Οι πιο δημοφιλείς αισθητήρες για το Arduino

Οι αισθητήρες χρησιμοποιούνται σε μεγάλη ποικιλία κυκλωμάτων και έργων. Δεν μπορεί να κάνει αυτοματοποίηση χωρίς αυτές. Μας ενδιαφέρει γιατί έχει δημιουργηθεί ένα έργο που απλοποιεί το σχεδιασμό και τη διάδοση της ηλεκτρονικής Arduino. Αυτό είναι ένα τελειωμένο συμβούλιο με ένα μικροελεγκτή και όλα όσα πρέπει να εργαστείτε μαζί του και να το προγραμματίσετε. Σε αυτό το άρθρο, θα εξετάσουμε αισθητήρες για το Arduino, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν και με άλλους μικροελεγκτές.

Ποιοι είναι οι αισθητήρες;

Οι αισθητήρες είναι τα μάτια, τα αυτιά και άλλες αισθήσεις μικροελεγκτή ή άλλη συσκευή ελέγχου. Διακρίνονται από τη φύση του σήματος και από το σκοπό.

Από τη φύση του σήματος χωρίζεται σε:

• Αναλογική;

• Ψηφιακή

Και για το σκοπό αυτό, οι αισθητήρες είναι για τη μέτρηση:

• Θερμοκρασία.

• Πίεση;

• Υγρασία

• Οξύτητα;

• Φωτισμός

• Επίπεδο νερού ή άλλες ουσίες.

• Δονήσεις

• Και άλλα εξειδικευμένα συστατικά.

Αν μιλάμε για Arduino, τότε, όταν λαμβάνουμε πληροφορίες από αισθητήρες, επεξεργαζόμαστε ένα ψηφιακό σήμα ή μετράμε την τάση από την αναλογική έξοδο της μονάδας. Όπως αναφέρθηκε ήδη, οι αισθητήρες είναι ψηφιακοί και αναλογικοί. Ορισμένες μονάδες για το Arduino διαθέτουν τόσο ψηφιακή όσο και αναλογική έξοδο, η οποία τους ενοποιεί.

Με τη συσκευή είναι

• Ανθεκτική

• Επαγωγικά

• Χωρητικό.

• Piezoelectric;

• Φωτοκύτταρα και άλλοι τύποι.

Αισθητήρας φωτός ή φωτός

Ο ευκολότερος τρόπος να προσδιοριστεί η φωτεινότητα του κάτι - χρησιμοποιήστε φωτοαντιστάσεις, φωτοδίοδο ή φωτοτρανζίστορ. Μπορείτε να συνδέσετε μια από τις επιλογές που παρατίθενται στο Arduino ή να αγοράσετε ένα ειδικό board - αισθητήρα φωτός.

Ποια είναι τα οφέλη μιας λύσης "με το κλειδί στο χέρι"; Πρώτον, για να καθορίσετε τις αλλαγές στον φωτισμό ενός φωτοκύτταρου δεν είναι αρκετό, χρειάζεστε επίσης μια κανονική ή συντονιστική αντίσταση, ίσως συγκριτή, για βαθμιαία λειτουργία ναι / όχι. Δεύτερον, μια εργοστασιακή πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος θα είναι πιο αξιόπιστη από μια αρθρωτή βάση ή μια παρτίδα παρτίδας ή άλλους τρόπους που χρησιμοποιούν οι ερασιτέχνες.

Στο aliexpress ή σε άλλα ηλεκτρονικά καταστήματα μπορεί να βρεθεί κατόπιν παραγγελίας "PHOTOSENSITIVE-SENSOR" ή απλά "αισθητήρας φωτός".

Αυτή η ενότητα έχει τρεις εξόδους:

• Διατροφή;

• Γη

• Ψηφιακή έξοδος από τον συγκριτή.

Ή έκδοση τεσσάρων ακίδων:

• Διατροφή;

• Γη

• Ψηφιακή έξοδος από τον συγκριτή.

• Αναλογική

Έτσι, στον πίνακα που τοποθετείται αντίσταση συντονισμού για να ρυθμίσετε το χρονισμό του συγκριτή μπορεί να παράγει ένα ψηφιακό σήμα.

