/ITEM_2324

Refactoring del firmware ITEM a.s. 2023/2024

Primary LanguageC++

Progetto ITEM:
refactoring firmware per ESP32

Repository del progetto ITEM - Banco prova riduttori meccanici

Progetto base: Git_ESP32_Devkit_ADS1256_FFT_SIMUL_RTD_SSD1306_count_AsyncMQTT_binary_05

Firmware per ESP32

Il codice è sviluppato con il framework Arduino in ambiente VS Code/PlatformIO.

La versione corrente supporta le seguenti funzionalità:

  1. Acquisizione dei due ingressi analogici per accelerometri piezo elettrici IEPE
  2. Impiego dell'amplificatore a guadagno programmabile MCP6S26 con multiplexer analogico per la selezione del canale accelerometrico e la regolazione del guadagno
  3. Impiego del convertitore analogico digitale ADS1256 con risoluzione di 24 bit
  4. Campionamento di ciascun canale accelerometrico a 7500 Sa/s
  5. Calcolo dello spettro delle ampiezze di ciascun canale accelerometrico su 4096 campioni, risoluzione in frequenza 1,83Hz
  6. Acquisizione di 4 canali analogici con ampiezza +/-10V per i due segnali di coppia e i due segnali di velocità mediante ADC MCP3204, risoluzione di 12 bit, frequenza di campionamento 100 Sa/s
  7. Acquisizione di due segnali di temperatura tramite trasduttori RTD PT1000 e moduli di condizionamento e conversione Adafruit PT1000 RTD Temperature Sensor Amplifier - MAX31865
  8. Visualizzazione locale dello stato di funzionamento tramite display OLED SSD1306 con interfaccia I2C
  9. Connessione alla rete dati mediante Wifi
  10. Trasmissione dei dati telemetrici mediante protocollo MQTT su broker a scelta: mosquitto remoto o locale, shiftr.io
  11. Gestione da remoto tramite messaggi MQTT

Cartella \APPLICATION

La cartella \APPLICATION è pensata per organizzare meglio il codice del progetto.
Inserire qui le funzioni ausiliarie specifiche per l'applicazione in sviluppo, ad esempio le callback di accensione e spegnimento dei led in funzione del contenuto del payload.

CONFIGURAZIONE WIFI

La scheda ESP32 è configurata come STATION in una rete WiFi:

  • modificare il file WIFI/credentials.h con i propri SSID e Password

Per il controllo dello stato della connessione vengono adoperati gli eventi dell'oggetto Wifi.

Vengono gestite le situazioni di perdita di connessione mediante riconnessione automatica.

Il pin 23 viene impiegato come uscita digitale per indicare la connessione all'access point wiFi. Per configurare un'altra posizione del led, modificare il parametro pinWiFiConnected nel file HWCONFIG\hwConfig.h

SINCRONIZZAZIONE DATA/ORA CON NTP SERVER

Viene utilizzato un server NTP per la gestione di data e ora:

  • modificare il file LOCALTIME/localTime.cpp con i propri parametri NTP

Per la stampa di data e ora utilizzare la funzione printLocalTime().

CONFIGURAZIONE DEL BROKER MQTT DA IMPIEGARE

Sono predefiniti tre broker MQTT tramite i rispettivi file di configurazione:

  • MQTT/broker/mosquitto.h
  • MQTT/broker/raspi4.h
  • MQTT/broker/shiftr_io.h

ed è possibile aggiungerne altri rispettando il formato del file ed il nome delle variabili:

#ifndef __NOMEBROKER_H
#define __NOMEBROKER_H
  // parametri di accesso per il broker NOMEBROKER MQTT
  const char *mqttServer = "IP_o_url_del_broker_MQTT";
  const int mqttPort = 1883;
  const char *mqttUser = "eventuale_username_di_accesso_al_broker";
  const char *mqttPassword = "eventuale_password_di_accesso_al_broker";
#endif

Nel file main.cpp includere il solo file prescelto di accesso al broker, ad esempio:

 // your MQTT Broker:
 // uncomment one of following #include to set the MQTT broker.
 #include <MQTT/broker/shiftr_io.h>
 // #include <MQTT/broker/raspi4.h>
 // #include <MQTT/broker/mosquitto.h>

Identificativo MQTT della scheda ESP32

Nel file src\MQTT\custom\clientID.h è definita la tag thisClient che identifica tutti i messaggi MQTT pubblicati da o destinati a questa scheda di acquisizione. Modificarlo in base alle proprie esigenze.

