Uebung_028c2_AR: Analog-Eingang Kalibrierung mit Adaptern NVS und Hysterese-Regler am Ausgang und Display Anzeige

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Einleitung

Diese Übung demonstriert die Kalibrierung eines analogen Eingangssignals unter Verwendung von NVS-Speicher (Non-Volatile Storage) für Offset und Skalierung. Das kalibrierte Signal wird auf zwei Wege aufgeteilt: Einerseits zur Anzeige eines physikalischen Werts (z. B. für ein Display), andererseits zu einem Hysterese-Regler, der einen digitalen Ausgang ansteuert. Die Kalibrierung kann über digitale Eingänge (Offset- und Skalierungsbefehle) gestartet werden. Die Schwellwerte für die Hysterese werden aus dem NVS über zwei Sub-Applikationen geladen.

Verwendete Funktionsbausteine (FBs)

Sub-Bausteine: THRESHOLD und HYSTERESIS

• Typ: MyLib::sys::NVS_IN_AND_STORE_AR
• Verwendete interne FBs: Nicht näher spezifiziert, basieren auf dem NVS-Speicherzugriff.
• Beschreibung: Beide Sub-Applikationen dienen dem Lesen (und optional Speichern) eines analogen Werts (AR) aus dem NVS. Der Wert wird über den Parameter KEY adressiert (z. B. 'THRESHOLD' oder 'HYSTERESIS'). Der Ausgang VALUEO liefert den gespeicherten Wert. Zusätzlich wird ein Struktur-Objekt (stObj) für die Datenübergabe verwendet.

Übersicht aller verwendeten Funktionsbausteine

Name	Typ	Parameter (Auswahl)
DigitalInput_I1	logiBUS::io::DI::logiBUS_IXA	Input = Input_I1
DigitalOutput_Q1	logiBUS::io::DQ::logiBUS_QXA	Output = Output_Q1
AnalogInput_I4	logiBUS::io::AI::logiBUS_AI_IDA	AnalogInput_hysteresis=50, TimeDelta=250, TimeRateLimit=100
CALIBRATE	adapter::Engineering::measurements::AR_CALIBRATE	Y_Offset=0.0, Y_Scale=100.0
NVS_OFFSET	logiBUS::storage::esp32_nvs::NVS_AR2	KEY='OFFSET', DEFAULT_VALUE=0.0
NVS_SCALE	logiBUS::storage::esp32_nvs::NVS_AR2	KEY='SCALE', DEFAULT_VALUE=1.0
DigitalInput_I2_CO	logiBUS::io::DI::logiBUS_IXA	Input = Input_I2 (Kalibrier-Offset-Befehl)
DigitalInput_I3_CS	logiBUS::io::DI::logiBUS_IXA	Input = Input_I3 (Kalibrier-Skalierungsbefehl)
AX_SPLIT_2	adapter::events::unidirectional::AX_SPLIT_2	–
THRESHOLD	SubApp MyLib::sys::NVS_IN_AND_STORE_AR	KEY='THRESHOLD', stObj=InputNumber_THRESHOLD
HYSTERESIS	SubApp MyLib::sys::NVS_IN_AND_STORE_AR	KEY='HYSTERESIS', stObj=InputNumber_HYSTERESIS
Hysteresis_AR_AX	logiBUS::signalprocessing::hysteresis::Hysteresis_AR_AX	QI=TRUE
AR_SPLIT_2	adapter::events::unidirectional::AR_SPLIT_2	–
Q_NumericValue_PHYSA	isobus::UT::Q::Q_NumericValue_PHYSA	stObj=InputNumber_PWM_DUTY_OUT (Anzeige)
AD_TO_AUDI	adapter::conversion::unidirectional::AD_TO_AUDI	–
AUDI_TO_AR	adapter::conversion::unidirectional::AUDI_TO_AR	–
DigitalOutput_Q2	logiBUS::io::DQ::logiBUS_QXA	Output = Output_Q2

