorul grafic);
 Procesor grafic Broadcoam VideoCore IV 3D integrat pe aceeași pastilă de siliciu ca și
procesorul principal;
 Ieșire digitală video / audio HDMI ;
 Ieșire analogică video (composite video) / audio mixtă prin intermediul unei mufe jack 3.5mm;
 Mufă de rețea RJ45 Ethernet 10/10 0 Mbit/s ;
 Conectivitate WiFi 802.11n ;
 Conectivitate Bluetooth 4.1 / BLE ;
 4 porturi USB 2.0;
 40 de pini de intrare / ieșire (GPIO) ;
 Slot card de memorie microSD (utilizat pentru instalarea sistemului de operare);
 Conectori dedicați pentru cameră video (CSI) și afișaj (DSI);

Diagramă bloc:

Figura X – Diagrama bloc a platformei de dezvoltare Raspberry Pi 3 Model B+

MCP3008
Dat fiind faptul că platforma de dezvoltare utilizată nu deține un convertor analog -numeric a
fost necesar includerea acestui integ rat.
MCP3008 este un convertor analog -numeric , cu 8 canale, la o rezoluție de 10 biți. Precizia
acestui ADC (eng. Analog Digital Converter ) este similară c u cea a unui Arduino Uno , iar cele 8 canale
permit o multitudine de intrări. Acest integrat este alegerea potrivită pentru semnale analogice ce nu
necesită o precizie extraordinară, cum ar fi de la un senzor de temperatură sau de lumină.
Specificații:
 rezoluție pe 10 biți
 ± 1 LSB maxim DNL
 ± 1 LSB max im INL
 8 canale de intrare
 Intrări analogice programabile ca single -ended sau perechi pseudo -diferențiale
 Interfața serială SPI (modurile 0,0 și 1,1)
 Tensiune de funcționare : 2.7V – 5.5V
 200 ksps max. frecvența de eșantionare la VDD = 5V
 75 ksps max. frecvența de eșantionare la VDD = 2.7V
 Tehnologie CMOS cu energie redusă
 5 nA curent de standby , 2 μA max.
 500 μA max. curent activ la 5V
 Domeniul temperaturii : -40 ° C până la + 85 ° C
 Disponibil în capsule PDIP, SOIC și TSSOP
Cele opt canale se referă la faptul că MCP3008 este capabil să recepționeze și să proceseze
tensiunile pe opt intră ri diferite, domeniul 0-7.
Aceste canale pot fi citite în două moduri diferite. Modul tipic se numește "intrare cu un singur
capăt" (eng. single -ended ), unde nivelul de tensiune se citește între re ferința de tensiune selectată, 𝑉𝑅𝐸𝐹
și circuitul măsurat. Aceasta est e metoda de măsurare cea mai des întâlnită . Cealaltă capabilitate este de
a citi o intrare diferențială între o per eche de pini, IN+ și IN-. Cu intrarea diferențială, se poate citi
diferența de tensiune dintre cele două intrări și c hiar poate fi utilizat pentru „a curăța” semnalul de
zgomot.
Rezoluția de 10 biți se referă la domeniul de prelevar e al ADC -ului în sine.
B0000000000 = 0 și B111111 1111 = 1023, ceea ce înseamnă că poate măsura 1024 de niveluri
diferite de tensiune, de obicei între 𝑉𝑅𝐸𝐹 și masă (GND) .
Pentru o referință de 5V:
5𝑉 ÷1024 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑢𝑟𝑖 =0.0049 𝑉 / 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑎𝑟𝑒
Astfel, fiecare pas este echivalent cu o măsurătoare de 0.0049V.
Cu referința 3V3:
3.3𝑉 ÷1024 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙𝑢𝑟𝑖 =0.0032 𝑉 / 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑎𝑟𝑒

Fiecare pas este echivalent cu o măsurătoare de 0. 0032V.

Pot fi utilizate și referințe d e tensiune mai mici, în spec ial cu intrare diferențială, pentru a genera
valori de tensiune chiar mai mici pe fiecare pas .

Figura Y – Schema electronică a circuitului integrat MCP3008

Funcționare:

Figura Z – Diagrama funcționala a MCP3008

După ce bitul de pornire este setat HIGH, următoarea secvență de biți trimisă către ADC este
reprezentată în tabelul următor , primele 4 coloane.

