Arduino legnépszerűbb érzékelői

Az érzékelőket sokféle áramkörben és projektben használják. Nincs automatizálás nélkülük. Mi érdekli őket, mert az elektronika tervezésének és népszerûsítésének egyszerûsítésére projekt jött létre Arduino. Ez egy kész tábla mikrokontrollerrel és minden, ami ahhoz szükséges, hogy vele dolgozzon és programozza. Ebben a cikkben az Arduino érzékelőit vesszük figyelembe, de más mikrovezérlőkkel is felhasználhatók.

Melyek az érzékelők?

Az érzékelők a szem, a fül és az egyéb érzékek mikrokontroller vagy más vezérlőberendezés. Megkülönböztetik őket a jel jellege és célja alapján.

A jel jellege szerint fel van osztva:

• analóg;

• Digital.

És erre a célra az érzékelők a következők mérésére szolgálnak:

• hőmérséklet;

• nyomás;

• páratartalom;

• savtartalom;

• világítás;

• Vízszint vagy más anyagok;

• rezgés;

• És egyéb speciális alkatrészek.

Ha Arduinóról beszélünk, akkor az érzékelőktől történő információfogadáskor digitális jelet dolgozunk fel, vagy mérjük a feszültséget a modul analóg kimenetén. Mint már említettük, Az érzékelők digitális és analóg. Az Arduino egyes moduljai mind digitális, mind analóg kimenettel rendelkeznek, ami egységesíti őket.

Eszközönként vannak

• ohmos;

• induktív;

• kapacitív;

• piezoelektromos;

• Fotocellák és egyéb típusok.

Fény vagy fényérzékelő

A legegyszerűbb módszer valami fényességének meghatározására - használjon fotorezisztort, fotodiodot vagy fototranzisztorot. Csatlakoztathatja a felsorolt ​​lehetőségek egyikét az Arduino-hoz, vagy vásárolhat egy speciális táblát - fényérzékelő.

Milyen előnyei vannak a kulcsrakész megoldásnak? Először is, az egyetlen fotocella megvilágításában bekövetkező változások észleléséhez nem elegendő egy rendszeres vagy hangoló ellenállás is, talán komparátor, lépésenkénti igen / nem művelethez. Másodszor, a gyárilag előállított nyomtatott áramköri lapok megbízhatóbbak lesznek, mint egy csuklós rögzítés vagy csomaglap, vagy más módon, amelyet az amatőrök használnak.

Az aliexpress-en vagy más online áruházakban kérésre megtalálható a "PHOTOSENSITIVE-SENSOR" vagy egyszerűen a "light sensor".

Ennek a modulnak három kimenete van:

• táplálkozás;

• a föld;

• Digitális kimenet az összehasonlítóból.

Vagy négy tűs verzió:

• táplálkozás;

• a föld;

• Digitális kimenet az összehasonlítótól;

• Analóg.

Tehát az alaplapon elhelyezett hangoló ellenállás az összehasonlító időzítésének beállításához digitális jelet képes előállítani.

Példák felhasználásra:

• Fényérzékelő fotóreléhez;

• Riasztás (párosítva az emitterrel);

• A fénysugár áthaladó tárgyak számlálója stb.

A pontos értékeket nehéz elérni, mivel a megvilágítás általi megfelelő beállításhoz megfelelő fénymérőre van szükség. A fotorezisztrátorok jobban alkalmasak az olyan elvont értékek meghatározására, mint a "sötét vagy világos".

Egy ilyen eladó táblán kívül nagyon érdekes is lehet GY-302 modul. Ez a BH-1750 integrált áramkörön alapuló fényérzékelő. Jellemzője, hogy digitális modul, 16 bit kapacitással rendelkezik, az i2c buszon keresztül kommunikál a mikrovezérlőkkel. 16 bit lehetővé teszi a megvilágítás mérését 1 és 65356 Lux (Lx) között.

Az alábbiakban bemutatjuk annak kapcsolatát. Előfordulhat, hogy az SDA és az SCL csatlakoztatva van a mikrokontroller analóg csapjaihoz.

Ennek oka az a tény, hogy az I2C buszt ezekre az arduino csapokra építették be, amelyek a következő képen láthatóak. Ezért ne tévessze meg ezt a tényt: az érzékelő digitális.