Παραδείγματα χρήσης:

• Αισθητήρας φωτός για ρελαί φωτογραφιών.

• Συναγερμός (σε συνδυασμό με τον πομπό).

• Μετρητής αντικειμένων που διασχίζουν τη φωτεινή δέσμη, κλπ.

Είναι δύσκολο να επιτευχθούν ακριβείς τιμές, καθώς ένας σωστός μετρητής φωτός θα χρειαστεί για τη σωστή ρύθμιση με φωτισμό. Οι φωτοαντιστάσεις είναι πιο κατάλληλες για τον προσδιορισμό αφηρημένων τιμών όπως "σκοτεινό ή ελαφρύ".

Εκτός από ένα τέτοιο διοικητικό συμβούλιο στην πώληση, μπορείτε να βρείτε αρκετά ενδιαφέρον Μονάδα GY-302. Πρόκειται για αισθητήρα φωτός που βασίζεται στο ολοκληρωμένο κύκλωμα BH-1750. Χαρακτηριστικό του είναι ότι είναι μια ψηφιακή μονάδα, έχει χωρητικότητα 16 bits, επικοινωνεί με τους μικροελεγκτές μέσω του διαύλου i2c. Τα 16 bit σας επιτρέπουν να μετρήσετε τον φωτισμό από 1 έως 65356 Lux (Lx).

Παρακάτω υπάρχει ένα διάγραμμα της σύνδεσής του. Μπορεί να παρατηρήσετε ότι το SDA και το SCL που συνδέονται με τους αναλογικούς πείρους του μικροελεγκτή.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο δίαυλος I2C εφαρμόζεται σε αυτές τις καρφίτσες arduino, κάτι που μπορεί να δει κανείς στην παρακάτω εικόνα. Επομένως, μην ξεγελιέστε από αυτό το γεγονός, ο αισθητήρας είναι ψηφιακός.

Το πλεονέκτημα των ψηφιακών αισθητήρων είναι ότι δεν χρειάζεται να ελέγξετε τις τιμές κάθε στιγμιότυπου, να συντάξετε πίνακες για να μεταφράσετε τις μετρημένες τιμές σε πραγματικές κλίμακες και ούτω καθεξής.Στις περισσότερες περιπτώσεις, για ψηφιακούς αισθητήρες, αρκεί να συνδέσετε απλά μια έτοιμη βιβλιοθήκη και να διαβάσετε τις τιμές που μετατρέπονται σε πραγματικές μονάδες.

Παράδειγμα σχεδίου για το GY-302 (BH-1750):

Πώς λειτουργεί ένα σκίτσο;

Στην αρχή, λέμε στο πρόγραμμα ότι πρέπει να συνδέσουμε τη βιβλιοθήκη Wire.h, η οποία είναι υπεύθυνη για την επικοινωνία μέσω της γραμμής I2C και του BH1750. Οι υπόλοιπες ενέργειες περιγράφονται καλά στα σχόλια και ως αποτέλεσμα κάθε 100ms διαβάζουμε την τιμή από τον αισθητήρα στο Lux.

Χαρακτηριστικά του GY-302 BH1750:

• Επικοινωνία μικροελεγκτή I2C

• Φασματική απόκριση παρόμοια με την ευαισθησία των ματιών

• Τα σφάλματα που οφείλονται στην υπέρυθρη ακτινοβολία ελαχιστοποιούνται

• Εύρος μέτρησης 0-65535 Lux

• Τάση τροφοδοσίας: 3-5 V

• Χαμηλή κατανάλωση ρεύματος και λειτουργία αναστολής λειτουργίας

• Φιλτράρισμα θορύβου 50/60 Hz

• Ο μέγιστος αριθμός αισθητήρων σε 1 δίαυλο I2C είναι 2 τεμάχια.

