Arduino. Підключення найпростіших датчиків. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

Коментарі до статті

Розглянутий у попередній частині огляду вбудований АЦП мікроконтролера дозволяє легко підключати до плати Arduino різні аналогові датчики, які перетворюють вимірювані фізичні параметри електричну напругу.

Прикладом найпростішого аналогового датчика може бути змінний резистор, підключений до плати, як показано на рис. 1. Він може бути будь-якого типу, наприклад, СП3-33-32 (рис. 2). Номінал резистора на схемі вказаний орієнтовно і може бути як меншим, так і більшим. Однак слід пам'ятати, що менше опір змінного резистора, тим більший струм він споживає від джерела живлення мікроконтролера. А при опорі джерела сигналу (в даному випадку змінного резистора) понад 10 кім АЦП мікроконтролера працює з великими помилками. Врахуйте, що опір змінного резистора як джерела сигналу залежить від його движка. Воно дорівнює нулю у його крайніх положеннях і максимально (рівно чверті номінального опору) у середньому положенні.

Рис. 1. Схема підключення змінного резистора до плати

Мал. 2. СП3-33-32

Зручно використовувати змінний резистор, коли потрібно змінювати параметр плавно, а чи не ступенями (дискретно). Як приклад розглянемо роботу наведеної у табл. 1 програми, яка змінює яскравість свічення світлодіода залежно від положення двигуна змінного резистора. Рядок U = U/4 необхідна в програмі для того, щоб перетворити десятиразрядне двійкове число, що повертається АЦП, у восьмирозрядне, прийняте в якості другого операнда функцією analogWrite(). У цьому випадку це робиться розподілом вихідного числа на чотири, що еквівалентно відкидання двох молодших двійкових розрядів.

Таблиця 1

Змінний резистор відповідної конструкції може бути датчиком кута повороту або лінійного переміщення. Аналогічно йому можна підключати багато радіоелементів: фоторезистори, терморезистори, фотодіоди, фототранзистори. Одним словом, прилади, електричний опір яких залежить від тих чи інших факторів довкілля.

На рис. 3 зображено схему підключення до Arduino фоторезистора. При зміні освітленості змінюється його електричний опір і напруга на аналоговому вході плати Arduino. Зазначений на схемі фоторезистор ФСК-1 можна замінити будь-яким іншим, наприклад, СФ2-1.

Рис. 3. Схема підключення до Arduino фоторезистора

У табл. 2 наведена програма, що перетворює плату Arduino з підключеним до неї фоторезистором на найпростіший вимірювач освітленості. Працюючи, вона періодично вимірює падіння напруги на резисторі, послідовно включеному з фоторезистором, і передає результат в умовних одиницях через послідовний порт на комп'ютер. На екрані терміналу налагодження Arduino вони будуть відображені, як показано на рис. 4. Як бачимо, у певний момент виміряна напруга різко зменшилася. Це сталося, коли яскраво освітлений фотодіод був затінений непрозорим екраном.

Таблиця 2

Рис. 4. Зображення на екрані терміналу налагодження Arduino

Щоб отримувати значення освітленості в люксах (стандартних одиницях системи СІ), потрібно множити отримані результати на поправочний коефіцієнт, але підібрати його доведеться експериментально, причому індивідуально кожному за фоторезистора. Для цього буде потрібно зразковий люксметр.

Фототранзистор [1] або фотодіод (мал. 5) підключають до Arduino таким чином. Використовуючи кілька світлочутливих приладів, можна сформулювати найпростішу систему зору робота [2]. Можна і на новому технічному рівні реалізувати багато відомих широкому колу радіоаматорів класичні конструкції - кібернетичну модель нічного метелика [3, c. 134-151] або модель танка, що рухається на світ [4, c. 331, 332].

Рис. 5. Схема підключення фотодіода до Arduino

Аналогічно фоторезистори підключають до Arduino терморезистор (рис. 6), який змінює свій електричний опір в залежності від температури. Замість зазначеного на схемі терморезистора ММТ-4, основна перевага якого - герметичний корпус, можна використовувати практично будь-який інший, наприклад ММТ-1 або імпортний.

Рис. 6. Схема підключення терморезистора до Arduino

Після відповідного калібрування [5, с. 231-255] подібний прилад можна застосовувати для вимірювання температури у всіляких домашніх метеостанціях, термостатах та подібних конструкціях [6].

Відомо, що багато світлодіоди можуть бути як джерелами світла, а й його приймачами - фотодиодами. Справа в тому, що кристал світлодіода знаходиться в прозорому корпусі і тому його перехід pn доступний для світла від зовнішніх джерел. До того ж, корпус світлодіода, як правило, має форму лінзи, яка фокусує зовнішнє випромінювання на цьому переході. Під його впливом змінюється, наприклад, зворотний опір pn переходу.