A digitális érzékelők előnye, hogy nem kell ellenőrizniük az egyes példányok értékeit, táblákat össze kell állítaniuk a mért értékek valódi skálákká történő fordításához és így tovább.A legtöbb esetben a digitális érzékelőknél elegendő egy kész könyvtár csatlakoztatása és a valós egységekké konvertált értékek olvasása.

Példavázlat a GY-302-re (BH-1750):

Hogyan működik egy vázlat?

Az elején elmondjuk a programnak, hogy össze kell kötnünk a Wire.h könyvtárat, amely az I2C vonalon keresztüli kommunikációért felel, és a BH1750-et. A többi művelet jól meg van írva a megjegyzésekben, és ennek eredményeként minden 100 ms-on leolvasjuk az értéket a Lux érzékelőből.

A GY-302 BH1750 jellemzői:

• I2C mikrovezérlő kommunikáció

• A spektrális válasz hasonló a szemérzékenységhez

• Az infravörös sugárzás okozta hibákat minimalizálják

• Mérési tartomány 0-65535 Lux

• Tápfeszültség: 3-5 V

• Alacsony áramfogyasztás és alvásfunkció

• 50/60 Hz-es zajszűrés

• Az I2C buszon az érzékelők maximális száma 2 darab.

• Nincs szükség kalibrálásra

• Áramfelvétel - 120 μA

• Alvó üzemmódban - 0,01 μA

• Mért hullámhossz - 560 nm

• Nagy felbontású módban - 1 lux

• Alacsony felbontásban - 4 lux

• ADC - 16 bit

A mérésekhez szükséges idő:

• Nagy felbontású módban - 120 ms

• Alacsony felbontású módban - 16 ms

Akadály érzékelő

Ezt az érzékelőt választottam a következőként mérlegelni, mivel annak egyik lehetősége fotodiode vagy fototranzisztor alapján működik, amelyek elvileg hasonlóak az előző szakaszban tárgyalt fotorezisztorhoz.

A neve "optikai akadályérzékelő". A fő funkcionális elem a fotodiod és a LED-ek sugárzása és vétele az IR spektrumban (tehát az emberi szem számára nem látható, valamint egy küszöbszerelvény, például egy érzékenységszabályozóval felszerelt komparátorra összeállítva. Használatakor az érzékelő bekapcsolási távolsága beállítva, digitálisan).

Csatlakozási ábra:

Példa egy érzékelőből származó jelfeldolgozó programra.

Ha az érzékelő kimenete „1”, ami azt jelenti, hogy „van akadály”, akkor az Arduino táblán vagy a 13. tüskéhez csatlakoztatott (ugyanaz) LED világít. Leggyakrabban robotikában és riasztásban használják.

Távolságérzékelő

Az előző példány egy vevőkészülékből, - fotodiodból és egy emitterből, - egy LEDből áll. Az ultrahangos távolságérzékelő egy vevőből és egy ultrahanghullám-kibocsátóból áll. Az ő neve HC SR04.

Jellemzők HC SR04:

• 5 V tápfeszültség

• A t oka erő működési paramétere - 15 mA

• Passzív áram <2 mA

• Látási szög - 15 °

• Érintse meg a Felbontás - 0,3 cm

• Mérési szög - 30 °

• Impulzusszélesség - 10-6 s

• Mérési tartomány: 2-400 cm.

A hiba a következők miatt jelent meg:

• hőmérséklet és páratartalom - csökkenthető például a DHT-11 vagy DHT-22 hőmérsékleten történő hőmérsékletméréssel, valamint a mérések korrigálására szolgáló együtthatók megadásával.

• távolság a tárgyig;

• a tárgy érzékelőhöz viszonyított helyzetét (a sugárzási diagram szerint) ellensúlyozhatja, ha a HC SR04-et telepíti a szervóra az irány megváltoztatásához és a pontos beállítások elvégzéséhez.

• az érzékelő modul elemeinek teljesítménye.

Sugárzási minta:

A táblának négy kimenete van:

• VCC - teljesítmény;

• Trig - bemeneti jel;

• Visszhang - kimeneti jel;

• A GND egy közös vezeték.

Hogyan dolgozzuk fel az olvasást?