• Δεν απαιτείται βαθμονόμηση

• Τρέχουσα κατανάλωση - 120 μΑ

• Σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας - 0,01 μΑ

• Μετρημένο μήκος κύματος - 560 nm

• Σε λειτουργία υψηλής ανάλυσης - 1 Lux

• Σε λειτουργία χαμηλής ανάλυσης - 4 Lux

• ADC - 16 bit

Χρόνος που απαιτείται για τις μετρήσεις:

• Σε λειτουργία υψηλής ανάλυσης - 120 ms

• Σε λειτουργία χαμηλής ανάλυσης - 16 ms

Αισθητήρας εμπόδιο

Έχω επιλέξει αυτόν τον αισθητήρα ως επόμενο που πρέπει να εξετάσει, επειδή μια από τις επιλογές του λειτουργεί με βάση μια φωτοδίοδο ή φωτοτραντιστή, οι οποίες είναι παρόμοιες κατ 'αρχήν με το φωτοαντιστάσεων που συζητήθηκε στην προηγούμενη ενότητα.

Το όνομά του είναι "αισθητήρας οπτικού εμποδίου". Το κύριο λειτουργικό στοιχείο είναι η φωτοδίοδος και το LED που εκπέμπει και δέχεται στο φάσμα IR (επομένως, δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι, καθώς και ένα συγκρότημα κατωφλιού συναρμολογημένο, για παράδειγμα, σε ένα συγκριτή με ρυθμιστή ευαισθησίας.) Χρησιμοποιώντας το, η απόσταση από την οποία ενεργοποιείται ο αισθητήρας ρυθμίζεται.

Παράδειγμα διαγράμματος σύνδεσης:

Παράδειγμα προγράμματος επεξεργασίας σήματος από αισθητήρα.

Εδώ, αν η έξοδος από τον αισθητήρα είναι "1", που σημαίνει "υπάρχει εμπόδιο", η λυχνία LED του πίνακα Arduino ή η σύνδεση με τον 13ο ακροδέκτη (το ίδιο πράγμα) ανάβει. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται σε ρομποτική και συναγερμούς.

Αισθητήρας απόστασης

Το προηγούμενο αντίγραφο αποτελείται από ένα δέκτη, - μια φωτοδίοδο και έναν πομπό, - ένα LED. Ο υπερηχητικός αισθητήρας απόστασης αποτελείται επίσης από δέκτη και εκπομπό υπερηχητικών κυμάτων. Το όνομά του είναι HC SR04.

Χαρακτηριστικά HC SR04:

• 5V τάση τροφοδοσίας

• Η παράμετρος λειτουργίας της δύναμης t ok - 15 mA

• Παθητικό ρεύμα <2 mA

• Γωνία θέασης - 15 °

• Ανίχνευση αφής - 0,3 cm

• Γωνία μέτρησης - 30 °

• Πλάτος παλμού - 10-6 s

• Εύρος μέτρησης: 2-400 εκ.

Το σφάλμα εμφανίζεται λόγω:

• θερμοκρασία και υγρασία - μπορεί να μειωθεί με μέτρηση της θερμοκρασίας με DHT-11 ή DHT-22, για παράδειγμα, και εισαγωγή συντελεστών για τη διόρθωση των μετρήσεων.

• απόσταση από το αντικείμενο.

• η θέση του αντικειμένου σε σχέση με τον αισθητήρα (σύμφωνα με το διάγραμμα ακτινοβολίας) μπορεί να αντισταθμιστεί με την εγκατάσταση του HC SR04 στο σερβο για αλλαγή κατεύθυνσης και για ακριβείς ρυθμίσεις.

• την απόδοση των στοιχείων των στοιχείων του αισθητήρα.

Πρότυπο ακτινοβολίας:

Ο πίνακας διαθέτει τέσσερις εξόδους:

• VCC - δύναμη;

• Trig - σήμα εισόδου;

• Echo - σήμα εξόδου.

• Το GND είναι ένα κοινό καλώδιο.

Πώς να επεξεργαστείτε τις αναγνώσεις;

1. Στέλνουμε έναν παλμό με διάρκεια 10 μs στην είσοδο TRIG.

2. Στο εσωτερικό της μονάδας, ο παλμός μετατρέπεται σε πακέτο 8 παλμών που ακολουθούν το ένα το άλλο με συχνότητα 40 kHz και αποστέλλονται μέσω του πομπού.

