أجهزة الاستشعار الأكثر شعبية لاردوينو

تستخدم أجهزة الاستشعار في مجموعة واسعة من الدوائر والمشاريع. لا يمكن أتمتة الاستغناء عنها. نحن مهتمون بهم لأنه تم إنشاء مشروع لتبسيط تصميم وتعميم الالكترونيات اردوينو. هذا هو لوحة منتهية مع متحكم وكل ما تحتاجه للعمل معها وبرمجتها. في هذه المقالة ، سننظر في أجهزة استشعار لاردوينو ، ولكن يمكن استخدامها أيضا مع ميكروكنترولر أخرى.

ما هي أجهزة الاستشعار؟

أجهزة الاستشعار هي العيون والأذنين والحواس الأخرى متحكم أو جهاز تحكم آخر. تتميز بطبيعة الإشارة والغرض منها.

حسب طبيعة الإشارة تنقسم إلى:

• التناظرية.

• الرقمية.

والغرض من ذلك ، أجهزة الاستشعار لقياس:

• درجة الحرارة؛

• الضغط؛

• الرطوبة؛

• الحموضة.

• الإضاءة؛

• منسوب المياه أو المواد الأخرى ؛

• الاهتزاز.

• وغيرها من المكونات المتخصصة.

إذا تحدثنا عن Arduino ، فعند تلقي معلومات من المستشعرات ، نقوم بمعالجة إشارة رقمية ، أو قياس الجهد من الناتج التمثيلي للوحدة. كما سبق ذكره ، أجهزة الاستشعار الرقمية والتناظرية. تحتوي بعض الوحدات النمطية الخاصة بـ Arduino على الإخراج الرقمي والتناظري ، مما يوحدها.

بواسطة الجهاز هم

• مقاوم.

• الاستقرائي.

• بالسعة.

• إجهادي.

• الخلايا الضوئية وأنواع أخرى.

مستشعر الضوء أو الضوء

أسهل طريقة لتحديد سطوع شيء ما - استخدام photoresistor ، الضوئي أو الترانزستور الضوئي. يمكنك توصيل أحد الخيارات المدرجة في Arduino أو شراء لوحة خاصة - مستشعر الضوء.

ما هي فوائد حل جاهز؟ أولاً ، لتحديد التغييرات في إضاءة خلية ضوئية واحدة لا يكفي ، تحتاج أيضًا إلى مقاوم منتظم أو موالف ، ربما يكون المقارنة، للتدريج نعم / لا العملية. ثانياً ، ستكون لوحة الدوائر المطبوعة المصنوعة في المصنع أكثر موثوقية من لوحة المفصلات أو لوحة الدُفعات ، أو غيرها من الطرق التي يستخدمها الهواة.

على aliexpress أو في المتاجر الأخرى عبر الإنترنت يمكن العثور عليها عند الطلب "حساس ضوئي" أو ببساطة "مستشعر الضوء".

تحتوي هذه الوحدة على ثلاثة مخرجات:

• التغذية؛

• الأرض.

• الإخراج الرقمي من المقارنة.

أو إصدار أربعة دبوس:

• التغذية؛

• الأرض.

• الإخراج الرقمي من المقارنة.

• التناظرية.

لذلك على لوحة وضعت المقاوم ضبط لضبط توقيت المقارنة يمكن أن تنتج إشارة رقمية.

أمثلة على الاستخدام:

• مستشعر الضوء لتتابع الصور ؛

• إنذار (يقترن باعث) ؛

• عداد الكائنات التي تعبر شعاع الضوء ، إلخ.

من الصعب تحقيق القيم الدقيقة ، حيث ستكون هناك حاجة إلى عداد إضاءة صحيح من أجل الضبط الصحيح عن طريق الإضاءة. مقاومات الضوء هي أكثر ملاءمة لتحديد القيم المجردة مثل "الظلام أو الضوء".

