Arduinon suosituimmat anturit

Antureita käytetään monissa erilaisissa piireissä ja projekteissa. Mikään automaatio ei voi tehdä ilman niitä. Olemme kiinnostuneita heistä, koska elektroniikan suunnittelun ja popularisoinnin yksinkertaistamiseksi on luotu projekti Työläs. Tämä on viimeistelty levy, jossa on mikrokontrolleri ja kaikki mitä tarvitset sen kanssa työskentelemiseen ja ohjelmointiin. Tässä artikkelissa tarkastellaan Arduinon antureita, mutta niitä voidaan käyttää myös muiden mikro-ohjaimien kanssa.

Mitkä ovat anturit?

Anturit ovat silmiä, korvia ja muita aisteja mikro tai muu ohjauslaite. Ne erottuvat signaalin luonteesta ja tarkoituksesta.

Signaalin luonteen mukaan jaetaan:

• analoginen;

• Digitaalinen.

Ja anturit ovat tarkoitusta varten mittaamaan:

• lämpötila;

• paine;

• kosteus;

• happamuus;

• valaistus;

• Vedenkorkeus tai muut aineet;

• tärinä;

• Ja muut erikoistuneet komponentit.

Jos puhumme Arduinosta, niin prosessoidessamme tietoja sensoreilta käsittelemme digitaalisen signaalin tai mittaamme jännitteen moduulin analogisesta ulostulosta. Kuten jo mainittiin, anturit ovat digitaalisia ja analogisia. Joillakin Arduinon moduuleilla on sekä digitaalinen että analoginen lähtö, mikä yhdistää ne.

Laitteittain ne ovat

• resistiivinen;

• induktiivinen;

• kapasitiivinen;

• pietsosähköisiä;

• Valosolut ja muut tyypit.

Valo tai valoanturi

Helpoin tapa määrittää jonkin kirkkaus - käytä valoresistoria, fotodiodia tai fototransistoria. Voit kytkeä yhden luetelluista vaihtoehdoista Arduinoon tai ostaa erikoislevyn - valotunnistin.

Mitä hyötyä avaimet käteen -ratkaisusta on? Ensinnäkin, jotta yksittäisen valokennon valaistumisen muutosten havaitseminen ei riitä, tarvitset myös tavallisen tai viritysvastuksen, ehkä sen komparaattori, vaiheittaisen kyllä ​​/ ei käytön yhteydessä. Toiseksi, tehtaalla valmistettu painettu piirilevy on luotettavampi kuin saranoitu kiinnitys tai pakettilevy tai muut amatöörit käyttämät tavat.

Aliexpressistä tai muista verkkokaupoista se löytyy pyynnöstä "PHOTOSENSITIVE-SENSOR" tai yksinkertaisesti "light sensor".

Tällä moduulilla on kolme lähtöä:

• ravitsemus;

• maa;

• Digitaalilähtö vertailusta.

Tai nelinastainen versio:

• ravitsemus;

• maa;

• Digitaalilähtö vertailusta;

• Analoginen.

Joten aluksella on viritysvastus komparaattorin laukaisuhetken säätämiseksi, se voi antaa digitaalisen signaalin.

Esimerkkejä käytöstä:

• Valotunnistin valokuvareleeseen;

• Hälytys (pariksi emitterin kanssa);

• Valonsäteen ylittävien esineiden laskuri

Tarkkajen arvojen saavuttaminen on vaikeaa, koska oikea valomittari tarvitaan oikeaseen säätöön valaistuksella. Valontutkijat ovat sopivampia määrittämään abstrakteja arvoja, kuten "tumma tai vaalea".

Tällaisen myynnissä olevan taulun lisäksi voit löytää varsin mielenkiintoisia GY-302-moduuli. Tämä on BH-1750-integroituun piiriin perustuva valoanturi. Sen ominaisuus on, että se on digitaalinen moduuli, sen kapasiteetti on 16 bittiä, on yhteydessä mikro-ohjaimiin i2c-väylän kautta. 16 bittiä voit mitata valaistusta välillä 1 - 65356 luksia (Lx).

Alla on kaavio sen yhteydestä. Saatat huomata, että SDA ja SCL kytketty mikrokontrollerin analogisiin nastaihin.

Tämä johtuu tosiasiasta, että I2C-väylä on toteutettu näihin arduino-nastoihin, mikä voidaan nähdä tarkastelemalla seuraavaa kuvaa. Siksi älä mene lankaan tästä tosiasiasta, anturi on digitaalinen.

Digitaalisten anturien etuna on, että sinun ei tarvitse tarkistaa kunkin esiintymän arvoja, laatia taulukkoja kääntääksesi mitatut arvot todellisiksi asteikkoiksi ja niin edelleen.Useimmissa tapauksissa digitaalisten anturien tapauksessa riittää, että vain yhdistetään valmis kirjasto ja luetaan todellisiksi yksiköiksi muunnetut arvot.

Esimerkki luonnos GY-302: lle (BH-1750):

Kuinka luonnos toimii?

Alussa sanomme ohjelmalle, että meidän on kytkettävä Wire.h-kirjasto, joka vastaa viestinnästä I2C-linjan kautta, ja BH1750. Muut toiminnot kuvataan hyvin kommenteissa, ja seurauksena on, että jokainen 100 ms luetaan arvo Lux-anturista.

GY-302 BH1750: n ominaisuudet:

• I2C-mikro-ohjaimen tiedonsiirto

• Spektrivaste samanlainen kuin silmien herkkyys

• Infrapunasäteilystä johtuvat virheet minimoidaan

• Mittausalue 0-65535 lux

• Syöttöjännite: 3-5 V

• Alhainen virrankulutus ja lepotila

• 50/60 Hz: n kevyen kohinan suodatus

• Antureiden enimmäismäärä 1 I2C-väylässä on 2 kappaletta.

• Kalibrointia ei tarvita

• Virrankulutus - 120 μA

• Lepotilassa - 0,01 μA

• Mitattu aallonpituus - 560 nm

• Korkean resoluution tilassa - 1 luksia

• Matalan resoluution tilassa - 4 luksia

• ADC - 16 bittiä

Mittauksiin käytetty aika:

• Korkean resoluution tilassa - 120 ms

• Matalan resoluution tilassa - 16 ms

Esteanturi

Valitsin tämän anturin seuraavaksi harkittavaksi, koska yksi sen vaihtoehdoista toimii fotodiodin tai fototransistorin perusteella, jotka ovat periaatteessa samanlaisia ​​kuin edellisessä osassa käsitellyt fotoresistorit.

Sen nimi on "optinen esteanturi." Tärkein toiminnallinen elementti on fotodiodi ja LED, jotka säteilevät ja vastaanottavat IR-spektrissä (siksi eivät näy ihmisen silmälle, samoin kuin kynnyskokoonpano, joka on koottu esimerkiksi herkkyysregulaattorilla varustetulle komparaattorille.) Sen avulla anturin laukaisumatka säädetään muuten, kuin se on digitaalinen.

Esimerkki kytkentäkaaviosta:

Esimerkki anturin signaalinkäsittelyohjelmasta.

Jos anturin lähtö on "1", mikä tarkoittaa "este on olemassa", Arduino-levyn tai 13. nastaan ​​kytketyn (sama asia) LED-valo syttyy. Käytetään yleisimmin robotiikassa ja hälytyksissä.

Etäisyysanturi

Edellinen kopio koostuu vastaanottimesta, - fotodiodista ja emitteristä, - LEDistä. Ultraäänietäisyysanturi koostuu myös vastaanottimesta ja ultraääniaaltojen lähettäjästä. Hänen nimensä on HC SR04.

Ominaisuudet HC SR04:

• 5 V: n syöttöjännite

• Voiman t oka toimintaparametri - 15 mA

• Passiivinen virta <2 mA

• Katselukulma - 15 °

• Kosketa Tarkkuus - 0,3 cm

• Mittauskulma - 30 °

• Pulssinleveys - 10-6 s

• Mitta-alue: 2-400 cm.

Virhe ilmenee seuraavista syistä:

• lämpötila ja kosteus - voidaan vähentää mittaamalla lämpötila esimerkiksi DHT-11: llä tai DHT-22: llä ja syöttämällä kertoimet mittausten korjaamiseksi.

• etäisyys esineeseen;

• esineen sijainti suhteessa anturiin (säteilykaavion mukaan) voidaan korvata asentamalla HC SR04 servomoottoriin suunnan muuttamiseksi ja tarkkojen säätöjen tekemiseksi.

• anturimoduulielementtien suorituskyvyn laatu.

Säteilykuvio:

Taululla on neljä lähtöä:

• VCC - teho;

• Trig - tulosignaali;

• Kaiku - lähtösignaali;

• GND on yleinen johdin.

Kuinka käsitellä lukemia?

1. Lähetämme 10 μs: n pulssin TRIG-tuloon;

2. Moduulin sisällä pulssi muunnetaan 8 pulssipakkaukseksi, joka seuraa toisiaan 40 kHz: n taajuudella ja lähetetään emitterin läpi;

3. Esteestä heijastetut impulssit saapuvat vastaanottimeen ja lähetetään ECHO: lle.

4. ECHO-lähdöstä vastaanotetun pulssin kesto tulisi jakaa 58,2: lla etäisyyden saamiseksi senttimetreinä ja 148: lla, jos haluat muuntaa tuumaa.

Esimerkki:

Mittaa lämpötila

Helpoin tapa mitata lämpötilaa mikro-ohjaimella on käytä termoelementtiä tai termistoria. Termoelementtejä käytetään korkeiden lämpötilojen mittaamiseen, sisä- ja ulkotilojen mittaamiseen - puhutaan vähän jäljempänä, mutta nyt katsotaanpa termoelementtiä.

Jokaisella termoelementtityypillä on oma lähestymistapansa työskennellä mikrokontrollerin kanssa. Esimerkiksi, siellä on K-tyypin termoelementti tai, kuten sitä kutsutaan myös - kromelialumiini, mitattujen lämpötilojen alue -200 - +1400 celsiusastetta ja herkkyys 41 mV / celsiusaste. Ja hänelle on erityinen muunnin, joka perustuu max6675 IC: hen, sillä on tehtävä kompensoida kylmän risteyksen lämpötila ja niin edelleen.

Voit työskennellä tämän moduulin kanssa käyttämällä Arduinon samannimistä kirjastoa. Alla olevassa kuvassa on esimerkki ohjelman koodista tälle tapaukselle.

Sitten seuraava näkyy sarjaporttinäytössä.

Mutta siellä on myös digitaalinen lämpötila-anturi DS12B20, sitä voidaan kutsua klassiseksi, koska sitä on käytetty monien vuosien ajan amatöörihankkeissa ja kauan ennen Arduinon esiintymistä.

Tämä digitaalinen integroitu piiri, sen sisäinen laite, on esitetty alla olevassa kuvassa:

Lautakytkentäkaavio:

Tärkeimmät ominaisuudet ja tiedot DS18B20:

• Virhe on alle 0,5 ° C (lämpötila-alueella -10 ° C - + 85 ° C).

• Kalibrointia ei tarvita

• Mittausalue - -55 С ... + 125С

• VCC, syöttöjännite 3,3 - 5 V.

• tarkkuus enintään 0,0625С, ohjelmiston asettama;

• Resoluutio - 12 bittiä

• Jokaiselle instanssille annetaan yksilöllinen sarjakoodi. Tämä on tarpeen, jotta useita kappaleita voidaan käyttää helposti yhdessä projektissa

• Viestintärajapinta - 1-johdin

• Vyötöntä ei tarvita

• Antureiden enimmäismäärä yhdellä rivillä on 127 kappaletta.

• Väärä tehotila - tässä tapauksessa anturi saa virtansa suoraan tietoliikennelinjalta. Samaan aikaan yli 100 ° C: n lämpötilan mittausta ei voida taata

Alla näet DS18b20-binaarikoodin muuntotaulukon lämpötilaan Celsius-asteina.

Esimerkki ohjelma lämpötila-arvojen lukemiseksi.

Ilmakehän paineanturit

Elektroniset barometrit kootaan ilmakehän paineanturien perusteella. Seuraavia vaihtoehtoja käytettiin laajasti:

• BMP180;

• BMP280;

• BME280.

Jos kaksi aikaisempaa tapausta olivat samanlaisia ​​toistensa kanssa, niin BME280-anturi - Tämä on miniatyyri sääasema. Siihen on rakennettu 3 anturia:

• lämpötila;

• paine;

• Kosteus.

Sen tekniset ominaisuudet:

• Mitat 2,5 x 2,5 x 0,93 mm;

• Metallinen LGA-kotelo, varustettu 8 ulostulolla;

• Syöttöjännite 1,7 - 3,6 V;

• I2C- ja SPI-rajapintojen saatavuus;

• Valmiustilan virrankulutus 0,1 µA.

Nämä esimerkit ovat MEMS-barometrit. MEMS tarkoittaa mikroelektromekaanista. Tämä on mekaaninen mikrorakenne, joka käyttää kapasitiivisia ilmiöitä ja muita periaatteita työssään. Alla näet esimerkin tällaisesta anturista tilanteessa.

Esimerkki kytkentäkaaviosta:

Ja esimerkki ohjelmakoodista:

Ohjelman logiikka on yksinkertainen:

1. Soita aliohjelman (toiminnon) lukemiseen anturista.

2. Pyyntö barometriin integroidun lämpötila-anturin lukemista.

3. Odotamme aikaa lämpötila-anturin arvioimiseksi;

4. Lue lämpötilamittausten tulos;

5. Pyydä painearvoja;

6. Odotamme paineenmittausaikaa;

7. Lue painearvo;

8. Palauta painearvo toiminnosta.

Mielenkiintoinen tosiasia on, että arvojen lukemiseen on neljä vaihtoehtoa, ne määritetään argumenttina startPressure-funktiossa, toinen merkki on välillä 0 - 3, missä 0 on karkea arvio ja 3 on tarkka arvio.

Liiketunnistin

Arduinon yleisin liikeanturi on HC SR501 IR-anturimoduuli. Tämän moduulin piirre on, että siinä on vasteetäisyyden ja lähtösignaalin viiveajan säätö käytön jälkeen.

Moduulin ominaisuudet:

1. Syöttöjännite 4,5 - 20 V.

2. lepotilavirta ≈ 50 μA;

3. Lähtösignaalin jännite (looginen taso): 3,3 V;

4. Käyttölämpötila-alue - -15 ° C - 70 ° C;

5. Mitat: 32 * 24 mm;

6. Näkökenttä - 110 °;

7. Suurin toimintaetäisyys - 3 - 7 m (säädettävä); Yli 30 ° C: n päässä tämä etäisyys voi pienentyä.

Kytkentäkaavio:

Kuinka työskennellä hänen kanssaan pohdimme aikaisemmin julkaistussa artikkelissa: Liiketunnistimien kaaviot, työperiaate ja kytkentäkaaviot

Vedenkorkeuden anturi

Suunniteltu osoittamaan nestetaso.

ominaisuudet:

1. Syöttöjännite 3–5 V

2. Kulutusvirta> 20 mA

3. Analoginen

4. Mittausvyöhykkeen mitat 40x16 mm

5. Sallittu kosteus 10% - 90%

Esimerkki:

Lähtöarvot ovat välillä 0 (kuivassa tilassa) - 685 (voivat tosiasiassa vaihdella, se riippuu veden johtavuudesta). Älä unohda elektrolyysiä. Mittaamalla suolan tai kovan veden määrää se syöpyy.

Vuotoanturi

Moduuli koostuu kahdesta osasta - itse anturista ja vertailukohdasta -, jotka voidaan rakentaa LM393, LM293 tai LM193.

Vertailijan ansiosta analoginen signaali muunnetaan digitaaliseksi.

Kytkentäkaavio:

Board Pinout:

• VCC - teho, on vastattava Apduino-kortin tehoa, useimmissa tapauksissa se on 5 V;

• GND - yleinen johdin;

• AO - analoginen signaali;

• DO on digitaalinen signaali.

Vertailulevyssä on viritysvastus, se asettaa anturin herkkyyden. Se voi toimia signaalina sateesta tai vuotaa jotain, ja kun se yhdistetään tällaiseen nosturiin, se voi toimia suojana putkistovuotoilta asunnossa:

Video näyttää kuinka se toimii:

Kosteusanturi

Yleisesti käytetty automaattisissa kasteluhankkeissa, maaperän kosteuden määrittämiseksi, samoin kuin edellinen, koostuu elektrodeista ja kompressorin levystä.

Se voi toimia sekä analogisessa että digitaalisessa tilassa. Esimerkki kytkentäkaaviosta moottoriin perustuvalla nosturilla varustettua automaattista kastelujärjestelmää varten:

Ja esimerkki ohjelmakoodista kosteusanturin digitaalisen signaalin käsittelemiseksi:

johtopäätös

Tutkimme suosittuja antureita, mutta on myös monia muita. Nämä ovat erilaisia ​​värähtelyantureita, gyroskooppeja, kiihtyvyysmittareita, säteilyantureita ja paljon muuta.

Artikkelin tarkoituksena oli kerätä yhdestä paikasta erilaisia ​​elementtejä, jotka voivat olla hyödyllisiä aloittelijoille suunnatulle elektroniikkainsinöörille heidän projektiensa toteuttamisessa. Jos olet kiinnostunut tietystä anturista - kirjoita kommentteihin ja harkitsemme sitä yksityiskohtaisemmin.

Palvelun mukavuuden vuoksi olemme laatineet sinulle taulukon arvioiduista kustannuksista ja luettelon Arduinolle suosituista antureista siinä järjestyksessä, jossa niitä tarkasteltiin artikkelissa:Anturit Arduinolle

Hinnat otetaan Venäjän tai Ukrainan verkkokaupoista. Kiinassa ne maksavat vähintään kaksi kertaa halvemmalla.