3. Οι ωθήσεις που αντανακλώνται από το εμπόδιο φθάνουν στον δέκτη και εξέρχονται στην ECHO.

4. Η διάρκεια του παλμού που λαμβάνεται από την έξοδο ECHO θα πρέπει να διαιρείται με 58,2 για να πάρει την απόσταση σε εκατοστά και 148 εάν χρειάζεται να μετατρέψετε σε ίντσες.

Παράδειγμα κώδικα:

Μετρήστε τη θερμοκρασία

Ο ευκολότερος τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας με τη χρήση μικροελεγκτή είναι χρησιμοποιήστε θερμοστοιχείο ή θερμίστορ. Τα θερμοστοιχεία χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των υψηλών θερμοκρασιών, για τη μέτρηση των εσωτερικών και εξωτερικών χώρων - αυτό που θα μιλήσω λίγο πιο κάτω θα το κάνει, αλλά για τώρα, ας δούμε ένα θερμοστοιχείο.

Κάθε τύπος θερμοστοιχείου έχει τη δική του προσέγγιση για την εργασία με μικροελεγκτή. Για παράδειγμα, υπάρχει θερμοζεύγος τύπου Κ ή, όπως αποκαλείται επίσης, αλουμίνιο χρωμελίων, με εύρος μετρημένων θερμοκρασιών από -200 έως +1400 βαθμούς Κελσίου με ευαισθησία 41 mV / βαθμός Κελσίου. Και γι 'αυτήν υπάρχει ένας ειδικός μετατροπέας που βασίζεται στο IC max6675, έχει μια λειτουργία για την αντιστάθμιση της θερμοκρασίας της κρύας διασταύρωσης και ούτω καθεξής.

Μπορείτε να εργαστείτε με αυτήν την ενότητα χρησιμοποιώντας τη βιβλιοθήκη με το ίδιο όνομα για το Arduino. Στο παρακάτω σχήμα βλέπετε ένα παράδειγμα κώδικα προγράμματος για αυτήν την περίπτωση.

Στη συνέχεια εμφανίζονται τα ακόλουθα στην οθόνη σειριακής θύρας.

Αλλά υπάρχει επίσης ένας ψηφιακός αισθητήρας θερμοκρασίας DS12B20, μπορεί να ονομαστεί κλασικό, αφού έχει χρησιμοποιηθεί για πολλά χρόνια σε ερασιτεχνικά έργα και πολύ πριν από την εμφάνιση του Arduino.

Αυτό το ψηφιακό ολοκληρωμένο κύκλωμα η εσωτερική του συσκευή φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Σχέδιο σύνδεσης πίνακα:

Βασικά χαρακτηριστικά και πληροφορίες DS18b20:

• Το σφάλμα είναι μικρότερο από 0,5 ° C (στην περιοχή θερμοκρασιών από -10 ° C έως + 85 ° C).

• Δεν απαιτείται βαθμονόμηση

• Εύρος μέτρησης - από -55 ° C έως + 125 ° C

• VCC, τάση τροφοδοσίας 3.3-5V.

• ανάλυση έως 0,0625 ° C, ρυθμισμένη από λογισμικό.

• Ανάλυση - 12 bit

• Σε κάθε περίπτωση έχει εκχωρηθεί ένας μοναδικός σειριακός κώδικας. Αυτό είναι απαραίτητο για την εύκολη χρήση πολλών κομματιών σε ένα έργο

• Διασύνδεση επικοινωνίας - 1-καλώδιο

• Δεν απαιτείται ταινία

• Ο μέγιστος αριθμός αισθητήρων σε μια γραμμή είναι 127 τεμάχια.

• Λειτουργία παράτυπης ισχύος - σε αυτήν την περίπτωση, ο αισθητήρας τροφοδοτείται απευθείας από τη γραμμή επικοινωνίας. Ταυτόχρονα, δεν είναι εγγυημένη η μέτρηση θερμοκρασίας υψηλότερη από 100C

Παρακάτω βλέπετε το διάγραμμα μετατροπής του δυαδικού κώδικα από DS18b20 σε θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου.

Παράδειγμα προγράμματος για την ανάγνωση τιμών θερμοκρασίας.