Kurzbeschreibung der wichtigsten Komponenten

• AnalogInput_I4: Liest einen analogen Wert (z. B. Spannung) ein und gibt ihn als Adapter-Interface (AD) aus.
• AD_TO_AUDI, AUDI_TO_AR: Wandeln das analoge Adapter-Interface (AD) über ein generisches AUDI-Interface in einen analogen Real-Wert (AR) um. Dies entspricht einer Typkonvertierung.
• CALIBRATE: Wendet Offset und Skalierung auf den eingehenden analogen Wert an: Y = (X + Offset) * Scale. Die Werte für Offset und Skalierung können über die digitalen Eingänge CO und CS aktualisiert und anschließend in den NVS-Bausteinen gespeichert werden.
• NVS_OFFSET, NVS_SCALE: Speichern die Kalibrierwerte dauerhaft im Flash des ESP32. Der Ausgang VAL liefert den aktuell gespeicherten Wert.
• Hysteresis_AR_AX: Vergleicht den kalibrierten Wert mit einem Schwellwert und einer Hysterese. Der Ausgang OUTPUT schaltet, wenn der Wert den Schwellwert überschreitet (bzw. unterschreitet inkl. Hysterese).
• Q_NumericValue_PHYSA: Bereitet den kalibrierten Wert zur Anzeige auf einem Display oder einer anderen Ausgabeeinheit auf.
• AX_SPLIT_2, AR_SPLIT_2: Verteilen ein Signal (Event bzw. Daten) auf zwei Ausgänge.

Programmablauf und Verbindungen

1. Analoger Eingang: Der Analogbaustein AnalogInput_I4 (logiBUS AI) liefert einen analogen Messwert als AD-Adapter.
2. Konvertierung: Über AD_TO_AUDI und AUDI_TO_AR wird der Wert in einen AR-Real-Wert umgewandelt. Ein Kommentar weist darauf hin, dass eine direkte Konvertierung (AD_TO_AR) wie ein reinterpret_cast wirken würde – die doppelte Umwandlung stellt eine korrekte Werteübertragung sicher.
3. Kalibrierung: Der AR-Wert wird an CALIBRATE.X übergeben. Die digitalen Eingänge I2 (CO) und I3 (CS) lösen die Berechnung von Offset (CO-Ereignis) und Skalierung (CS-Ereignis) aus. Die berechneten Werte werden über die NVS-Bausteine gespeichert.
4. DigitalInput_I2_CO → CALIBRATE.CO (Offset ermitteln)
5. DigitalInput_I3_CS → CALIBRATE.CS (Skalierung ermitteln)
6. Aufteilung des kalibrierten Werts: Der Ausgang CALIBRATE.Y wird über AR_SPLIT_2 auf zwei Pfade verteilt:
7. Pfad 1: Anzeige → Q_NumericValue_PHYSA.rPhys (z. B. InputNumber_PWM_DUTY_OUT)
8. Pfad 2: Hysterese → Hysteresis_AR_AX.INPUT
9. Hysterese: Die Sub-Applikationen THRESHOLD und HYSTERESIS liefern die Schwellwerte (THRESHOLD.VALUEO → Hysteresis_AR_AX.THRESHOLD und HYSTERESIS.VALUEO → Hysteresis_AR_AX.HYSTERESIS). Der Hysterese-Baustein vergleicht den Eingang mit diesen Werten und schaltet seinen Ausgang OUTPUT.
10. Digitale Ausgänge:
11. DigitalOutput_Q1 wird durch das Event von DigitalInput_I1 über AX_SPLIT_2 gesteuert (dient z. B. als Freigabe oder Status).
12. Hysteresis_AR_AX.OUTPUT schaltet den digitalen Ausgang DigitalOutput_Q2 (z. B. für eine Schaltfunktion).

Wichtiger Hinweis: Die doppelte Adapter-Konvertierung (AD_TO_AUDI + AUDI_TO_AR) ist notwendig, um eine korrekte Werteübertragung zu gewährleisten (siehe Kommentar im Netzwerk).

Zusammenfassung

Die Übung zeigt, wie ein analoges Eingangssignal mit Offset- und Skalierungskorrektur kalibriert wird. Die Kalibrierparameter werden dauerhaft im NVS gespeichert und können über digitale Taster aktualisiert werden. Der kalibrierte Wert wird sowohl für eine Anzeige als auch für eine Hysterese-Schaltfunktion genutzt. Die Verschaltung verdeutlicht den Umgang mit Adapter-Konvertierungen, NVS-Speicherzugriffen und der Aufteilung von Datenflüssen in der 4diac-IDE.