Передача данных от штангенциркуля через USB и WiFi

Успешно победив новый штангенциркуль, я решил добить и старый. Очевидные проблемы с 1,5 В питания и нестандартным разъемом казались легко преодолимыми. Внешне мой штангенциркуль не отличался от описанного в известной статье. Однако подключение осциллографа показало, что приятная внешность не всегда содержит аналогичное содержание.

Протокол здесь сильно напоминал описанный в статье Chinese Scale Protocol. И основная неприятность была не в расшифровке, а в тактовой частоте, которая была на порядок больше, чем в модели, которую я победил. Не я первый, и решение было известно: вместо опроса тактового сигнала использовать прерывания. Однако моя попытка реализовать эту идею на Arduino Nano не увенчалась успехом. Почти треть тактов я не замечал. Наверное, можно было улучшить программу, ведь были статьи где писалось о положительном результате. Но я пошел путем улучшения железа. Поскольку в конечном случае предполагалось использовать ESP-32, то я перешел на нее сразу.

Эксперименты показали, что с желтым светодиодом с падением напряжения в 1,9 В устройство работает стабильнее. Это превышение напряжения, возможно, отрицательно сказалось на работе устройства и потреблении им энергии, но пока не сгорело, а питание штангенциркуля мы все равно теперь получаем не от батарейки, а извне. Сопротивление 220 Ом, конденсатор 10 мкФ.

В результате, программа, позволяющая стабильно передавать данные в компьютер через USB, выглядит так:

int dataIn = 18;
 int cn = 0;
 int out = 0;
long longout=0;
float finalout;
float finalout2;
#define ZERO_PIN 19
hw_timer_t * timer = NULL;
volatile SemaphoreHandle_t timerSemaphore;
portMUX_TYPE timerMux = portMUX_INITIALIZER_UNLOCKED;

void ARDUINO_ISR_ATTR onTimer(){
  // Give a semaphore that we can check in the loop
  xSemaphoreGiveFromISR(timerSemaphore, NULL);
  // It is safe to use digitalRead/Write here if you want to toggle an output
}
void IRAM_ATTR isr() {
 cn=cn+1;
 out = digitalRead(dataIn)+digitalRead(dataIn)+digitalRead(dataIn);
 if (out > 1){
longout=longout|0b01000000000000000000000000000000;
longout=longout>>1;
}
else{
longout=longout>>1;
}
timerRestart(timer);
timerAlarmEnable(timer);
}
void setup() {
  pinMode(dataIn, INPUT);
  Serial.begin(115200);
   Serial.println("START");
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ZERO_PIN), isr, FALLING);
  // Create semaphore to inform us when the timer has fired
  timerSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();

  // Use 1st timer of 4 (counted from zero).
  // Set 80 divider for prescaler (see ESP32 Technical Reference Manual for more
  // info).
  timer = timerBegin(0, 80, true);

  // Attach onTimer function to our timer.
  timerAttachInterrupt(timer, &onTimer, true);

  // Set alarm to call onTimer function every second (value in microseconds).
  // Repeat the alarm (third parameter)
  timerAlarmWrite(timer, 200000, true);

  // Start an alarm
  timerAlarmEnable(timer);
}

void loop() {
  // If Timer has fired
  if (xSemaphoreTake(timerSemaphore, 0) == pdTRUE){

    Serial.print(cn);
    Serial.println(" cn");
    cn=0;
    longout=longout>>8;
if (longout & 0b00000000000010000000000000000000){
longout=longout & 0b11111111111101111111111111111111;
//longout=~longout ;
}
finalout=-(float(longout))/100;
finalout2=finalout*0.9922;
if(finalout<-15000){
finalout =  15728.63 +finalout;
finalout2=finalout*0.9922;
}
Serial.print("data:");
Serial.println(finalout2);
longout=0;

  }

}

Не мудрствуя, я попытался воспользоваться уже имеющейся программой расшифровки и, как не странно, она заработала, но отсчет шел в обратную сторону и набегала небольшая ошибка. Добавил сдвиг на 15728,63 и умножил на 0,9922, и показания на дисплее штангенциркуля и передаваемые в компьютер совпали с точностью до двух сотых. Вероятно, расшифровку сигналае можно осуществить более красивым способом, но работает - не трогай.

Дальше больше, берем ESP-32 и создаем веб-сервер для передачи данных через wi-fi. Пишем окончательный вариант программы, который позволяет при запуске точки доступа записать в eprom данные локальной сети wi-fi. Дополняем интерфейс программы возможностью замораживать сигнал и показывать изменения относительно него.

int dataIn = 18;
int cn = 0;
 int out = 0;
long longout=0;
float finalout;
float finalout2;
#define ZERO_PIN 19
hw_timer_t * timer = NULL;
volatile SemaphoreHandle_t timerSemaphore;
portMUX_TYPE timerMux = portMUX_INITIALIZER_UNLOCKED;

int i=0;
float hold1;
//int tempc = 110;
#include <GyverPortal.h>
GyverPortal ui;
#include <EEPROM.h>
struct LoginPass {
  char ssid[20];
  char pass[20];
};
LoginPass lp;
TaskHandle_t Task1;
TaskHandle_t Task2;
void ARDUINO_ISR_ATTR onTimer(){
  // Give a semaphore that we can check in the loop
  xSemaphoreGiveFromISR(timerSemaphore, NULL);
  // It is safe to use digitalRead/Write here if you want to toggle an output
}
void IRAM_ATTR isr() {
 cn=cn+1;
 out = digitalRead(dataIn)+digitalRead(dataIn)+digitalRead(dataIn);
 if (out > 1){
longout=longout|0b01000000000000000000000000000000;
longout=longout>>1;
}
else{
longout=longout>>1;
}
timerRestart(timer);
timerAlarmEnable(timer);
}
// конструктор страницы
void build() {
  GP.BUILD_BEGIN();
  GP.THEME(GP_DARK);
  GP.PAGE_TITLE("CALIPER");
  GP.UPDATE("lb,lbb,lbbb");