Αισθητήρες ατμοσφαιρικής πίεσης

Τα ηλεκτρονικά βαρόμετρα συναρμολογούνται με βάση αισθητήρες ατμοσφαιρικής πίεσης. Οι ακόλουθες επιλογές χρησιμοποιήθηκαν ευρέως:

• BMP180;

• BMP280;

• BME280.

Εάν οι δύο προηγούμενες περιπτώσεις ήταν παρόμοιες μεταξύ τους, τότε Αισθητήρα BME280 - Αυτός είναι ένας μικροσκοπικός μετεωρολογικός σταθμός. 3 αισθητήρες είναι ενσωματωμένοι σε αυτό:

• Θερμοκρασία.

• Πίεση;

• Υγρασία.

Τα τεχνικά χαρακτηριστικά του:

• Διαστάσεις 2,5 x 2,5 x 0,93 mm.

• Μεταλλικό περίβλημα LGA, εξοπλισμένο με 8 εξόδους.

• Τάση τροφοδοσίας 1.7 - 3.6V;

• Διαθεσιμότητα διεπαφών I2C και SPI.

• Κατανάλωση ρεύματος αναμονής 0,1 μΑ.

Αυτά τα παραδείγματα είναι MEMS barometers. Το MEMS σημαίνει μικροηλεκτρομηχανική. Αυτή είναι μια μηχανική μικροδομή που χρησιμοποιεί χωρητικά φαινόμενα και άλλες αρχές για τη δουλειά της. Παρακάτω βλέπετε ένα παράδειγμα τέτοιου αισθητήρα στο πλαίσιο.

Παράδειγμα διαγράμματος σύνδεσης:

Και ένα παράδειγμα κώδικα προγράμματος:

Η λογική του προγράμματος είναι απλή:

1. Καλέστε την ανάγνωση υπορουτίνας (λειτουργίας) από τον αισθητήρα.

2. Αίτημα για ανάγνωση του αισθητήρα θερμοκρασίας που είναι ενσωματωμένος στο βαρόμετρο.

3. Περιμένουμε χρόνο για να αξιολογήσουμε τον αισθητήρα θερμοκρασίας.

4. Διαβάστε το αποτέλεσμα των μετρήσεων θερμοκρασίας.

5. Ζητήστε τιμές πίεσης.

6. Περιμένουμε τον χρόνο μέτρησης της πίεσης.

7. Διαβάστε την τιμή της πίεσης.

8. Επιστρέψτε την τιμή πίεσης από τη λειτουργία.

Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι υπάρχουν τέσσερις επιλογές για την ανάγνωση αξιών, καθορίζονται ως ένα όρισμα στη συνάρτηση startPressure, το δεύτερο σημάδι είναι από το 0 έως το 3, όπου το 0 είναι μια πρόχειρη εκτίμηση και το 3 είναι μια ακριβής εκτίμηση.

Αισθητήρας κίνησης

Ο πιο κοινός αισθητήρας κίνησης για το Arduino είναι Μονάδα αισθητήρα υπερύθρων HC SR501. Ένα χαρακτηριστικό αυτής της μονάδας είναι ότι έχει μια ρύθμιση της απόστασης απόκρισης και του χρόνου καθυστέρησης του σήματος εξόδου μετά τη λειτουργία.

Χαρακτηριστικά μονάδας:

1. Τάση τροφοδοσίας 4.5 - 20 V.

2. ρεύμα αναμονής ≈ 50 μA;

3. Τάση σήματος εξόδου (λογική στάθμη): 3.3 V;

4. Εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας - από -15 ° C έως 70 ° C.

5. Διαστάσεις: 32 * 24 mm.

6. Οπτικό πεδίο - 110 °.

7. Μέγιστη απόσταση λειτουργίας - από 3 έως 7 m (ρυθμιζόμενη). Πάνω από 30 ° C, αυτή η απόσταση μπορεί να μειωθεί.

Διάγραμμα συνδεσμολογίας:

Πώς να συνεργαστούμε μαζί του σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε νωρίτερα: Σχέδια αισθητήρων κίνησης, η αρχή της εργασίας τους και τα διαγράμματα καλωδίωσης

Αισθητήρας στάθμης νερού

Σχεδιασμένο για να δείχνει το επίπεδο υγρού.

