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Traduction :

Georges Khaznadar

Logo vLabtool

Introduction

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• Bon marché, polyvalent, cet outil d'acquisition de données et de contrôle transformera votre ordinateur en atelier pour les expériences de science et d'électronique .

boîtier vLabtool avec une petite expérience

Un outil clé en main, polyvalent, des applications orientées vers l'expérimentation.

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Logo Ubuntu

Version 12.04 ou plus

Logo Python

Version 2.7 ou plus

Table des matières

Introduction

Un outil clé en main, polyvalent, des applications orientées vers l'expérimentation.

Résumé des fonctionnalités

Installation du logiciel

Configuration requise

Installation des dépendances

Liste des logiciels installés

Test : L'application Oscilloscope

Les contrôles dans la section des Signaux Analogiques

Contrôles dans la section des périphériques

Contrôles dans la section numérique

Test : Démonstration des terminaux sans fil

Connexion d'un nouveau terminal sans fil équipé d'un capteur

Recevoir les données d'un capteur

Changer les paramètres des capteurs

Test : application de démonstration d'enregistreur de données

Choix d'une commande et démarrage de l'enregistreur

Fonctions supplémentaires accessibles aux menus

Définitions et fonctions des bornes

Entrées analogiques – Tensions en résolution 12-bit

Sorties analogiques

Entrées numériques – Niveaux logiques, résolution 15 ns

Sorties numériques

Bus de données - I2C , SPI, UART

Quelques définitions pour le connecteur d'extension

Nomenclature additionnelle

Terminaux sans fil

Transmetteur intégré : liaison radio bidirectionnelle

Sous-unités sans fil : adresses sur 3 octets

Résumé des fonctionnalités

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Calibré à l'aide d'instruments professionnels pour une grande précision

Fonctionnalité	Description	Étiquettes des branchements	Calibres
Entrées analogiques	Jusqu'à 10 entrées analogiques avec des calibres variés . Gains programmables et contrôle de décalage. Résolution 12-bit en tension, échantillonnage jusqu'à 1 M éch/s . Tension de référence 5ppm , 3,3 V.	CH1, CH2 CH3, CH4 - CH7 SEN I2V	± 16 V ± 3,3 V 0 − 3,3 V 0 − 3,3 V ± 3,3 mA
Sorties analogiques	Sources de tension programmables (12-bit) Source de courant constant	PVS1 PVS2 PVS3 PCS	±5V ±3,3V 0 − 3,3V 0 − 3,3mA
Entrées numériques	4 × entrées numériques compatibles TTL. Analyseur logique Fréquencemètre (0-30MHz) routines de mesure de temps ±2.5ppm, Oscillateur de référence à 12MHz	ID1 - ID4	0-5 V
Générateur de signaux	1. S ignal sinusoïdal/triangulaire . Fréquence programmable : résolution à 28-bit Contrôle d'amplitude manuel 2. Signal sinusoïdal Fréquence fixe Amplitude fixe 3. 4 × signaux carrés corrélés en phase Fréquence Résolution max. en différence de phase Résolution max. en rapport cyclique Plus des fonctions telles que sortie à état simple selectionnable	Wavegen SINE SQ1 - SQ4	5Hz - 2MHz 0-4 Volts 14 k Hz ±4Volts 0 − 5Volts 10Hz- 1 6MHz 15nS 15nS
Terminaux sans fil	Unités additionnelles alimentées sur piles . Alimentation Transmission sans fil pour les capteurs Plusieurs terminaux simultanés Peut aussi contrôler des relais et lire des tensions.	Pile /Adapt at e u r	3.7-4.2 V
Bus de données	I2C : maître Utilisé couramment par les capteurs intégrés SPI : maître Sélection des bornes des puces UART	SCL,SDA SCK,SDI,SDO CS1 , CS2
Connecteur d'extension	Connecteur à 20 – broches pour adapter des modules additionnels . Utilisations : SPI,I2C,E/ S analogiques , E/S numériques , sortie 16MHz TTL, et tension sinusoïdale ou continue.

Installation du logiciel

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L'appareil a été testé sur des distributions à base Debian : Ubuntu 12.04 et plus, et Raspbian Wheezy. Le support pour Windows est en développement .