1. 10 μs impulzust küldünk a TRIG bemenetre;

2. A modul belsejében az impulzust 8 impulzuscsomagba alakítják, amelyek 40 kHz frekvenciával követik egymást, és az emitteren keresztül továbbítják;

3. az akadálytól visszatükröződő impulzusok a vevőhöz érkeznek, és az ECHO-hoz kerülnek;

4. Az ECHO kimenetéből kapott impulzus időtartamát 58,2-el kell osztani, hogy távolságot kapjon centiméterben, és 148-kal el kell osztani, ha át kell alakítani hüvelykben.

Példakód:

Mérjük meg a hőmérsékletet

A hőmérséklet mikrokontrollerrel történő mérése a legegyszerűbb módszer használjon hőelem vagy termisztor. A hőelem a magas hőmérséklet mérésére, a beltéri és a kültéri mérésre szolgál - az alábbiakban egy kicsit alább beszélni fogok, de most nézzünk meg egy hőelemet.

A hőelemek mindegyik típusa megvan a maga módszere a mikrovezérlővel való együttműködéshez. Például létezik egy K típusú hőelem, vagy más néven - kromel-alumin, melynek hőmérsékleti tartománya -200 és +1400 Celsius fok között van, 41 mV / Celsius fok érzékenységgel. És számukra van egy speciális átalakító, amely az IC max6675 alapú, funkciója a hideg csomópont hőmérsékletének kiegyenlítésére és így tovább.

Az Arduino azonos nevű könyvtárával együtt dolgozhat ezzel a modullal. Az alábbi ábrán a programkód példája látható.

Ezután a következő jelenik meg a soros port monitorján.

De van egy digitális hőmérséklet-érzékelő is DS12B20, klasszikusnak nevezhető, mivel évek óta használják amatőr projektekben, jóval az Arduino megjelenése előtt.

Ezt a digitális integrált áramkört és annak belső eszközét az alábbi ábra mutatja:

Fedélzeti csatlakoztatási ábra:

Főbb jellemzők és információk DS18B20:

• A hiba kevesebb, mint 0,5 ° C (-10 ° C és + 85 ° C közötti hőmérsékleti tartományban).

• Nincs szükség kalibrálásra

• Mérési tartomány - -55 С és + 125С között

• VCC, tápfeszültség 3,3–5 V.

• felbontás 0,0625С-ig, szoftver által beállítva;

• Felbontás - 12 bit

• Minden példányhoz egyedi sorozatszámot rendelnek. Ez szükséges ahhoz, hogy egyszerre több darabot felhasználhasson egy projektben

• Kommunikációs interfész - 1-vezetékes

• Nem kell hevederezni

• Az érzékelők maximális száma egy vonalon 127 darab.

• Hamis energiamód - ebben az esetben az érzékelőt közvetlenül a kommunikációs vonaltól táplálja. Ugyanakkor a 100 ° C-nál magasabb hőmérsékletmérés sem garantált

Az alábbiakban látható a DS18b20 bináris kód konverziós táblázata a hőmérséklet Celsius-fokban.

Példaprogram a hőmérsékleti értékek leolvasására.

Légköri nyomásérzékelők

Az elektronikus barométereket légköri nyomásérzékelők alapján állítják össze. A következő lehetőségeket széles körben használják:

• BMP180;

• BMP280;

• BME280.

Ha a két korábbi példány hasonló volt egymáshoz, akkor BME280 érzékelő - Ez egy miniatűr meteorológiai állomás. 3 szenzor van beépítve benne:

• hőmérséklet;

• nyomás;

• Páratartalom.

Műszaki jellemzői:

• Méretek 2,5 x 2,5 x 0,93 mm;

• Fém LGA ház, 8 kimenettel felszerelve;

• Tápfeszültség 1,7 - 3,6 V;

• I2C és SPI interfészek elérhetősége;

• Készenléti áramfogyasztás 0,1 µA.

Ezek a példák a MEMS barométerek. A MEMS a mikroelektromechanikus. Ez egy mechanikus mikroszerkezet, amely kapacitív jelenségeket és egyéb alapelveket használ a munkájához. Az alábbiakban egy ilyen érzékelő példáját látja a kontextusban.