بالإضافة إلى مثل هذا المجلس للبيع ، يمكنك أن تجد اهتمامًا كبيرًا وحدة GY-302. هذا مستشعر الضوء يعتمد على الدائرة المتكاملة BH-1750. ميزتها هي أنها وحدة رقمية ، ولها قدرة 16 بت ، وتتواصل مع ميكروكنترولر عبر حافلة i2c. يتيح لك 16 بت قياس الإضاءة من 1 إلى 65356 لوكس (Lx).

أدناه هو مخطط للاتصال به. قد تلاحظ أن SDA و SCL متصلا دبابيس التناظرية من متحكم.

هذا يرجع إلى حقيقة أن حافلة I2C يتم تنفيذها على هذه المسامير اردوينو ، والتي يمكن رؤيتها من خلال النظر إلى الصورة التالية. لذلك ، لا تنخدع بهذه الحقيقة ؛ فالمستشعر رقمي.

تكمن ميزة المستشعرات الرقمية في أنك لست بحاجة إلى التحقق من قيم كل مثيل وتجميع الجداول لترجمة القيم المقاسة إلى مقاييس حقيقية وما إلى ذلك.في معظم الحالات ، بالنسبة لأجهزة الاستشعار الرقمية ، يكفي توصيل مكتبة جاهزة وقراءة القيم المحولة إلى وحدات حقيقية.

مثال للرسم لـ GY-302 (BH-1750):

كيف يعمل الرسم؟

في البداية ، أخبر البرنامج أننا بحاجة إلى توصيل مكتبة Wire.h ، المسؤولة عن الاتصال عبر خط I2C و BH1750. يتم وصف باقي الإجراءات جيدًا في التعليقات ، ونتيجة لذلك ، نقرأ القيمة كل مرة في 100ms من المستشعر في Lux.

خصائص GY-302 BH1750:

• I2C متحكم الاتصالات

• استجابة طيفية مماثلة لحساسية العين

• يتم تقليل الأخطاء الناتجة عن الأشعة تحت الحمراء

• قياس مدى 0-65535 لوكس

• امدادات التيار الكهربائي: 3-5 فولت

• انخفاض الاستهلاك الحالي والنوم وظيفة

• 50/60 هرتز تصفية الضوضاء الخفيفة

• الحد الأقصى لعدد أجهزة الاستشعار في حافلة I2C هو قطعتين.

• لا المعايرة المطلوبة

• الاستهلاك الحالي - 120 μA

• في وضع السكون - 0.01 μA

• الطول الموجي المقاس - 560 نانومتر

• في وضع عالية الدقة - 1 لوكس

• في وضع دقة منخفضة - 4 لوكس

• ADC - 16 بت

الوقت المستغرق للقياسات:

• في وضع دقة عالية - 120 مللي ثانية

• في وضع دقة منخفضة - 16 مللي ثانية

مستشعر العائق

لقد اخترت هذا المستشعر باعتباره المستشعر التالي الذي يجب مراعاته ، لأن أحد خياراته يعمل على أساس الثنائي الضوئي أو الترانزستور الضوئي ، والتي تتشابه من حيث المبدأ مع المقاوم الضوئي الذي تمت مناقشته في القسم السابق.

اسمها هو "استشعار عقبة البصرية". العنصر الوظيفي الرئيسي هو الصمام الثنائي الضوئي والصمام الباعث للضوء واستقباله في طيف الأشعة تحت الحمراء (وبالتالي ، غير مرئي للعين البشرية ، وكذلك مجموعة العتبة التي تم تجميعها ، على سبيل المثال ، على أحد المقارنات مع منظم الحساسية.

مثال على مخطط الاتصال:

مثال لبرنامج معالجة الإشارات من جهاز استشعار.

هنا ، إذا كان الناتج من المستشعر هو "1" ، مما يعني "هناك عقبة" ، فسوف يضيء مؤشر LED الموجود على لوحة Arduino أو المتصل بالدبوس الثالث عشر (نفس الشيء). غالبا ما تستخدم في الروبوتات وأجهزة الإنذار.

