ربط أجهزة الاستشعار التناظرية لاردوينو ، وقراءة أجهزة الاستشعار

يتم استخدام المستشعرات لقياس الكميات والظروف البيئية وردود الفعل على التغيرات في الحالات والمواقف. عند إخراجها ، قد تكون هناك إشارات رقمية تتكون من تلك والأصفار ، وكذلك الإشارات التناظرية ، التي تتكون من عدد لا حصر له من الفولتية في فترة زمنية معينة.

حول أجهزة الاستشعار

وفقا لذلك ، يتم تقسيم أجهزة الاستشعار إلى مجموعتين:

1. الرقمية.

2. التناظرية.

لقراءة القيم الرقمية ، يمكن استخدام المدخلات الرقمية والتناظرية لكل متحكم ، في حالتنا Avr على لوحة اردوينو. يجب توصيل المستشعرات التناظرية من خلال محول تناظري رقمي (ADC). ATMEGA328 ، يتم تثبيته في معظم لوحات ARDUINO (المزيد حول هذا الموضوع هناك مقال على الموقع) ، يحتوي في دائرتها المدمج في ADC. ما يصل إلى 6 المدخلات التناظرية المتاحة للاختيار من بينها.

إذا لم يكن ذلك كافيًا بالنسبة لك ، فيمكنك استخدام ADC خارجي إضافي للاتصال بالمدخلات الرقمية ، ولكن هذا سيعقد الكود ويزيد من حجمه ، بسبب إضافة خوارزميات المعالجة والتحكم في ADC. موضوع المحولات التمثيلية إلى الرقمية واسع بما يكفي بحيث يمكنك إنشاء مقالة أو دورة منفصلة عنها. من الأسهل استخدام لوحة تحتوي على عدد كبير منها أو معددات متعددة. دعونا ننظر في كيفية توصيل أجهزة الاستشعار التناظرية لاردوينو.

المخطط العام لأجهزة الاستشعار التناظرية وعلاقتها

يمكن أن يكون المستشعر مقياس الجهد التقليدي. في الواقع ، إنه مستشعر موضع مقاوم ؛ بناءً على هذا المبدأ ، يتحكم في مستوى السوائل ، وزاوية الميل ، وفتح شيء ما. يمكن ان تكون مرتبطة اردوينو بطريقتين.

تتيح لك الدائرة أعلاه قراءة القيم من 0 إلى 1023 ، نظرًا لحقيقة أن كل الجهد يسقط على مقياس الجهد. يعمل مبدأ مقسم الجهد هنا ، في أي موضع للمحرك ، يتم توزيع الجهد خطيًا على سطح الطبقة المقاومة أو على مقياس لوغاريتمي (حسب مقياس الجهد) الذي يندرج جزء من الجهد الذي يبقى بين خرج المنزلق (التلامس المنزلق) والأرض (gnd) إلى المدخلات. على اللوح ، يبدو هذا الاتصال كما يلي:

يتم توصيل الخيار الثاني وفقًا لمخطط الفاصل المقاوم الكلاسيكي ، حيث يعتمد الجهد عند نقطة المقاومة القصوى لجهاز الجهد على مقاومة المقاوم العلوي (في الشكل R2).

بشكل عام ، يكون الفاصل المقاوم مهمًا ليس فقط في مجال العمل مع المتحكمات الدقيقة ، ولكن أيضًا في الإلكترونيات بشكل عام. ترى أدناه المخطط العام ، وكذلك النسب المحسوبة لتحديد قيمة الجهد على الذراع السفلي.

مثل هذا الاتصال لا يقتصر فقط على مقياس الجهد ، ولكن بالنسبة لجميع أجهزة الاستشعار التناظرية ، لأن معظمهم يعملون على مبدأ تغيير المقاومة (الموصلية) تحت تأثير المصادر الخارجية - درجة الحرارة والضوء وأنواع مختلفة من الإشعاع ، إلخ.

ما يلي هو أبسط مخطط اتصال الثرمستور، من حيث المبدأ ، يمكن إجراء مقياس الحرارة على أساسه. لكن دقة شهادته ستتوقف على دقة جدول تحويل المقاومة للحرارة ، واستقرار مصدر الطاقة ومعاملات تغيير المقاومة (بما في ذلك المقاوم الذراع العلوي) تحت نفس درجة الحرارة. يمكن التقليل من ذلك عن طريق اختيار المقاومة المثلى ، قوتها وتيارات التشغيل.