Configuration requise

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Processeur

Les PC d'entrée de gamme ainsi que les Netbooks dotés de processeurs Intel Atom sont supportés . Pas de configuration particulière nécessaire. A été testé avec Raspberry Pi 2.

Affichage

Les applications graphiques peuvent se contenter d'un affichage 800x600 sans utilisation de barres de défilement .

L'accélération graphique n'est nécessaire que si on utilise des graphiques 3D interactifs.

Installation des dépendances

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Lancer les commandes suivantes dans un terminal (C trl -A lt -T) :

1. sudo apt-get install python-qt4 python-opengl python-qt4-gl python-scipy

python-numpy ipython-qtconsole python-setuptools python-sip
2. sudo easy_install pyqtgraph
3. sudo easy_install vLabtool

Liste des logiciels installés

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Voici une liste non exhaustive d'applications graphiques qui s'installent avec le module Python, et qu'on peut lancer depuis un terminal :

1. vLabtool-scope , oscilloscope à 2 canaux, analyseur logique à 4 canaux, avec des facilités de contrôle de périphériques et de modélisation de courbes.
2. vLabtool-stream , conçu pour tracer un graphique en continu à partir de n'importe quelle fonction du module Python vLabtool renvoyant un nombre entier ou décimal.
3. vLabtool-sensorDemo , auto-détecte les capteurs branchés au connecteur d'extension I2C, et trace les mesures dans des graphiques en temps réel. Il faut pour cela que la classe de capteur soit installée, plusieurs étant déjà supportées par défaut.
4. vLabtool-console , lance une console iPython avec les fonctions d'initialisation déjà exécutées. Une fenêtre de graphiques est aussi fournie, et on peut l'utiliser à l'aide d'un seul appel de fonction.
5. vLabtool-wirelessDemo , auto-détecte les terminaux sans fil du voisinage, liste leurs adresses et les capteurs connectés, trace les graphiques de tous les capteurs en temps réel.
6. vLabtool-bodePlots , utilise le générateur de signal sinusoïdal programmable et les entrées analogiques pour analyser les réponses en fréquence, amplitude et phase de filtres.
7. vLabtool-diodeIV , trace la caractéristique courant-tension d'une diode. Peut aussi afficher de multiples mesures dans une surface 3D pour étudier la dépendance en température.

Test : L'application Oscilloscope

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Copier la commande suivante et la lancer dans un Terminal : vLabtool-scope

Copie d'écran : voir l'explication attachée

Capture d'écran de l'utilitaire de tracé de courbe de l'oscilloscope, traçant des sinusoïdes issues des générateurs de signaux.

Il est aussi possible de modéliser les données, les résultats s'affichent en bas de la fenêtre.

Les contrôles dans la section des Signaux Analogiques

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	CH1 : Canal 1 de l' oscilloscope
Réaffectable	Cette entrée n'est pas réservée à la prise nommée « CH1 ». Cela en fait un canal d'acquisition très souple, il est possible de l'affecter à n'importe laquelle des entrées analogiques à l'aide d'un menu déroulant dans le coin du haut. Elle a aussi un contrôle de décalage sur 12 – bit accessible à l'aide d'une barre de défilement.
	CH2 : Canal 2 de l' oscilloscope
Fixé	Ce canal ne traite que les signaux provenant de la prise nommée « CH2 ».
	TRIGGER : permet le choix du canal synchronisant l' oscilloscope
Niveau	Ce bouton rotatif règle le seuil de synchronisation, ce qui est aussi reflété par une marque apparaissant sur l'afficheur .
Canal	Le menu déroulant permet de choisir le canal de synchronisation. Si CH1 est sélectionné, le signal de synchronisation sera pris depuis l'entrée qui lui a été assignée.
	Intervalle de temps : choix pour le balayage de l' oscilloscope
Balayage	Règle le délai ( e n µs) entre deux points de données successifs .

	Modélisation sinusoïdale : utiliser Scipy pour modéliser les données par un sinus
Menu 1	Choix du canal de données à modéliser. Utilise Scipy.optimize pour obtenir la fréquence , l' amplitude, la phase et le décalage.
Menu 2	Choix d'un deuxième canal de données pour la modélisation.
Case à cocher	Incruster les résultats de modélisation .
Résultats	Les valeurs du modèle : a mplitude, fréquence , p hase, et décalage sont affichés dans le bas de la fenêtre.
	Lissajous : courbes XY
Menu 1	Choix du canal de données pour l'axe X.
Menu 2	Choix du canal de données pour l'axe Y .
afficher	Active/désactive l'incrustation du Lissajous.
Animer	Met en pause l'acquisition de données et anime la formation de la courbe X-Y.