استشعار المسافة

تتألف النسخة السابقة من جهاز استقبال ، - ثنائي ضوئي ، وباعث - مصباح. يتكون مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية أيضًا من مستقبل وباعث من الموجات فوق الصوتية. اسمه هو HC SR04.

الخصائص HC SR04:

• 5V امدادات التيار الكهربائي

• المعلمة التشغيل للقوة t oka - 15 مللي أمبير

• الحالي السلبي <2 مللي أمبير

• زاوية الرؤية - 15 درجة

• دقة اللمس - 0.3 سم

• زاوية القياس - 30 درجة

• نبض العرض - 10-6 ثانية

• نطاق القياس: 2-400 سم.

يظهر الخطأ بسبب:

• درجة الحرارة والرطوبة - يمكن تخفيضها عن طريق قياس درجة الحرارة باستخدام DHT-11 أو DHT-22 ، على سبيل المثال ، وإدخال المعاملات لتصحيح القياسات.

• المسافة إلى الكائن ؛

• يمكن تعويض موقع الكائن بالنسبة إلى المستشعر (وفقًا لمخطط الإشعاع) عن طريق تثبيت HC SR04 على المؤازرة لتغيير الاتجاه وإجراء تعديلات دقيقة.

• جودة أداء عناصر وحدة الاستشعار.

نمط الإشعاع:

المجلس لديه أربعة مخرجات:

• VCC - السلطة ؛

• علم حساب المثلثات - إشارة الدخل ؛

• إشارة خرج الصدى ؛

• GND هو سلك مشترك.

كيفية معالجة القراءات؟

1. نرسل نبضة لمدة 10 دقائق لإدخال TRIG ؛

2. داخل الوحدة النمطية ، يتم تحويل النبض إلى حزمة من 8 نبضات تتبع بعضها البعض بتردد 40 كيلو هرتز وترسل عبر الباعث ؛

3. النبضات المنعكسة من العقبة تصل إلى المستقبِل وتخرج إلى ECHO ؛

4. يجب تقسيم مدة النبضة المستلمة من خرج ECHO على 58.2 للحصول على المسافة بالسنتيمتر وعلى 148 إذا كنت بحاجة إلى تحويل إلى بوصة.

رمز المثال:

قياس درجة الحرارة

أسهل طريقة لقياس درجة الحرارة باستخدام متحكم هو استخدام الحرارية أو الثرمستور. يتم استخدام المزدوجات الحرارية لقياس درجات الحرارة المرتفعة ، لقياس الأماكن الداخلية والخارجية - تلك التي سأتحدث عنها قليلاً أدناه ، ولكن الآن ، دعونا ننظر إلى المزدوجات الحرارية.

كل نوع من المزدوجات الحرارية لديها نهجها الخاص للعمل مع متحكم. على سبيل المثال ، هناك المزدوجة الحرارية من نوع K ، أو كما يطلق عليها أيضا - chromel-alumel ، مع مجموعة من درجات الحرارة المقاسة من -200 إلى +1400 درجة مئوية مع حساسية 41 mV / درجة مئوية. ولديها محول خاص يعتمد على IC max6675 ، ولديه وظيفة لتعويض درجة حرارة الوصلة الباردة وما إلى ذلك.

يمكنك العمل مع هذه الوحدة باستخدام المكتبة التي تحمل الاسم نفسه لـ Arduino. في الشكل أدناه ، ترى مثالًا لرمز البرنامج لهذه الحالة.

ثم يتم عرض ما يلي على شاشة المنفذ التسلسلي.

ولكن هناك أيضا جهاز استشعار درجة الحرارة الرقمية DS12B20، يمكن أن يطلق عليه كلاسيكي ، لأنه يستخدم لسنوات عديدة في مشاريع الهواة ، وقبل ظهور Arduino بفترة طويلة.