SINGLE
ENDED/DIFERENȚIAL BIT
2 BIT
1 BIT 0 CONFIGURAȚIE CANAL
1 0 0 0 UNICĂ CH0
1 0 0 1 UNICĂ CH1
1 0 1 0 UNICĂ CH2
1 0 1 1 UNICĂ CH3
1 1 0 0 UNICĂ CH4
1 1 0 1 UNICĂ CH5
1 1 1 0 UNICĂ CH6
1 1 1 1 UNICĂ CH7
0 0 0 0 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH0 IN – = CH1
0 0 0 1 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH1 IN – = CH0
0 0 1 0 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH2 IN – = CH3
0 0 1 1 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH3 IN – = CH2
0 1 0 0 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH4 IN – = CH5
0 1 0 1 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH5 IN – = CH4
0 1 1 0 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH6 IN – = CH7
0 1 1 1 DIFERENȚ IALĂ IN+ = CH7 IN – = CH6

Tabel X – Tipuri de configurație a ADC -ului MCP3008

După primirea bitului final indicând canalele care trebui e măsurate, se așteaptă un ciclu de ceas
și jumătate pentr u condensatorul "Sample and Hold " în interiorul MCP3008 pentru a încărca.
Ieșirea condensatorului intern de 20pF este lucrul măsurat de ADC și aduce un punct crucial:
sursa de semnal trebui e să fie suficient de puternică pentru a încărca condensatorul în acest interval de
timp, adică sursa de semnal trebuie să fie impedanță redusă.
Pentru o sursă de înaltă impedanță, măsurarea acesteia va lua fie prea mult, fie chiar mai rău, va
afecta nive lul de tensiune măsurat . Sursele de semnal de înaltă impedanță pot fi compensate într -o
anumită măsură prin încetinirea frecvenței ceasului, ceea ce conferă condensatorului un pic mai mult
timp de încărcare, dar, în general, trebuie păstrat cu mult sub 500 Ω cu 𝑉𝑅𝐸𝐹 = 5V pentru a asigura
măsurători bune la cea mai mare frecvență a ceasului.
Condensatorul va începe să se încarce pe marginea în creștere a celui de -al patrulea ciclu de ceas
după bitul de pornire și trebuie să fie completat de marginea descendentă a celui de -al cincilea ciclu de
ceas.

Figura K – Schema de timp a ADC -ului MCP3008

LM35DZ
Seria de circuite integrate LM35 sunt senzori de temperatură de precizie , a căror tensiune de
ieșire este liniar proporțională cu t emperatura în grade Celsius .
Specificații :
 Calibrat direct în ˚ Celsius
 Liniar: factor de scară 10,0 mV per ˚C
 Precizie de 0,5˚C garantată (la + 25˚C)
 Domeniu: de la -55˚ la + 150˚C
 Potrivit pentru aplicații la distanță
 Cost redus;
 Funcționează de la 4 la 30 de volți
 Consum curent: mai puțin de 60 μA
 Încălzire scăzută, + 0.08˚C în aer liber
 Ieșire scăzută a impedanței, 0,1 Ω pentru sarcină de 1 mA

Figura K – Diagrama funcționala a LM35DZ

Modem USB 3G K3520
Pentru conectarea platformei de dezvoltare la Internet am utilizat un modem 3G . Conectarea
acestuia la platformă se face prin interfața USB 2.0.
.
Figura K – Modem USB 3G K3520
Specificații
 HSPA / UMTS 900/2100 MHz
 GSM / GPRS / EDGE 850/900/1800/1900 MHz
 Viteze HSDPA până la 7,2 Mbps
 Plug&Play
 Slot MicroSD
 Dimensiuni 72,1 x 25,7 x 12,2 mm
 Greutate 29g

Difuzor Akyta A16
Pentru ca platforma să poată reda sunete, am utilizat difuzorul Akyta A16, conectate la platforma
din dezvoltare prin Jack de 3,5mm. Alimentarea se prin USB, de la platformă.
Specificații:
 Dimensiuni 63 x 32 x 40 mm
 Alimentare cablu prin USB, 5V
 Putere de 3W
 Frecvență 110 – 20 kHz
 Nivel zgomot 96 dBA
 USB versiunea 1.1 ș i 2.0

Figura B – Difuzor Akya A16

Referinte:
Raspberry Pi este o placă de dezvoltare …
https://blog.robofun.ro/2017/04/18/primii -pasi-in-utilizarea -placii -raspberry -pi-3/