Contrôles dans la section des périphériques

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Copie d'écran : voir l'explication attachée

Capture d'écran de l'utilitaire d' oscilloscope montrant la section des périphériques. La courbe Lissajous a été activée dans la section analogique.

PVS1	Calibre : ± 5 V, règle la tension de sortie de la borne PVS1. Courant max. 5 mA.
PVS2	Calibre : ± 3,3 V, règle la tension de sortie de la borne PVS 2 . Courant max. 5 mA.
PVS3	Calibre : 0 − 3 V, règle la tension de sortie de la borne PVS 3 . Courant max. 5 mA.
PCS	Calibre : 0 − 3,3 mA, règle la tension de sortie de la borne PCS. Le courant dépend de la résistance de charge , PCS et PVS3 sont liés , un seul des deux est utilisable en même temps .

GBF	Calibre : 0 − 2MHz, règle la fréquence du générateur basse fréquence. Résolution max. 0,04 Hz, contrôle d'amplitude (±1 mV − ± 4V ) à l'aide d'un potentiomètre physique situé sur le boîtier.
	Signaux carrés corrélés en phase (SQ1,SQ2,SQ3,SQ4)
Fréquence	Calibre : 0 − 8MHz, règles la fréquence pour les quatre générateurs de signal carré. Résolution : 15 n s .
Sortie	Choix de la borne de sortie à configurer.
Phase	Règle la différence de phase (0 − 100%) entre le signal sélectionné et SQ1.
Cycle	Règle le rapport cyclique (0 − 100%) du signal sélectionné .

Contrôles dans la section numérique

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Copie d'écran : voir l'explication attachée

Copie d'écran de la section des signaux numériques dans le mode d'analyseur logique à quatre canaux. Quatre signaux PWM issus de SQ1 - SQ4 ont été connectés aux entrées numériques ID1-ID4. CH3 a été configuré pour n'enregistrer que les fronts montants, CH4 n'enregistre que les fronts descendants.

Canaux actifs	Nombre d'entrées à numériser . Les modes simple et double canal peuvent enregistrer jusqu'à 60 secondes entre deux changements d'état avec une résolution de 15 ns. Dans les modes trois et quatre canaux, on ne plus descendre qu'à un délai de 1 ms entre changements d'état successifs.
Durée d'acquisition	Durée d'échantillonage des données avant la récupération des résultats . L'analyseur logique rafraîchit les données en continu à cet intervalle de temps.

	Options de canal unique
Canal	L'entrée à enregistrer . À choisir entre ID1, ID2, ID3, et ID4.
Fronts	Types de changements d'état à enregistrer . Choix entre des options comme « front descendants seulement » , « fronts montants seulement », « tous les fronts ».
	Synchronisation
Canal	Active le changement d'état relatif au canal sélectionné.
Fronts	Types de changement d'état à utiliser pour la synchronisation.
	Modes 3/4 canaux
CH1-CH4	Choix du type de changement d'état à enregistrer pour chaque canal quand l'analyseur logique est soit dans le mode 3 canaux, soit dans le mode 4 canaux.
	Intervalles de temps > Important ! Geler l'analyseur logique avant les mesures.
Front 1	Choix du canal d'entrée et du type de front qui démarre le chronomètre.
Front 2	Choix du canal d'entrée et du type de front qui arrête le chronomètre.
Allez !	Lance la mesure .
Résultats	Les résultats seront affichés là en unité seconde.