// MQTT client ID
#define thisClient "ESP32DevKit123" //"ESP32Udine"

Elenco dei Topics MQTT impiegati

L'elenco di tutti i topics è dichiarato nel file mqtt_topics.cpp
in questo file modificare o aggiungere solo il nome del topic, non rimuovere la tag thisClient

Ogni topic è nella forma sintattica: identificativo_MQTT_scheda/nome_topic ad esempio: ESP32DevKit123/trigger

Nota: il testo dei topics è case sensitive.

Il controllo remoto della ESP32 avviene tramite i seguenti subscribed topics :

nome_topic Tipo Valori Descrizione
/trigger stringa 0, 1, 2 Controlla la MSF delle acquisizioni.
  • 0: Fine acquisizione
  • 1: Singola acquisizione
  • 2: Acquisizione ciclica
/pgaSetGain stringa 0..7 Controlla il guadagno del PGA:
  • 0: Guadagno x 1
  • 1: Guadagno x 2
  • 2: Guadagno x 4
  • 3: Guadagno x 5
  • 4: Guadagno x 8
  • 5: Guadagno x 10
  • 6: Guadagno x 16
  • 7: Guadagno x 32

La scheda ESP32 comunica la telemetria attraverso i seguenti published topics :

nome_topic Tipo Note Descrizione
/FFTBinTopic0 array di valori float in forma binaria,
little-endian		 due messaggi consecutivi da 4096 byte ciascuno 1 contiene i 2048 moduli dello spettro dell'accelerazione sul canale 0
/FFTBinTopic1 array di valori float in forma binaria,
little-endian		 due messaggi consecutivi da 4096 byte ciascuno 1 contiene i 2048 moduli dello spettro dell'accelerazione sul canale 1
/RTD1BinTopic stringa temperatura in °C rilevata dalla RTD1
/RTD2BinTopic stringa temperatura in °C rilevata dalla RTD2
/RTD1FaultTopic stringa messaggio diagnostico dal modulo RTD1
  • Ok
  • RTD High Threshold
  • RTD Low Threshold
  • REFIN- > 0.85 x Bias
  • REFIN- < 0.85 x Bias - FORCE- open
  • RTDIN- < 0.85 x Bias - FORCE- open
  • Under/Over voltage
/RTD2FaultTopic stringa messaggio diagnostico dal modulo RTD2
  • Ok
  • RTD High Threshold
  • RTD Low Threshold
  • REFIN- > 0.85 x Bias
  • REFIN- < 0.85 x Bias - FORCE- open
  • RTDIN- < 0.85 x Bias - FORCE- open
  • Under/Over voltage
/CountAdcTopic stringa numero di campionamenti acquisiti sui canali coppia/velocità
/TorqueSpeedTopic array di valori float in forma binaria,
little-endian		 un messaggio con 4 x CountAdcTopic elementi contiene i campioni dei due canali di coppia e dei due canali di velocità, nel formato seguente
[campioni coppia 1][campioni coppia 2][campioni velocità 1][campioni velocità 2]
/pgaGetGain stringa valore attuale del guadagno impostato sul PGA

FUNZIONE SETUP()

Nella funzione setup() è importante rispettare la sequenza di operazioni:

  1. configurare tutti i dispositivi hardware
  2. assegnare i valori predefiniti a variabili/oggetti della applicazione
  3. creare eventuali task RTOS
  4. configurare il client MQTT con configMqttClient(mqttServer, mqttPort, mqttUser, mqttPassword);
  5. avviare il sotto sistema WiFi con initWiFi_STA();

Footnotes

  1. il primo elemento del primo messaggio viene cambiato di segno (sarà sempre negativo) per consentire a chi riceve di discriminare il primo messaggio dal secondo messaggio e ricostruire l'ordine dei 4096+4096 byte, altrimenti lo spettro delle ampiezze potrebbe risultare traslato di metà banda passante. ↩ ↩2