【CIRCUS Pi】M5Stack 搭配 KEYENCE 感測器實現物聯網功能

作者/圖片來源: CIRCUS Pi

最近因為在製作一個關於流量感測的專案,所以研究了 KEYENCE(基恩斯)的產品「夾鉗式流量感測器」,如下圖所示。會選用此感測器是因為它是夾鉗式(非嵌入式)量測,感測器不需要直接接觸液體,而且它可以量測非常微小的流量(約0.1 c.c.),非常符合我們的需求。

於是我們使用它串接 M5Stack Core 控制器,讀取感測器數位訊號後統計,然後將結果(總流量、瞬間流量等數據)顯示在LCD面板上,並且可以透過 M5Stack 上方的按鈕操作互動,最後將統計後的數值透過 Wi-Fi 或 Lora 發送,實現物聯網功能;本篇文章就要來跟大家分享這個專案的製作過程。

夾鉗式流量感測器

夾鉗式流量感測器

夾鉗式流量感測器與M5Stack串接

夾鉗式流量感測器能提供統計與計算總流量、瞬間流量、吐出量等多項功能及參數設定,如下圖所示。並且提供 USB、數位輸入/輸出、類比輸出等多項方式表達各種感測資訊,因為擁有這些方式,我們便可使用 M5Stack 讀取數位訊號,下圖是夾鉗式流量感測器的技術文件,裡面詳細地說明了各種支援模式的時序圖,讓使用者理解其工作方式,快速與微控制器結合。

如何讀取數位訊號計算流量及流速

感測器輸出的數位訊號一週期代表水管流過 0.1 c.c. 的水,而每一 PW(Pulse Width)&SW(Space Width) 的寬度相同,PW 與 SW 的寬度也代表這 0.1 c.c. 水的流速(單位:ml/minute),透過此特性我們可以預估最高流速對應的 PW 寬度,此外我們也採用中斷方式接收數位訊號避免漏收 Pulse,下圖為脈衝輸出模式的時序圖。

中斷函式的寫法

為了能讓 MCU 及時讀取數位訊號,我們採用硬體中斷的方式接收數位訊號,下方為中斷函式 (ISR) 內容,採用上升沿觸發記錄總流量,並且同時計算流速以及超時時間。

M5Stack UI 介紹

設定開機動畫,目的是等待感測器準備就緒,如下圖所示:

開機畫面

首頁顯示所有統計後的數值,如下圖所示:

首頁顯示統計後的所有欄位數值

M5Stack 模組架構

M5Stack 推出非常多種的模組,我們只需選用需要的模組並將它們疊起來便可快速完成一個小巧外觀漂亮的裝置,如下圖所示:

本次專案所使用到 M5Stack GRAY Kit IoT進階開發板套件M5Stack COM.LoRaWAN 模組M5Stack 洞洞板擴充座(15mm),如下圖所示:

M5Stack 連接流量計方法

將 M5Stack 接上流量感測器,如下圖所示:

左側接頭分別為電源 24V、KEYENCE 流量感測器的 7 條線,其中包含電源及輸出輸入信號線,透過 M5Stack 洞洞板擴充座將 24V 電源合併到 KEYENCE 流量感測器電源輸入,並將數位輸出輸入信號做電位轉換最後接入M5Stack Core。

透過 M5Stack 洞洞板擴充座可以自己客製化電路,讓整個專案整合性更加完整,非常適合用在工控設備上。

M5Stack 與流量計數值比對

流量計感測所測得的數值顯示如下圖所示:

實際測量流量

實際拿量杯量測流過的水與流量計所統計的數值非常相近。

結語

本篇文章與大家介紹了使用 M5Stack 實現物聯網功能專案的過程,經過實際測試後可以發現 KEYENCE 的夾鉗式流量感測器與實際量測的數值非常相近。而且我們也可以證明使用 M5Stack 做專案其實非常方便,MCU 使用 ESP32,同時具有螢幕 (LCD)、Wi-Fi、藍牙、Lora 等各種通訊模組,加上操作按鈕、電源管理等多項配件,以及不須自行設計機構即可快速完成成品的各項特點,讓製作專案也可以是一件相當輕鬆方便的事情!

(本文經同意轉載自CIRCUS Pi原文連結;責任編輯:謝涵如)

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