GP.LABEL("NAN", "lb",GP_GREEN,44,0);GP.BREAK();
GP.BUTTON_MINI("btn2", "DATA HOLD");
GP.LABEL("NAN", "lbb",GP_RED,44,0);GP.BREAK();  
GP.LABEL("NAN", "lbbb",GP_GREEN,44,0);GP.BREAK();  
  GP.FORM_BEGIN("/login");
  GP.TEXT("lg", "Login", lp.ssid);
  GP.BREAK();
  GP.TEXT("ps", "Password", lp.pass);
  GP.SUBMIT("Submit");
  GP.FORM_END();
GP.BUILD_END();
}

void setup() {
  // Pin Set Up
pinMode(dataIn, INPUT);
  Serial.begin(115200);
   Serial.println("START");
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(ZERO_PIN), isr, FALLING);
  // Create semaphore to inform us when the timer has fired
  timerSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();

  // Use 1st timer of 4 (counted from zero).
  // Set 80 divider for prescaler (see ESP32 Technical Reference Manual for more
  // info).
  timer = timerBegin(0, 80, true);

  // Attach onTimer function to our timer.
  timerAttachInterrupt(timer, &onTimer, true);

  // Set alarm to call onTimer function every second (value in microseconds).
  // Repeat the alarm (third parameter)
  timerAlarmWrite(timer, 200000, true);

  // Start an alarm
  timerAlarmEnable(timer);
EEPROM.begin(100);
EEPROM.get(0, lp);
Serial.println(lp.ssid);
Serial.println(lp.pass);
if (touchRead(15)<35) startap2();
else startup();
  // подключаем конструктор и запускаем
  ui.attachBuild(build);
  ui.attach(action);
  ui.start();
  // Создаем задачу с кодом из функции Task1code(),
  // с приоритетом 1 и выполняемую на ядре 0:
  xTaskCreatePinnedToCore(
                    Task1code,   /* Функция задачи */
                    "Task1",     /* Название задачи */
                    10000,       /* Размер стека задачи */
                    NULL,        /* Параметр задачи */
                    1,           /* Приоритет задачи */
                    &Task1,      /* Идентификатор задачи,
                                    чтобы ее можно было отслеживать */
                    0);          /* Ядро для выполнения задачи (0) */                  
  delay(500); 

  // Создаем задачу с кодом из функции Task2code(),
  // с приоритетом 2 и выполняемую на ядре 1:
  xTaskCreatePinnedToCore(
                    Task2code,   /* Функция задачи */
                    "Task2",     /* Название задачи */
                    10000,       /* Размер стека задачи */
                    NULL,        /* Параметр задачи */
                    2,           /* Приоритет задачи */
                    &Task2,      /* Идентификатор задачи,
                                    чтобы ее можно было отслеживать */
                    1);          /* Ядро для выполнения задачи (1) */
    delay(500); 
}
void startap2() {
  Serial.println("Portal start");
  // запускаем точку доступа
  WiFi.mode(WIFI_AP);
  WiFi.softAP("CALIPER");
  //Serial.println(WiFi.localIP());
  Serial.println(WiFi.softAPIP()); 
}
void startup() {
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(lp.ssid, lp.pass);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println(WiFi.localIP());
}
void action() {
  if (ui.form("/login")) {      // кнопка нажата
    ui.copyStr("lg", lp.ssid);  // копируем себе
    ui.copyStr("ps", lp.pass);
    EEPROM.put(0, lp);              // сохраняем
    EEPROM.commit();                // записываем
 //   WiFi.softAPdisconnect();        // отключаем AP
  }
  if (ui.click("btn2")) {
  hold1= finalout2; 
  }
  
  if (ui.update()) {
    if (ui.update("lb")) ui.answer(String(finalout2));
    if (ui.update("lbb")) ui.answer(String(hold1));
    if (ui.update("lbbb")) ui.answer(String(finalout2-hold1));
  }
}
// Функция Task2code: 
void Task2code( void * pvParameters ){
  Serial.print("Task2 running on core ");
//  "Задача Task2 выполняется на ядре "
  Serial.println(xPortGetCoreID());
  for(;;){
  // If Timer has fired
  if (xSemaphoreTake(timerSemaphore, 0) == pdTRUE){

    Serial.print(cn);
    Serial.println(" cn");
    cn=0;
    longout=longout>>8;
if (longout & 0b00000000000010000000000000000000){
longout=longout & 0b11111111111101111111111111111111;
//longout=~longout ;
}
finalout=-(float(longout))/100;
finalout2=finalout*0.9922;
if(finalout<-15000){
finalout =  15728.63 +finalout;
finalout2=finalout*0.9922;
}
Serial.print("data:");
Serial.println(finalout2);
longout=0;

  }
  }
}
// Функция Task1code:
void Task1code( void * pvParameters ){
  Serial.print("Task1 running on core ");
//  "Задача Task1 выполняется на ядре "
  Serial.println(xPortGetCoreID());

for(;;){     
 ui.tick();
 }
}
void loop() {
  
}

В заключение, приведу 3D модель корпуса для получившегося устройства.

Передача данных от штангенциркуля через USB и WiFi (часть вторая)

Передача данных от штангенциркуля
через USB и WiFi (часть вторая)