هذه الدائرة الرقمية المتكاملة يظهر جهازها الداخلي في الشكل أدناه:

مخطط اتصال اللوحة:

الميزات الرئيسية والمعلومات DS18B20:

• الخطأ أقل من 0.5 درجة مئوية (في نطاق درجة الحرارة من -10 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية).

• لا المعايرة المطلوبة

• نطاق القياس - من -55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية

• VCC ، وتوفير الجهد 3.3-5V.

• دقة تصل إلى 0.0625 درجة مئوية ، تم ضبطها بواسطة البرنامج ؛

• القرار - 12 بت

• يتم تعيين رمز مثيل فريد لكل مثيل. هذا ضروري من أجل استخدام عدة قطع بسهولة في مشروع واحد

• واجهة الاتصالات - 1 سلك

• لا ضخم المطلوبة

• الحد الأقصى لعدد أجهزة الاستشعار على سطر واحد هو 127 قطعة.

• وضع الطاقة الهامش - في هذه الحالة ، يتم تشغيل المستشعر مباشرةً من خط الاتصال. في الوقت نفسه ، لا يمكن ضمان قياس درجة حرارة أعلى من 100C

أدناه ترى الرسم البياني لتحويل الكود الثنائي من DS18b20 إلى درجة الحرارة في درجة مئوية.

برنامج مثال لقراءة قيم درجة الحرارة.

أجهزة استشعار الضغط الجوي

يتم تجميع البارومترات الإلكترونية على أساس أجهزة استشعار الضغط الجوي. تم استخدام الخيارات التالية على نطاق واسع:

• BMP180.

• BMP280.

• BME280.

إذا كانت الحالتان السابقتان تشبهان بعضهما البعض ، إذن استشعار BME280 - هذا هو محطة الطقس مصغرة. 3 أجهزة استشعار مبنية عليه:

• درجة الحرارة؛

• الضغط؛

• الرطوبة.

خصائصه التقنية:

• الأبعاد 2.5 × 2.5 × 0.93 مم ؛

• معدن LGA الإسكان ، ومجهزة 8 مخرجات.

• امدادات التيار الكهربائي 1.7 - 3.6V ؛

• توافر I2C وواجهات SPI ؛

• الاستعداد الحالي استهلاك 0.1 µA.

هذه الأمثلة هي ممس البارومترات. ممس لتقف على الكهروميكانيكية الدقيقة. هذا هو المجهر الميكانيكي الذي يستخدم الظواهر السعوية وغيرها من المبادئ لعملها. ترى أدناه مثالاً على مثل هذا المستشعر في السياق.

مثال على مخطط الاتصال:

ومثال على رمز البرنامج:

منطق البرنامج بسيط:

1. استدعاء روتين فرعي (وظيفة) القراءة من أجهزة الاستشعار.

2. طلب ​​قراءات استشعار درجة الحرارة المتكاملة في مقياس.

3. نحن ننتظر الوقت لتقييم استشعار درجة الحرارة.

4. قراءة نتيجة قياسات درجة الحرارة.

5. طلب ​​قيم الضغط ؛

6. نحن في انتظار الوقت قياس الضغط.

7. قراءة قيمة الضغط.

8. إرجاع قيمة الضغط من الوظيفة.

هناك حقيقة مثيرة للاهتمام وهي أن هناك أربعة خيارات لقراءة القيم ، ويتم تحديدها كوسيطة في startPressure ، والعلامة الثانية هي من 0 إلى 3 ، حيث 0 عبارة عن تقدير تقريبي ، و 3 عبارة عن تقدير دقيق.

استشعار الحركة

جهاز استشعار الحركة الأكثر شيوعا لاردوينو هو HC SR501 وحدة استشعار الأشعة تحت الحمراء. من ميزات هذه الوحدة أن لديها ضبطًا لمسافة الاستجابة ووقت التأخير لإشارة الإخراج بعد التشغيل.