Підключивши світлодіод до плати Arduino за схемою, зображеною на рис. 7, можна використовувати той самий світлодіод і за прямим призначенням, і як фотодатчик [7]. Програму, що ілюструє такий режим, наведено в табл. 3. Її ідея полягає в тому, що спочатку на pn перехід світлодіода подають зворотну напругу, заряджаючи її ємність. Потім катод світлодіода ізолюють, конфігуруючи як вхід висновок Arduino, якого він підключений. Після цього програма вимірює залежну від зовнішньої освітленості тривалість розрядки ємності pn переходу світлодіода його власним зворотним струмом рівня логічного нуля.

Рис. 7. Схема підключення світлодіода до плати Arduino

Таблиця 3

У наведеній програмі змінна t описана як unsigned int – ціле число без знака. Змінна такого типу, на відміну від звичайної int, що приймає значення -32768 до +32767, не використовує свій старший двійковий розряд для зберігання знака і може приймати значення від 0 до 65535.

Підрахунок часу розрядки програма виконує у циклі while(digitalRead(K)!=0)t++. Цей цикл виконується, щоразу збільшуючи значення t на одиницю, доки істинно укладене в дужки умова, т. е. доки напруга на катоді світлодіода не опустилося до низького рівня.

Іноді потрібно, щоб робот не просто отримував інформацію про освітленість поверхні, якою рухається, а й міг визначити її колір. Реалізують датчик кольору поверхні, що підстилає, освітлюючи її по черзі світлодіодами різного кольору світіння і порівнюючи за допомогою фотодіода рівні відбитих від неї при різному освітленні сигналів [8]. Схема з'єднання елементів датчика кольору із платою Arduino показана на рис. 8, а програма, що обслуговує, - в табл. 4.

Рис. 8. Схема з'єднання елементів датчика кольору з платою Arduino

Таблиця 4

Процедура вимірювання приймаються фотодіодом при різному освітленні поверхні сигналів повторюється багаторазово, а результати, що отримуються, накопичуються, щоб виключити випадкові помилки. Потім програма вибирає найбільше із накопичених значень. Це дозволяє грубо судити про колір поверхні. Для більш точного визначення кольору необхідно ускладнити обробку результатів, враховуючи не тільки найбільший з них, але його співвідношення з меншими. Необхідний також облік реальної яскравості світлодіодів різного кольору свічення, а також спектральної характеристики застосованого фотодіода.

Приклад конструкції датчика кольору з чотирьох світлодіодів та фотодіода показаний на рис. 9. Оптичні осі світлодіодів і фотодіода повинні сходитися в одній точці на досліджуваній поверхні, а самі прилади розташовані максимально близько до неї, щоб мінімізувати вплив стороннього засвічення.

Рис. 9. Приклад конструкції датчика кольору з чотирьох світлодіодів та фотодіода

Зібраний датчик вимагає ретельного індивідуального калібрування на поверхнях різного кольору. Вона зводиться до вибірки коефіцієнтів, на які слід множити перед порівнянням результати вимірювання, отримані при різному освітленні. Оснащений таким датчиком робот можна навчити виконувати цікаві алгоритми руху. Наприклад, він зможе пересуватися робочим полем одного кольору, не порушуючи меж "заборонених" зон, пофарбованих в інший колір.

Розглянуті у статті програми можна знайти із ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip.

література

1. Холостов К. Город на підвіконні. - Шульга, 2014, № 11, с. 12-14.
2. Холостов К. Не дивуйтеся: робот – це просто. - Шульга, 2012, № 11, с. 12-14.
3. Отряшенков Ю. М. Юний кібернетик. - М: Дитяча література, 1978.
4. Борисов В. Г. Юний радіоаматор. - М: Радіо і зв'язок, 1992.
5. Ревіч Ю. Цікава електроніка. - СПБ: БХВ-Петербург, 2007.
6. Холостов К. Регулюємо температуру. - Шульга, 2013, № 8, с. 12-14; №9, с. 12-14.
7. Практичне програмування Arduino/CraftDuino – Сенсор на світлодіоді. - URL: robocraft.ru/blog/arduino/70.html.
8. Саморобний датчик кольору. - URL: robocraft.ru/blog/sensor/395.html.