Test : Démonstration des terminaux sans fil

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Copier la commande suivante et la lancer dans un Terminal : vLabtool-wirelessDemo

Connexion d'un nouveau terminal sans fil équipé d'un capteur

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Copie d'écran : voir l'explication attachée

Copie d'écran de l'application wirelessDemo

1. Brancher un capteur à un terminal sans fil en assemblant les bornes marquées Vdd, GND, SCL, SDA . Ces bornes apparaissent dans le même ordre sur la plupart des modules de capteurs, et il ne devrait pas être nécessaire d'ajouter des fils.
2. S'assurer que l'option « Enregistrer de nouveau terminaux » est sélectionnée dans l'application.
3. Brancher la batterie au terminal sans fil.
4. Vérifier que le logiciel a auto-détecté le nouveau terminal sans fil et aussi trouvé l'adresse du capteur qui a été connecté.
5. Désactiver « Enregistrer de nouveau terminaux » .

Si l'on veut, il est possible de déplacer le curseur sur une adresse de capteur, et le logiciel tentera de deviner son modèle et son type.
6. Cliquer sur « Rafraîchir la liste des terminaux » , cela crée des contrôles pour chaque terminal sans fil, et aussi un menu déroulant des capteurs connectés.

Recevoir les données d'un capteur

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1. Après la séquence d'étapes ci-dessus, choisir le capteur approprié et cliquer sur « Allez ! », le logiciel enregistrera en continu les valeurs issues du capteur.

Changer les paramètres des capteurs

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1. Ouvrir le menu auto-généré en bas à gauche, et changer les paramètres. Par exemple, le gain, la vitesse d'échantillonage, la sélection de type de donnée.

Test : application de démonstration d'enregistreur de données

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Cette application trace la courbe des valeurs de retour de toute fonction définie dans le module Python Module pourvu qu'il s'agisse d'entiers ou de nombres décimaux .

Copier la commande suivante et la lancer dans un Terminal : vLabtool-stream

Choix d'une commande et démarrage de l'enregistreur

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Copie d'écran : voir l'explication attachée

Copie d'écran de l'application d'enregistreur.

1. Se référer au manuel du programmeur pour une liste de commandes valides , et choisir la fonction qu'on veut surveiller. On peut ouvrir le manuel depuis le menu d'aide.
2. Copier le nom de la commande avec les arguments corrects dans l'application . Et ensuite, cliquer sur « Surveiller ». L'application fournit quelques commandes usuelles et des arguments appropriés rassemblés dans un menu déroulant liée à la boîte de saisie des commandes.

Fonctions supplémentaires accessibles aux menus

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Voltmètre	Active un widget qui fait une mesure de tension à chaque clic.
Amplificateurs	Active un widget qui règle le gain des canaux d'entrées analogiques.
GBF	Active une barre de défilement pour régler la fréquence de la sortie de signal sinusoïdal.
Sources UI	Active des widgets pour régler les sources de tension et de courant.
Temps	Active des widgets de mesures temporelles , tels que le rapport cyclique et la fréquence.
Console	Ouvre une console iPython avec les commandes d'initialisation exécutées .
Aide	Menu d'aide qui donne accès au manuel du programmeur ainsi qu'aux fichiers HTML spécifiques à des expériences.

Définitions et fonctions des bornes

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Entrées analogiques – Tensions en résolution 12-bit

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CH1	Calibre: ± 16 V , Gain : jusqu'à 32×, entrée « alternatif » séparée.
CH2	Calibre: ± 16 V , Gain : jusqu'à 32×, entrée « alternatif » séparée.
CH3	Calibre: ± 3,3V , Gain : jusqu'à 32×, contrôle de décalage 12-bit. * contrôle de gain manuel avec une résistance R g à la masse . $g = 1 + \frac{10 k}{R_{g}}$
CH4	Calibre: 0 – 3,3V , Gain : jusqu'à 32×, contrôle de décalage 12-bit.
CH5	Calibre: 0 – 3,3V , Gain : jusqu'à 32×, contrôle de décalage 12-bit.
CH6	Calibre: 0 – 3,3V , Gain : jusqu'à 32×, contrôle de décalage 12-bit.
CH7	Calibre: 0 – 3,3V , Gain : jusqu'à 32×, contrôle de décalage 12-bit.
SEN	Calibre: 0 – 3,3V , tiré en interne à 3,3V via une résistance de $5,1 k Ω$
AN2	Calibre: 0 – 3,3V , disponible sur le connecteur d'extension.
AN3	Calibre: 0 – 3,3V , disponible sur le connecteur d'extension.
	Surveillances internes
5 V	La tension d'alimentation , mesure la tension du port USB.
V+	Mesure la tension de sortie . À surveiller pour savoir si des charges externes l'affectent.