Csatlakozási ábra:

És egy példa a programkódra:

A program logikája egyszerű:

1. Hívja az alprogram (funkció) olvasását az érzékelőből.

2. Kérje meg a barométerbe integrált hőmérséklet-érzékelő leolvasását.

3. Időre várunk a hőmérséklet-érzékelő értékeléséhez;

4. Olvassa el a hőmérsékleti mérések eredményét;

5. Kérjen nyomásértékeket.

6. Várjuk a nyomásmérési időt;

7. Olvassa le a nyomás értéket;

8. Visszaadja a nyomás értékét a funkcióból.

Érdekes tény, hogy négy lehetőség van az értékek olvasására, amelyeket argumentumként adnak meg a startPressure függvényben, a második jel 0 és 3 közötti, ahol 0 egy durva becslés, és 3 pontos becslés.

Mozgásérzékelő

Az Arduino leggyakoribb mozgásérzékelője HC SR501 IR érzékelő modul. Ennek a modulnak az a jellemzője, hogy módosítja a válasz távolságát és a kimeneti jel késleltetési idejét működés után.

Modul jellemzői:

1. Tápfeszültség 4,5 - 20 V

2. nyugalmi áram ≈ 50 μA;

3. Kimeneti jel feszültsége (logikai szint): 3,3 V;

4. Üzemi hőmérsékleti tartomány - -15 ° C és 70 ° C között;

5. Méretek: 32 * 24 mm;

6. látómező - 110 °;

7. maximális működési távolság - 3 és 7 m között (állítható); 30 ° C felett ez a távolság csökkenhet.

Kapcsolási rajz:

Hogyan kell vele dolgozni, egy korábban közzétett cikkben tárgyaltunk: A mozgásérzékelők sémái, munkájuk elvét és a kapcsolási rajzokat

Vízszint-érzékelő

Úgy tervezték, hogy jelezze a folyadék szintjét.

Jellemzők:

1. Tápfeszültség 3-5 V

2. Fogyasztási áram> 20 mA

3. Analóg

4. A mérési zóna méretei 40x16 mm

5. Megengedett páratartalom 10% - 90%

Példakód:

A kimeneti értékek 0-tól (száraz állapotban) 685-ig terjednek (valójában változhat, ez a víz vezetőképességétől függ). Ne felejtsük el az elektrolízist, mert a só vagy a kemény víz szintjének mérésekor korrodálódni fog.

Szivárgásérzékelő

A modul két részből áll - maga az érzékelő és az komparátor, felépíthető az LM393, LM293 vagy LM193 készülékekre.

A komparátornak köszönhetően az analóg jel digitálisvá alakul.

Kapcsolási rajz:

Board Pinout:

• VCC - teljesítmény, megegyezzen az Apduino tábla teljesítményével, a legtöbb esetben 5 V;

• GND - közös huzal;

• AO - analóg jel;

• A DO egy digitális jel.

Az összehasonlító táblán van egy hangoló ellenállás, amely beállítja az érzékelő érzékenységét. Esőjelként vagy valami szivárgásaként szolgálhat, és egy ilyen daruval párosítva képes működni védőcsővezeték-szivárgások elleni védelem a lakásban:

A videó bemutatja, hogyan működik:

Páratartalom-érzékelő

Általában használt automatikus öntözési projektekben, a talaj nedvességtartalmának meghatározására, valamint az előző elektródákból és egy komparátorral ellátott táblából áll.

Mind analóg, mind digitális módban képes működni. Példa egy hajtóművel ellátott automatikus öntözőrendszer csatlakoztatási diagramjára:

Példa a programkódra egy páratartalom-érzékelőből származó digitális jel feldolgozására:

következtetés

Megvizsgáltuk a népszerű érzékelőket, de vannak még mások is. Ezek különféle vibrációs érzékelők, giroszkópok, gyorsulásmérők, sugárzási érzékelők és még sok más.

A cikk célja az volt, hogy egy helyen összegyűjtse azokat a különféle elemeket, amelyek hasznosak lehetnek egy kezdő elektronikai mérnök számára a projektjeik megvalósításához. Ha érdekli egy adott érzékelő - írja meg a megjegyzéseket, és mi részletesebben megvizsgáljuk.

Az Ön kényelme érdekében összeállítottuk az Ön számára egy táblázatot az Arduino becsült költségeiről és a népszerű szenzorok listájáról, a cikkben szereplő sorrendben:Érzékelők Arduino számára

Az árakat Oroszország vagy Ukrajna online áruházaiból veszik fel. Kínában ezek legalább kétszer olcsóbbak.