Χαρακτηριστικά

1. Τάση τροφοδοσίας 3-5V

2. Ρεύμα κατανάλωσης> 20 mA

3. Αναλογικά

4. Διαστάσεις της ζώνης μέτρησης 40x16 mm

5. Επιτρεπτή υγρασία 10% - 90%

Παράδειγμα κώδικα:

Οι τιμές εξόδου είναι από 0 (σε ξηρή κατάσταση) έως 685 (μπορεί να διαφέρουν πραγματικά εξαρτάται από την αγωγιμότητα του νερού). Μην ξεχνάτε την ηλεκτρόλυση, όταν μετράτε το επίπεδο του αλατιού ή του σκληρού νερού, θα διαβρωθεί.

Αισθητήρας διαρροής

Η μονάδα αποτελείται από δύο μέρη - ο ίδιος ο αισθητήρας και ο συγκριτής, μπορούν να κατασκευαστούν με LM393, LM293 ή LM193.

Χάρη στον συγκριτή, το αναλογικό σήμα μετατρέπεται σε ψηφιακή.

Διάγραμμα συνδεσμολογίας:

Συναρμολόγηση συμβουλίου:

• VCC - δύναμη, πρέπει να ταιριάζει με τη δύναμη του σκάφους Apduino, στις περισσότερες περιπτώσεις είναι 5V?

• GND - κοινό σύρμα.

• AO - αναλογικό σήμα.

• Το DO είναι ψηφιακό σήμα.

Υπάρχει μια αντίσταση συντονισμού στην πλακέτα σύγκρισης, ορίζει την ευαισθησία του αισθητήρα. Μπορεί να λειτουργήσει ως σήμα βροχής ή διαρροής κάτι, και όταν συνδυάζεται με έναν τέτοιο γερανό, μπορεί να λειτουργήσει ως προστασία από διαρροές αγωγών στο διαμέρισμα:

Το βίντεο δείχνει πώς λειτουργεί:

Αισθητήρας υγρασίας

Συνήθως χρησιμοποιείται σε αυτόματα έργα ποτίσματος, για τον προσδιορισμό της υγρασίας του εδάφους, καθώς και η προηγούμενη αποτελείται από ηλεκτρόδια και μια πλάκα με ένα συγκριτικό.

Μπορεί να λειτουργεί τόσο σε αναλογικές όσο και σε ψηφιακές λειτουργίες. Παράδειγμα διαγράμματος σύνδεσης για αυτόματο σύστημα άρδευσης με γερανό που βασίζεται σε κινητήρα:

Και ένα παράδειγμα κώδικα προγράμματος για την επεξεργασία ενός ψηφιακού σήματος από έναν αισθητήρα υγρασίας:

Συμπέρασμα

Εξετάσαμε δημοφιλείς αισθητήρες, αλλά υπάρχουν και πολλοί άλλοι. Πρόκειται για μια ποικιλία αισθητήρων δόνησης, γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα, αισθητήρες ακτινοβολίας και πολλά άλλα.

Σκοπός του άρθρου ήταν να συλλέξει σε ένα μέρος μια ποικιλία στοιχείων που μπορεί να είναι χρήσιμα για έναν αρχάριο μηχανικό ηλεκτρονικών για την υλοποίηση των έργων τους. Εάν ενδιαφέρεστε για έναν συγκεκριμένο αισθητήρα - γράψτε στα σχόλια και θα το εξετάσουμε λεπτομερέστερα.

Για την καλύτερη εξυπηρέτησή σας, καταρτίσαμε για εσάς έναν πίνακα με εκτιμώμενο κόστος και έναν κατάλογο δημοφιλών αισθητήρων για το Arduino, με τη σειρά με την οποία εξετάστηκαν στο άρθρο:Αισθητήρες για το Arduino

Οι τιμές λαμβάνονται από ηλεκτρονικά καταστήματα στη Ρωσία ή την Ουκρανία. Στην Κίνα, κοστίζουν 2 ή περισσότερες φορές φθηνότερα.