Sorties analogiques

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	Générateurs de signaux (GBF)
WG1	Générateur basse fréquence 0-2MHz sinus/triangle , Calibre: ± 4 V. Contrôle manuel d'amplitude à l'aide d'un potentiomètre situé sur le côté du boîtier. Résolution 28-bit (0,04Hz).
SINE	Générateur sinusoïdal de fréquence fixe 14 k Hz. Calibre: ±4V.
	Sources de tension et de courant programmables (12-bit)
PVS1	Calibre : ± 5 V, jusqu'à 10 mA.
PVS2	Calibre : ± 3,3 V, jusqu'à 10 mA.
PVS3	Calibre : 0 − 3,3 V, jusqu'à 10 mA.
PCS	Calibre : 0 − 3,3 mA. Selon la résistance de charge . Jusqu'à une chute de tension de 3,3 V.

Entrées numériques – Niveaux logiques, résolution 15 n s

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	Analyseur logique , fréquencemètre , fonctions temporelles
ID1	Calibre : 0 − 5 V, 0-32 MHz.
ID2	Calibre : 0 − 5 V, 0-32 MHz.
ID3	Calibre : 0 − 5 V, 0-32 MHz.
ID4	Calibre : 0 − 5 V, 0-32 MHz.

Sorties numériques

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	4× sorties PWM, résolution de 15 ns pour fréquence, phase, et rapport cyclique
SQ1	Calibre : 0 − 5 V.
SQ2	Calibre : 0 − 5 V.
SQ3	Calibre : 0 − 5 V.
SQ4	Calibre : 0 − 5 V.

Bus de données - I2C , SPI, UART

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	I2C (Inter-Integrated Circuit) maître : jusqu'à 4 MHz de fréquence d'horloge
Application	Test é avec plusieurs capteurs , MPU6050, MLX90614, HMC5883L, BMP180, TSL2561, SHT21 etc. Ceux-ci mesurent la vitesse angulaire, l'accélération, la température, l'humidité, la lumière, la pression et le champ magnétique.
Vdd	Tension d'alimentation de 3,3V.
GND	Retour de l'alimentation .
SCL	Sortie de l'horloge I2C.
SDA	Ligne des données I2C.
	SPI(Serial-Peripheral Interface) maître : disponible sur le connecteur d'extension . Support e tous les quatre modes d'opération.
SCK	Sortie d'horloge SPI, testée jusqu'à 16 MHz.
SDO	Sortie des données SPI (MOSI).
SDI	Entrée des données SPI (MISO).
O1	Choix de puce 1.
O2	Choix de puce 2.

Quelques définitions pour le connecteur d'extension

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DDS	Sortie TTL 16 MHz , 0-3,3 V. Elle sert aussi d'horloge de référence pour le générateur basse fréquence sinus/triangle 0-2 MHz, et peut être utilisé pour créer des ajouts corrélés en phase avec le GBF.
AN2	Entrée analogique , Calibre: 0 − 3,3 V.
AN3	Entrée analogique , Calibre: 0 − 3,3 V.

Nomenclature additionnelle

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GND	Abrégé pour GROUND = la terre . C'est la référence pour les tensions, considérée comme 0 volt. Elle est aussi connectée à la terre des sources d'alimentation (ordinateur portable, tablette, Rpi, etc.)
V+/V-	Tensions d'alimentation , ± 9 V. Limitées à 20 mA par canal .

Terminaux sans fil

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Copie d'écran : voir l'explication attachée

Transmetteur intégré : liaison radio bidirectionnelle

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Capable de communiquer avec plusieurs terminaux sans fil pour contrôler des capteurs et en recevoir des données.

Sous-unités sans fil : adresses sur 3 octets

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Un terminal sans fil

I2C	Bus de données pour interfacer des capteurs usuels . On peut mesurer des paramètres physiques avec une interférence mécanique minimale.
SPI	Un autre bus de données utilisé par certains appareils . Les appareils intéressants pour vLabtool sont des générateurs basse fréquence de précision, et des instruments analogiques de haute résolution.
RGBout	Contr ô l e des guirlandes de WS2812B , qui sont des DELs R V B pilotables pour obtenir une palette de 16 millions de nuances.