بنفس الطريقة ، يمكنك توصيل الثنائيات الضوئية ، الناقلات الضوئية كمستشعر للضوء. عثر الإلكتروضوئي على تطبيق في المستشعرات التي تحدد المسافة ووجود جسم ما ، والذي سننظر فيه لاحقًا.

يوضح الشكل اتصال المقاوم للضوء مع اردوينو.

جزء البرمجيات

قبل أن أتحدث عن توصيل أجهزة استشعار محددة ، قررت التفكير في برنامج لمعالجتها. تتم قراءة جميع الإشارات التمثيلية من نفس المنافذ باستخدام الأمر analogRead ().تجدر الإشارة إلى أن Arduino UNO والنماذج الأخرى ذات 168 و 328 atmega تحتوي على 10 بت من ADC. هذا يعني أن متحكم يرى إشارة الدخل كرقم من 0 إلى 1023 - ما مجموعه 1024 القيم. إذا كنت تعتقد أن جهد التيار الكهربائي هو 5 فولت ، فإن حساسية المدخلات:

5/1024 = 0.0048 فولت أو 4.8 مللي فولت

وهذا يعني ، بقيمة 0 عند الإدخال ، الجهد هو 0 ، وقيمة 10 عند الإدخال - 48 mV.

في بعض الحالات ، لتحويل القيم إلى المستوى المطلوب (على سبيل المثال ، للإرسال إلى مخرجات PWM) ، يتم تقسيم 1024 على عدد ، ونتيجة للتقسيم ، يجب الحصول على الحد الأقصى المطلوب. تعمل وظيفة الخريطة (المصدر ، المنخفض ، العالي ، العالي ، العالي ، المنخفض) بشكل أكثر وضوحًا ، حيث:

• انخفاض عدد أقل قبل التحويل حسب الوظيفة ؛

• vch - العلوي ؛

• VCh - الرقم الأدنى بعد المعالجة بواسطة الوظيفة (في الإخراج) ؛

• VHV - أعلى.

تطبيق عملي لتحويل وظيفة إلى قيمة إدخال للإرسال إلى PWM (الحد الأقصى للقيمة هو 255 ، لتحويل البيانات من ADC إلى خرج PWM ، 1024 مقسوم على 4):

الخيار 1 - القسمة.

int x ؛

س = analogRead (وعاء) / 4 ؛

سيتم استلام // رقم من 0 إلى 1023

/ / قسّمه على 4 ، نحصل على عدد صحيح من 0 إلى 255 analogWrite (led، x)؛

الخيار 2 - وظيفة MAP - يفتح المزيد من الفرص ، ولكن المزيد عن ذلك لاحقًا.

حلقة باطلة ()

{int val = analogRead (0)؛

val = map (val، 0، 1023، 0، 255)؛

analogWrite (led، val)؛ }

أو حتى أقصر:

analogWrite (led ، map (val، 0، 1023، 0، 255))

ليس كل أجهزة الاستشعار لديها 5 فولت في الإخراج ، أي الرقم 1024 ليس دائمًا مناسبًا للتقسيم للحصول على نفس 256 لـ PWM (أو أي شيء آخر). يمكن أن يكون هذا 2 و 2.5 فولت وقيم أخرى ، عندما تكون أقصى إشارة ، على سبيل المثال ، 500.

أجهزة الاستشعار التناظرية شعبية

عرض عام لمستشعر اردوينو وتوصيله موضح أدناه:

عادة ما يكون هناك ثلاثة مخرجات ، قد يكون هناك رقم أربعة ، ولكن هذه هي الميزات.

فك تشفير تعيين مخرجات المستشعر التناظري:

• ز - ناقص الطاقة ، الحافلة المشتركة ، الأرض. يمكن تعيين GND ، "-" ؛

• الخامس - زائد السلطة. يمكن الإشارة إليها على أنها Vcc، Vtg، "+"؛

• S - خرج إشارة ، تدوين ممكن - خارج ، SGN ، Vout ، علامة.

مبتدئين لمعرفة كيفية قراءة قيم أجهزة الاستشعار اختيار المشاريع من مختلف الحرارة. هذه المستشعرات في التصميم الرقمي ، على سبيل المثال DS18B20 ، وفي التناظرية - هذه هي جميع أنواع الدوائر الدقيقة مثل LM35 و TMP35 و TMP36 وغيرها. فيما يلي مثال على التصميم المعياري لمثل هذا المستشعر على اللوحة.