ميزات الوحدة:

1. امدادات التيار الكهربائي 4.5-20 فولت.

2. هادئة الحالية ≈ 50 μA ؛

3. إشارة الجهد الناتج (مستوى المنطق): 3.3 فولت ؛

4. نطاق درجة حرارة التشغيل - من -15 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية ؛

5. الأبعاد: 32 * 24 مم ؛

6. مجال الرؤية - 110 درجة ؛

7. أقصى مسافة التشغيل - من 3 إلى 7 م (قابل للتعديل) ؛ فوق 30 درجة مئوية ، قد تنخفض هذه المسافة.

مخطط الأسلاك:

كيفية العمل معه نظرنا في مقال نشر في وقت سابق: مخططات مجسات الحركة ، مبدأ عملهم ومخططات الأسلاك

جهاز استشعار مستوى المياه

مصممة للإشارة إلى مستوى السائل.

الميزات:

1. امدادات التيار الكهربائي 3-5V

2. الاستهلاك الحالي> 20 مللي أمبير

3. التناظرية

4. أبعاد منطقة القياس 40x16 مم

5. الرطوبة المسموح بها 10 ٪ - 90 ٪

رمز المثال:

تتراوح قيم الخرج من 0 (في حالة الجفاف) إلى 685 (قد يختلف الأمر فعليًا على توصيلية الماء). لا تنسَ التحليل الكهربائي ، عند قياس مستوى الملح أو الماء العسر ، سوف يتآكل.

جهاز استشعار التسرب

تتكون الوحدة من جزأين - يمكن بناء المستشعر نفسه والمقارنة على LM393 أو LM293 أو LM193.

بفضل المقارنة ، يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى الرقمية.

مخطط الأسلاك:

لوحة Pinout:

• VCC - السلطة ، يجب أن تتطابق مع قوة لوحة Apduino ، في معظم الحالات هو 5V ؛

• GND - سلك مشترك ؛

• إشارة تناظرية

• هل هو إشارة رقمية.

هناك المقاوم ضبط على لوحة المقارنة ، فإنه يحدد حساسية المستشعر. يمكن أن يكون بمثابة إشارة من المطر أو تسريب شيء ، وعندما يقترن مثل رافعة ، يمكن أن تعمل كحماية ضد تسرب خطوط الأنابيب في الشقة:

يظهر الفيديو كيف يعمل:

جهاز استشعار الرطوبة

يشيع استخدامها في مشاريع الري التلقائي، لتحديد رطوبة التربة ، وكذلك تتكون السابقة من الأقطاب الكهربائية ولوحة مع المقارنة.

يمكن أن تعمل على حد سواء في وسائط التناظرية والرقمية. مثال على مخطط اتصال لنظام الري التلقائي مع رافعة تعتمد على محرك:

ومثال على رمز البرنامج لمعالجة إشارة رقمية من جهاز استشعار الرطوبة:

استنتاج

درسنا أجهزة استشعار شعبية ، ولكن هناك أيضا العديد من الآخرين. هذه هي مجموعة متنوعة من أجهزة استشعار الاهتزاز ، الجيروسكوبات ، التسارع ، أجهزة استشعار الإشعاع وأكثر من ذلك.

كان الهدف من هذه المقالة هو جمع مجموعة متنوعة من العناصر في مكان واحد قد تكون مفيدة لمهندس إلكترونيات مبتدئ لتنفيذ مشاريعهم. إذا كنت مهتمًا بمستشعر معين - فاكتب في التعليقات وسننظر فيه بمزيد من التفاصيل.

من أجل راحتك ، قمنا بتجميع جدول لك بتكلفة تقديرية وقائمة بأجهزة الاستشعار الشائعة في Arduino ، بالترتيب الذي تم به النظر في المقالة:مجسات لاردوينو

الأسعار مأخوذة من متاجر على الإنترنت في روسيا أو أوكرانيا. في الصين ، تكلفة 2 مرات أو أكثر أرخص.