Автор: Д. Лекомцев

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Смартфон Oppo N1 29.09.2013 Пристрій отримав екран IPS діагоналлю 5,9 дюйми роздільною здатністю 1920 х 1080 пікселів (373 ppi). Цей екран підтримує керування в рукавичках. Серцем служить однокристальна платформа Snapdragon 600. Об'єм оперативної пам'яті становить 2 ГБ, флеш-пам'яті – 16 або 32 ГБ залежно від модифікації. Роз'єм для карт пам'яті виробник не передбачив. Oppo оснастила новий смартфон досить ємною батареєю – 3610 мА ч. Список адаптерів представлений Wi-Fi 802.11ac, Bluetooth 4.0 та NFC. Габарити новинки становлять 170,7 x 82,6 x 9 мм при масі 213 г. Для порівняння, Samsung Galaxy Note 3, що володіє не набагато меншим дисплеєм, важить всього 168 г. При цьому корпус Oppo N1 також виконаний з пластику (крім металевої) рамки). Переходячи до цікавіших моментів, не можна не згадати сенсорну панель на тильній стороні апарата. Сценарії її використання компанія сама підказала ще місяць тому: переміщення між робочими столами, прокручування інтернет-сторінок, крім цього обертальні рухи відповідають за регулювання гучності або "зумування" в додатку камери, а подвійне натискання відкриває список запущених додатків. До речі, площа сенсорної області дорівнює 12 кв. Технологія дістала назву O-Touch. Другою родзинкою пристрою є камера. Те, що компанія позиціонуватиме цей смартфон як фотографічний пристрій, було відомо давно. А ось те, що камера у новинки розташована на спеціальному модулі, що обертається, стало відомо лише в момент анонсу. До речі, компанія BBK, що володіє брендом Oppo (точніше, Oppo є підрозділом BBK Electronics), мабуть, взяла цю конструкцію на озброєння, тому що буквально кілька годин тому ми вже повідомляли про аналогічний пристрій смартфона Vivo Xplay 2 (цей бренд також належить BBK). Власне, конструкція модуля камери добре видно на зображеннях. Для тих, хто переживає надійність конструкції, буде корисною офіційна інформація Oppo. Компанія заявляє, що механізм може витримати 100 000 поворотів. Модуль здатний обертатися на 206 градусів, що дозволяє використовувати камеру як фронтальну. Сама камера оснащується датчиком формату 1/3,06 роздільною здатністю 13 Мп. Об'єктив камери складається із шести лінз. Значення максимальної діафрагми – f/2.0. За обробку зображень відповідає спеціальна мікросхема Fujitsu, яка раніше фігурувала під ім'ям Owl. Також камера отримала подвійний світлодіодний спалах. Також відомо, що Oppo готує для даного смартфона зовнішні об'єктиви, але вони не будуть пристроями, аналогічними автономним модулям Sony, а будуть саме знімними об'єктивами. На цьому перелік оригінальних особливостей не закінчується. Виробник реалізував у пристрої технологію O-Click. Її суть полягає в окремому пульті керування камерою, який здатний працювати на відстані до 50 м. Можливо, ця функція буде не особливо затребувана, тим більше з огляду на необхідність носити з собою пульт керування. Щодо операційної системи теж все не прозаїчно. По-перше, Oppo говорить про нову Color OS. Поки не зовсім зрозуміло, чи мають на увазі оболонка (аналогічно TouchWiz та іншим) або дійсно сильно перероблена модифікація Android (аналогічно MIUI). По-друге, Oppo N1 став першим смартфоном, створеним у співпраці з оновленою командою, яка займається прошивкою CyanogenMod. Ця команда, на чолі із творцем прошивки Стівом Кондіком (Steve Kondik), кілька днів тому оголосила про отримання інвестицій у розмірі $7 млн. для розвитку проекту. Вже за кілька тижнів ця прошивка з'явиться в магазині Google Play. Власне, повертаючись до смартфона Oppo, слід зазначити, що офіційна прошивка CyanogenMod для цього пристрою з'явиться дещо пізніше. Водночас у продаж надійдуть модифікації смартфонів із уже встановленим прошивкою CyanogenMod.

Інші цікаві новини:

▪ Тканина із вбудованим обігрівом

▪ Лампа працює без електрики

▪ Портативна консоль Logitech G CLOUD Gaming Handheld

▪ Біогорюче невигідно

▪ Сканер-брелок адрес інтернет-сайтів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Гірлянди. Добірка статей

▪ стаття На тому стою, і не можу інакше. Крилатий вислів

▪ статья Які прикмети гарної погоди? Детальна відповідь

▪ стаття Ірис. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Управління електромагнітним клапаном. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Простий ДБЖ на основі електронного трансформатора. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024