دقة المستشعر من 0.5 إلى 2 درجة. مبنية على شريحة TMP36 ، مثلها في ذلك مثل العديد من أدواتها التناظرية ، تبلغ قيم خرجها 10 مللي فولت / درجة مئوية عند 0 ° ، تكون إشارة الخرج 0 V ، ثم تتم إضافة 10 mV لكل 1 درجة. وهذا هو ، عند 25.5 درجة ، والجهد هو 0.255 فولت ، انحراف ممكن في الخطأ والتدفئة الذاتية من الكريستال IC (تصل إلى 0.1 درجة مئوية).

اعتمادًا على الدائرة الدقيقة المستخدمة ، قد تختلف نطاقات القياس والفولتيات الناتجة ، انظر الجدول.

ومع ذلك ، بالنسبة إلى ميزان حرارة عالي الجودة ، لا يمكنك قراءة القيم وعرضها على مؤشر LCD أو المنفذ التسلسلي للاتصال بجهاز كمبيوتر ، من أجل استقرار إشارة الخرج للنظام بأكمله ككل ، تحتاج إلى متوسط ​​القيم من أجهزة الاستشعار ، التناظرية والرقمية ، ضمن حدود معينة ، بينما دون إضعاف سرعتها ودقة (هناك حد لكل شيء). ويرجع ذلك إلى وجود ضوضاء أو تداخل أو تماس غير مستقر (بالنسبة إلى أجهزة الاستشعار المقاومة على أساس الجهد ، راجع أعطال جهاز استشعار مستوى الماء أو الوقود في خزان السيارة).

رموز العمل مع معظم المستشعرات ضخمة جدًا ، لذا لن أعطيها جميعًا ، يمكن العثور عليها بسهولة على الشبكة من خلال طلب "sensor + Arduino name".

المستشعر التالي الذي يستخدمه المهندسون الآليون في اردوينو هو مستشعر الخط. يعتمد على الأجهزة الكهروضوئية ، نوع من الناقلات الضوئية.

بمساعدتهم ، يحدد الروبوت الذي يتحرك على طول الخط (المستخدم في الإنتاج الآلي لتوصيل الأجزاء) وجود شريط أبيض أو أسود. على الجانب الأيمن من الشكل ، يمكن رؤية جهازين مماثلين لمصابيح LED. واحد منهم هو LED ، يمكن أن ينبعث في الطيف غير المرئي ، والثاني هو الترانزستور الضوئي.

ينعكس الضوء من السطح إذا كان داكنًا - لا يستقبل الترانزستور الضوئي تيارًا منعكسًا ، ولكن إذا كان الضوء يستقبل ويفتح. تقوم الخوارزميات التي تضعها في المتحكم الدقيق بمعالجة الإشارة وتحديد صحة الحركة واتجاهها وتصحيحها. يتم ترتيب الماوس البصري ، الذي تحمله في يدك على الأرجح أثناء قراءة هذه الخطوط ، بالمثل.

سوف أقوم بتزويده بمستشعر مجاور - يتم استخدام مستشعر المسافة من Sharp أيضًا في الروبوتات ، وكذلك في ظروف مراقبة موضع الكائنات في الفضاء (مع خطأ TX المقابل).

وهي تعمل على نفس المبدأ. المكتبات وأمثلة من الرسومات والمشاريع معهم متوفرة بأعداد كبيرة في مواقع مخصصة لاردوينو.

استنتاج

يعد استخدام المستشعرات التناظرية أمرًا بسيطًا للغاية ، ومع لغة برمجة Arduino سهلة التعلم ، تتعلم الأجهزة البسيطة بسرعة. هذا النهج له عيوب كبيرة بالمقارنة مع نظرائهم الرقمية. هذا بسبب التباين الواسع في المعلمات ؛ وهذا يسبب مشاكل عند استبدال المستشعر. قد تضطر إلى تعديل شفرة المصدر للبرنامج.

صحيح ، تتضمن الأجهزة التمثيلية الفردية مصادر الجهد المرجعية ومثبتات التيار ، والتي لها تأثير إيجابي على المنتج النهائي وتكرار الجهاز في الإنتاج الضخم. يمكن تجنب جميع المشاكل باستخدام الأجهزة الرقمية.

الدوائر الرقمية على هذا النحو يقلل من الحاجة إلى ضبط وضبط الدائرة بعد التجميع. يمنحك هذا الفرصة لتجميع العديد من الأجهزة المتطابقة على نفس شفرة المصدر ، والتي تفاصيلها تعطي نفس الإشارات ، مع أجهزة استشعار مقاومة وهذا أمر نادر الحدوث.

انظر أيضا على موقعنا على الانترنت:ربط الأجهزة الخارجية لاردوينو