česky english Vítejte, dnes je úterý 24. září 2019

Open-source měřicí systém Red Pitaya

DPS 2/2015 | Měření - články
Autor: Redakce

Společnost RS Components (RS) oznámila uvedení nové otevřené platformy s jedinou deskou Red Pitaya pro měření, která nahrazuje celou řadu drahých laboratorních i terénních přístrojů za podstatně nižší cenu.

Společnost Red Pitaya založili odborníci z renomované firmy Instrumentation Technologies, která vyvíjí a vyrábí vysoce přesné testovací a měřicí přístroje pro monitorování procesů urychlování částic, například pro velký hadronový urychlovač ve švýcarském Cernu nebo synchrotron Diamond Light Source v britském Oxfordshire. Počáteční finanční příspěvek ve výši 50 000 USD poskytla projektu webová komunita Kickstarter a celková konečná investice 256 000 USD svým rozsahem potvrzuje perspektivní a inovativní povahu tohoto projektu.

Red Pitaya je testovacím a měřicím řešením, které nabízí unikátní, kompaktní a dostupný systém. Kombinuje hardwarovou platformu logických obvodů Xilinx 7010 Zynq s FPGA a duálním procesorem Cortex A9 s open-source katalogem aplikací, které jsou dostupné on-line, jako je signální generátor, regulátor PID, osciloskop, spektrální analyzátor a další.

Red Pitaya je postavena na operačním systému GNU/Linux a lze ji programovat na různých úrovních s použitím široké palety softwarových rozhraní včetně HDL, C/C++ a skriptovacích jazyků. Webová rozhraní HTML umožňují přístup k funkcím platformy z většiny webových prohlížečů smartphonů, tabletů a osobních počítačů. Zařízení jen o málo větší než kreditní karta nabízí skutečnou mobilitu a lze jej bez nadsázky považovat za kapesní přístroj.

V komunitní knihovně s otevřeným přístupem známé jako cloudové tržiště Bazaar je k dispozici standardní, open source soubor aplikací pro testování a měření. Kromě toho úložiště Backyard nabízí zdrojové kódy a nástroje pro vývoj open-source aplikací, jež umožňují další vývoj a podporují spolupráci v komunitě vývojářů. Ta je sice stále v začátcích, ale počet jejích aplikací stále stoupá. Jsou mezi nimi například upravené verze oficiálních aplikací nebo aplikace vytvořené pro specifické funkce, například průtokoměry.

Konfigurace řady Zynq 7000 kombinuje to nejlepší z programování softwaru i hardwaru, jak je známe u systémů s FGA. Připočtěme-li k tomu architekturu SoC (System on Chip) řady Zync 7000, dostaneme levnou vývojovou platformu s nízkou spotřebou energie a flexibilitou, která optimalizuje efektivitu všech funkcí zařízení. Například aplikace pro sběr a záznam dat bude využívat zejména FPGA, zatímco aplikace pro komunikaci přes webové rozhraní a prezentaci dat budou záležitostí procesoru v prostředí GNU/Linux.

Obr. 1

Jak již bylo uvedeno, deska má přibližně velikost kreditní karty. Nejzřetelnějším znakem je centrálně umístěný chladič pro Xilinx Zynq a řada konektorů umístěných na okrajích desky. Na jedné straně desky najdeme kromě přípojky napájení také konektory, které většinou slouží pro procesor ARM umístěný na desce:

  • konektor Micro USB pro napájení desky 5 V a 2 A;
  • konektor Micro USB pro externí konzoli procesoru ARM;
  • konektor USB 2.0 pro připojení externích zařízení, např. Wi-Fi klíče;
  • slot pro kartu Micro SD s kapacitou až 32 GB;
  • konektor RJ45 Ethernet Gigabit.

Na okraji desky jsou čtyři konektory SMA, které tvoří dva analogové vstupy a dva RF výstupy. Vedle ethernetového konektoru se nachází pole kontrolek LED. Některé z těchto kontrolek indikují provozní stav desky, jiné jsou k dispozici pro uživatelem definované a řízené funkce jako součást programu aplikace. Na druhém okraji desky vidíme konektor E2 s vývody sběrnic sériové komunikace, I2C a SPI. Kromě dvou externích časování pro analogové RF vstupy, napájení 3,3 V, 5 V a zemnění jsou zde také čtyři vstupy (ADC) a čtyři analogové výstupy (DAC).

Obr. 2

Analogové vstupní kanály mají následující vlastnosti:

  • Počet kanálů: 4
  • Jmenovitá vzorkovací frekvence: 100 ks/s (H)
  • Rozlišení ADC 12 bitů
  • Konektor: vyhrazené kolíky na IDC konektoru E2 (kolíky 13, 14, 15, 16)
  • Rozsah vstupního napětí: 0 až +3,5 V
  • Vazba vstupu: DC

Analogové výstupní kanály mají následující vlastnosti:

  • Počet kanálů: 4
  • Typ výstupu: PWM s dolní propustí (I)
  • Časové rozlišení PWM: 4 ns (1/250 MHz)
  • Konektor: vyhrazené kolíky na IDC konektoru E2 (kolíky 17, 18, 19, 20)
  • Rozsah výstupního napětí: 0 až +1,8 V
  • Vazba výstupu: DC

Dva konektory SATA vedle pouzdra pro kartu SD zajišťují přístup ke čtyřem párům digitálních signálů, které umožňují synchronizaci a přenos dat až do rychlosti 500 Mb/s. Po zapnutí zařízení je nejsnazší možností přístupu k dostupným funkcím jednoduché připojení přes webový prohlížeč. Je ale také možné připojit se i jinými způsoby, např. přes vzdálený terminál nebo sériovou linku. V případě připojení v režimu domácí sítě jsou kromě síťového kabelu k dispozici ještě další možnosti:

  • připojení k zařízení ze smartphonů, tabletů apod.,
  • přiřazení statické IP adresy,
  • připojení zařízení k domácí síti v režimu Wi-Fi.

Připojení k desce pomocí webového prohlížeče v mobilním zařízení je velmi přehledné. Potřebujete pouze připojit a přiřadit své zařízení k přístupovému bodu domácí sítě a provést standardní postup připojení. Pokud již znáte IP adresu desky Red Pitaya, můžete ji zadat přímo do řádku adresy prohlížeče.

„Platforma Red Pitaya vyvolala mezi konstruktéry v oboru testování a měření velkou vlnu nadšení,“ říká Philip Dock, globální ředitel oddělení Product & Supplier Management společnosti RS. „Žádný jiný produkt pro vývoj přístrojů na trhu nedokáže nabídnout tak širokou funkcionalitu a flexibilitu za cenu, kterou si můžete dovolit i při tom nejomezenějším rozpočtu.“

„Když jsme projekt Red Pitaya rozjížděli, měli jsme vizi, že umožníme všem začít pracovat s technologiemi, které byly ještě včera dostupné pouze špičkovým výzkumným laboratořím a průmyslovým podnikům. Dnes jsme nadšení z reakcí našich uživatelů a ze spousty kreativních nápadů, které navrhují. V tom spočívá skutečná síla platformy Red Pitaya,“ říká Borut Baričevič, spoluzakladatel a produktový manažer projektu Red Pitaya.

Platformu Red Pitaya je možné objednat na webových stránkách společnosti RS Components [1].

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik