Najpopulárnejšie senzory pre Arduino

Senzory sa používajú v rôznych obvodoch a projektoch. Bez nich sa neobíde žiadna automatizácia. Zaujímame sa o ne, pretože bol vytvorený projekt na zjednodušenie návrhu a popularizácie elektroniky Arduino, Jedná sa o hotovú dosku s mikrokontrolérom a všetko, čo s ňou potrebujete, a naprogramujte ju. V tomto článku budeme uvažovať o senzoroch pre Arduino, ale môžu sa použiť aj s inými mikrokontrolérmi.

Čo sú to senzory?

Senzory sú oči, uši a ďalšie zmysly mikroradič alebo iné ovládacie zariadenie. Rozlišujú sa podľa charakteru signálu a podľa účelu.

Podľa charakteru signálu sa delí na:

• analóg;

• Digital.

A na tento účel sú senzory určené na meranie:

• teplota;

• tlak;

• vlhkosti;

• kyslosť;

• osvetlenie;

• Hladina vody alebo iné látky;

• vibrácie;

• A ďalšie špecializované komponenty.

Ak hovoríme o Arduino, potom pri prijímaní informácií zo senzorov spracujeme digitálny signál alebo zmeriame napätie z analógového výstupu modulu. Ako už bolo uvedené, senzory sú digitálne a analógové, Niektoré moduly pre Arduino majú digitálny aj analógový výstup, ktorý ich zjednocuje.

Podľa zariadenia sú

• odporová;

• indukčný;

• kapacitný;

• piezoelektrický;

• Fotobunky a iné typy.

Svetlo alebo svetelný senzor

Najjednoduchší spôsob, ako určiť jas niečoho - použiť fotorezistor, fotodiódu alebo fototranzistor, Jednu z uvedených možností môžete pripojiť k Arduino alebo si kúpiť špeciálnu dosku - svetelný senzor.

Aké sú výhody riešenia na kľúč? Po prvé, na detekciu zmien v osvetlení jedinej fotobunky nestačí, potrebujete tiež pravidelný alebo ladiaci odpor, možno komparátor, pre postupnú operáciu áno / nie. Po druhé, doska plošných spojov vyrobená vo výrobe bude spoľahlivejšia ako kĺbové uchytenie alebo doska s paketmi alebo iné spôsoby, ktoré amatéri používajú.

Na aliexpress alebo v iných online obchodoch nájdete na požiadanie „FOTOSENSITÍVNY SENZOR“ alebo jednoducho „svetelný senzor“.

Tento modul má tri výstupy:

• výživa;

• krajiny;

• Digitálny výstup z komparátora.

Alebo verzie so 4 kolíkmi:

• výživa;

• krajiny;

• Digitálny výstup z komparátora;

• Analóg.

Takže na doske je ladiaci rezistor na nastavenie okamihu, keď je komparátor spustený, môže vydávať digitálny signál.

Príklady použitia:

• Svetelný senzor pre foto relé;

• Alarm (spárovaný s emitorom);

• Počítadlo objektov, ktoré prechádzajú svetelným lúčom atď.

Je ťažké dosiahnuť presné hodnoty, pretože na správne nastavenie osvetlením bude potrebný správny svetelný meter. Fotorezistory sú vhodnejšie na určovanie abstraktných hodnôt, ako napríklad „tma alebo svetlo“.

Okrem takýchto dosiek na predaj, nájdete celkom zaujímavé Modul GY-302, Toto je svetelný senzor založený na integrovanom obvode BH-1750. Jeho vlastnosťou je, že ide o digitálny modul, má kapacitu 16 bitov, komunikuje s mikrokontrolérmi prostredníctvom zbernice i2c. 16 bitov vám umožňuje merať osvetlenie od 1 do 65356 Lux (Lx).

Nižšie je schéma jeho spojenia. Môžete si všimnúť, že SDA a SCL pripojené k analógovým pinom mikrokontroléra.

Dôvodom je skutočnosť, že zbernica I2C je implementovaná na týchto arduino pinoch, čo je možné vidieť na nasledujúcom obrázku. Nenechajte sa zmiasť touto skutočnosťou, snímač je digitálny.

Výhodou digitálnych senzorov je, že nemusíte kontrolovať hodnoty každej inštancie, kompilovať tabuľky na prevod nameraných hodnôt do skutočných mierok atď.Vo väčšine prípadov stačí pre digitálne senzory jednoducho pripojiť hotovú knižnicu a prečítať hodnoty prevedené na reálne jednotky.

Príklad náčrtu pre GY-302 (BH-1750):

Ako náčrt funguje?

Na začiatku povieme programu, že musíme prepojiť knižnicu Wire.h, ktorá je zodpovedná za komunikáciu cez linku I2C, a BH1750. Ostatné akcie sú dobre opísané v komentároch a výsledkom je, že každých 100 ms čítame hodnotu zo senzora v Lux.

Charakteristiky GY-302 BH1750:

• Komunikácia mikrokontroléra I2C

• Spektrálna reakcia podobná citlivosti oka

• Chyby spôsobené infračerveným žiarením sú minimalizované

• Merací rozsah 0-65535 Lux

• Napájacie napätie: 3 - 5 V

• Nízka spotreba prúdu a funkcia spánku

• Filtrovanie svetelného šumu 50/60 Hz

• Maximálny počet senzorov na 1 I2C zbernici sú 2 kusy.

• Nevyžaduje sa žiadna kalibrácia

• Prúdová spotreba - 120 μA

• V režime spánku - 0,01 μA

• Nameraná vlnová dĺžka - 560 nm

• V režime vysokého rozlíšenia - 1 Lux

• V režime nízkeho rozlíšenia - 4 Lux

• ADC - 16 bitov

Čas potrebný na meranie:

• V režime vysokého rozlíšenia - 120 ms

• V režime nízkeho rozlíšenia - 16 ms

Senzor prekážky

Tento senzor som vybral ako ďalší, ktorý treba brať do úvahy, pretože jedna z jeho možností funguje na základe fotodiódy alebo fototranzistora, ktoré sú v zásade podobné fotorezistoru uvedenému v predchádzajúcej časti.

Jeho názov je „optický prekážkový senzor“. Hlavným funkčným prvkom je vyžarovanie a prijímanie fotodiódy a LED v infračervenom spektre (teda nie je viditeľné pre ľudské oko, ako aj zostava prahu zostavená napríklad na komparátore s regulátorom citlivosti. Jeho pomocou sa nastaví vzdialenosť, pri ktorej je snímač spustený, digitálnym spôsobom.

Príklad schémy zapojenia:

Príklad programu na spracovanie signálu zo senzora.

Ak je výstup zo senzora „1“, čo znamená „existuje prekážka“, rozsvieti sa LED dióda na doske Arduino alebo pripojená k 13. kolíku (to isté). Najčastejšie sa používa v robotike a alarmoch.

Snímač vzdialenosti

Predchádzajúca kópia pozostáva z prijímača, - fotodiódy a žiariča, - LED. Ultrazvukový senzor vzdialenosti sa tiež skladá z prijímača a žiariča ultrazvukových vĺn. Volá sa HC SR04.

Charakteristiky HC SR04:

• Napájacie napätie 5 V

• Prevádzkový parameter sily t oka - 15 mA

• Pasívny prúd <2 mA

• Pozorovací uhol - 15 °

• Dotknite sa Rozlíšenie - 0,3 cm

• Merací uhol - 30 °

• Šírka impulzu - 10-6 s

• Rozsah merania: 2-400 cm.

Táto chyba sa objavila v dôsledku:

• teplota a vlhkosť - možno znížiť napríklad meraním teploty pomocou DHT-11 alebo DHT-22 a zadaním koeficientov na korekciu meraní.

• vzdialenosť od objektu;

• umiestnenie objektu vzhľadom k senzoru (podľa ožarovacieho diagramu) je možné kompenzovať inštaláciou HC SR04 na servopohon, aby sa zmenil smer a vykonali presné úpravy.

• kvalita výkonu prvkov modulu snímača.

Vzor žiarenia:

Doska má štyri výstupy:

• VCC - sila;

• Trig - vstupný signál;

• Echo - výstupný signál;

• GND je bežný drôt.

Ako spracovať hodnoty?

1. Na vstup TRIG posielame impulz v trvaní 10 μs;

2. Vo vnútri modulu sa impulz prevádza na balík 8 impulzov, ktoré nasledujú za sebou s frekvenciou 40 kHz a vysielajú sa cez emitor;

3. Impulzy odrazené od prekážky dorazia k prijímaču a odošlú sa ECHO;

4. Trvanie impulzu prijatého z výstupu ECHO by sa malo vydeliť 58,2, aby sa získala vzdialenosť v centimetroch, a 148, ak potrebujete previesť na palce.

Príklad kódu:

Zmerajte teplotu

Najjednoduchší spôsob merania teploty pomocou mikrokontroléra je použite termočlánok alebo termistor, Termočlánky sa používajú na meranie vysokých teplôt, na meranie vnútorných a vonkajších priestorov - ten, o ktorom budem hovoriť trochu nižšie, urobí, ale zatiaľ sa pozrime na termočlánok.

Každý typ termočlánku má svoj vlastný prístup k práci s mikrokontrolérom. Napríklad existuje termočlánok typu K alebo, ako sa tiež nazýva - chromelum, s rozsahom nameraných teplôt od -200 do + 1400 stupňov Celzia s citlivosťou 41 mV / stupňov Celzia. A pre ňu existuje špeciálny prevodník založený na max6675 IC, ktorý má funkciu na kompenzáciu teploty studeného uzlu a tak ďalej.

S týmto modulom môžete pracovať pomocou knižnice s rovnakým názvom pre Arduino. Na obrázku nižšie vidíte príklad programového kódu pre tento prípad.

Na monitore sériového portu sa potom zobrazí nasledovné.

K dispozícii je však aj digitálny snímač teploty DS12B20, možno ju nazvať klasickou, pretože sa používa už mnoho rokov v amatérskych projektoch a dlho pred objavením Arduina.

Tento digitálny integrovaný obvod a jeho vnútorné zariadenie je uvedený na obrázku nižšie:

Schéma zapojenia dosky:

Kľúčové vlastnosti a informácie DS18B20:

• Chyba je nižšia ako 0,5 ° C (v teplotnom rozmedzí od -10 ° C do + 85 ° C).

• Nevyžaduje sa žiadna kalibrácia

• Rozsah merania - od -55 С do + 125С

• VCC, napájacie napätie 3,3-5V.

• rozlíšenie až 0,0625С, nastavené softvérom;

• Rozlíšenie - 12 bitov

• Každá inštancia má priradený jedinečný sériový kód. To je nevyhnutné, aby bolo možné v jednom projekte ľahko použiť niekoľko kusov

• Komunikačné rozhranie - 1-vodičové

• Nie je potrebné páskovanie

• Maximálny počet senzorov na jednej linke je 127 kusov.

• Režim rušivého výkonu - v tomto prípade je snímač napájaný priamo z komunikačnej linky. Zároveň nie je zaručené meranie teploty vyššie ako 100 ° C

Nižšie vidíte konverznú schému binárneho kódu z DS18b20 na teplotu v stupňoch Celzia.

Príklad programu na odčítanie hodnôt teploty.

Senzory atmosférického tlaku

Elektronické barometre sú zostavené na základe senzorov atmosférického tlaku. Široko využívané boli tieto možnosti:

• BMP180;

• BMP280;

• BME280.

Ak boli dva predchádzajúce prípady navzájom podobné, potom Senzor BME280 - Toto je miniatúrna meteorologická stanica. V nej sú zabudované 3 senzory:

• teplota;

• tlak;

• Vlhkosť.

Jeho technické vlastnosti:

• Rozmery 2,5 x 2,5 x 0,93 mm;

• Kovové puzdro LGA vybavené 8 výstupmi;

• Napájacie napätie 1,7 - 3,6 V;

• Dostupnosť rozhraní I2C a SPI;

• Spotreba v pohotovostnom prúde 0,1 µA.

Tieto príklady sú MEMS barometre. MEMS znamená mikroelektromechanický. Je to mechanická mikroštruktúra, ktorá pri svojej práci využíva kapacitné javy a ďalšie princípy. Nižšie vidíte príklad takého senzora v kontexte.

Príklad schémy zapojenia:

A príklad programového kódu:

Logika programu je jednoduchá:

1. Zavolajte čítanie podprogramu (funkcie) zo senzora.

2. Žiadosť o odčítanie snímača teploty integrovaného do barometra.

3. Čakáme na čas na vyhodnotenie teplotného senzora;

4. Odčítajte výsledok merania teploty;

5. požadovať hodnoty tlaku;

6. Čakáme na čas merania tlaku;

7. Odčítajte hodnotu tlaku;

8. Vráťte hodnotu tlaku z funkcie.

Zaujímavé je, že existujú štyri možnosti čítania hodnôt, ktoré sú špecifikované ako argument vo funkcii startPressure, druhé znamienko je od 0 do 3, kde 0 je hrubý odhad a 3 je presný odhad.

Pohybový senzor

Najbežnejším senzorom pohybu pre Arduino je HC senzorový modul HC SR501, Znakom tohto modulu je to, že má nastavenú vzdialenosť odozvy a čas oneskorenia výstupného signálu po operácii.

Vlastnosti modulu:

1. Napájacie napätie 4,5 - 20 V.

2. Pokojový prúd ≈ 50 μA;

3. Napätie výstupného signálu (logická úroveň): 3,3 V;

4. rozsah prevádzkových teplôt - od -15 ° C do 70 ° C;

5. Rozmery: 32 x 24 mm;

6. Zorné pole - 110 °;

7. maximálna pracovná vzdialenosť - od 3 do 7 m (nastaviteľná); Pri teplote nad 30 ° C sa táto vzdialenosť môže zmenšiť.

Schéma zapojenia:

Ako s ním pracovať, sme uvažovali v článku publikovanom vyššie: Schémy pohybových senzorov, princíp ich práce a schémy zapojenia

Senzor hladiny vody

Navrhnuté na označenie hladiny kvapaliny.

vlastnosti:

1. Napájacie napätie 3 - 5 V

2. Spotreba prúdu> 20 mA

3. Analógové

4. Rozmery meracej zóny 40x16 mm

5. Prípustná vlhkosť 10% - 90%

Príklad kódu:

Výstupné hodnoty sú od 0 (v suchom stave) do 685 (v skutočnosti sa môžu líšiť, záleží na vodivosti vody). Nezabudnite na elektrolýzu, pri meraní hladiny soli alebo tvrdej vody dôjde ku korózii.

Senzor úniku

Modul sa skladá z dvoch častí - samotného senzora a komparátora, môže byť postavený na LM393, LM293 alebo LM193.

Vďaka komparátoru sa analógový signál prevádza na digitálny.

Schéma zapojenia:

Doska Pinout:

• VCC - výkon, musí zodpovedať výkonu dosky Apduino, vo väčšine prípadov je to 5V;

• GND - spoločný drôt;

• AO - analógový signál;

• DO je digitálny signál.

Na doske porovnávača je ladiaci rezistor, ktorý nastavuje citlivosť senzora. Môže fungovať ako signál dažďa alebo niečoho unikajúceho, a keď je spárovaný s takýmto žeriavom, môže to fungovať ako ochrana proti netesnosti potrubia v byte:

Video ukazuje, ako to funguje:

Senzor vlhkosti

Bežne používané v projektoch automatického zavlažovania, na stanovenie pôdnej vlhkosti, rovnako ako predchádzajúca, pozostáva z elektród a dosky s komparátorom.

Môže pracovať v analógovom aj digitálnom režime. Príklad schémy zapojenia automatického zavlažovacieho systému so žeriavom založeným na motore:

A príklad programového kódu na spracovanie digitálneho signálu zo senzora vlhkosti:

záver

Preskúmali sme populárne senzory, ale existuje aj mnoho ďalších. Jedná sa o rôzne vibračné senzory, gyroskopy, akcelerometre, senzory žiarenia a ďalšie.

Účelom tohto článku bolo zhromaždiť na jednom mieste množstvo prvkov, ktoré môžu byť pre začiatočníckeho elektrotechnického inžiniera užitočné pri realizácii ich projektov. Ak máte záujem o konkrétny senzor, napíšte do komentárov a my ho podrobnejšie zvážime.

Pre vaše pohodlie sme pre vás zostavili tabuľku s odhadovanými nákladmi a zoznam populárnych senzorov pre Arduino v poradí, v akom boli zohľadnené v článku:Senzory pre Arduino

Ceny sú prevzaté z internetových obchodov v Rusku alebo na Ukrajine. V Číne to stojí 2 alebo viackrát lacnejšie.