Arduino. Подключение простейших датчиков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

Комментарии к статье

Рассмотренный в предыдущей части обзора встроенный АЦП микроконтроллера позволяет легко подключать к плате Arduino различные аналоговые датчики, которые преобразуют измеряемые физические параметры в электрическое напряжение.

Примером простейшего аналогового датчика может служить переменный резистор, подключенный к плате, как показано на рис. 1. Он может быть любого типа, например СП3-33-32 (рис. 2). Номинал резистора на схеме указан ориентировочно и может быть как меньше, так и больше. Однако следует помнить, что чем меньше сопротивление переменного резистора, тем больший ток он потребляет от источника питания микроконтроллера. А при сопротивлении источника сигнала (в данном случае переменного резистора) более 10 кОм АЦП микроконтроллера работает с большими ошибками. Учтите, что сопротивление переменного резистора как источника сигнала зависит от положения его движка. Оно равно нулю в его крайних положениях и максимально (равно четверти номинального сопротивления) в среднем положении.

Рис. 1. Схема подключения переменного резистора к плате

Рис. 2. СП3-33-32

Удобно использовать переменный резистор, когда требуется изменять параметр плавно, а не ступенями (дискретно). В качестве примера рассмотрим работу приведенной в табл. 1 программы, которая изменяет яркость свечения светодиода в зависимости от положения движка переменного резистора. Строка U = U/4 необходима в программе для того, чтобы преобразовать возвращаемое АЦП десятиразрядное двоичное число в восьмиразрядное, принимаемое в качестве второго операнда функцией analogWrite(). В рассматриваемом случае это делается делением исходного числа на четыре, что эквивалентно отбрасыванию двух младших двоичных разрядов.

Таблица 1

Переменный резистор соответствующей конструкции может служить датчиком угла поворота или линейного перемещения. Аналогично ему можно подключать многие радиоэлементы: фоторезисторы, терморезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Одним словом, приборы, электрическое сопротивление которых зависит от тех или иных факторов окружающей среды.

На рис. 3 изображена схема подключения к Arduino фоторезистора. При изменении освещенности меняется его электрическое сопротивление и соответственно напряжение на аналоговом входе платы Arduino. Указанный на схеме фоторезистор ФСК-1 можно заменить любым другим, например СФ2-1.

Рис. 3. Схема подключения к Arduino фоторезистора

В табл. 2 приведена программа, превращающая плату Arduino с подключенным к ней фоторезистором в простейший измеритель освещенности. Работая, она периодически измеряет падение напряжения на резисторе, включенном последовательно с фоторезистором, и передает результат в условных единицах через последовательный порт на компьютер. На экране отладочного терминала Arduino они будут отображены, как показано на рис. 4. Как видим, в определенный момент измеренное напряжение резко уменьшилось. Это произошло, когда ярко освещенный фотодиод был затенен непрозрачным экраном.

Таблица 2

Рис. 4. Изображение на экране отладочного терминала Arduino

Чтобы получать значения освещенности в люксах (стандартных единицах системы СИ), нужно умножать полученные результаты на поправочный коэффициент, но подобрать его придется экспериментально, причем индивидуально для каждого фоторезистора. Для этого потребуется образцовый люксметр.

Фототранзистор [1] или фотодиод (рис. 5) подключают к Arduino подобным образом. Используя несколько светочувствительных приборов, можно сконструировать простейшую систему зрения для робота [2]. Можно и на новом техническом уровне реализовать многие известные широкому кругу радиолюбителей классические конструкции - кибернетическую модель ночной бабочки [3, c. 134-151] или модель танка, который движется на свет [4, c. 331, 332].

Рис. 5. Схема подключения фотодиода к Arduino

Аналогично фоторезистору подключают к Arduino терморезистор (рис. 6), который меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Вместо указанного на схеме терморезистора ММТ-4, основное достоинство которого - герметичный корпус, можно использовать практически любой другой, например, ММТ-1 или импортный.

Рис. 6. Схема подключения терморезистора к Arduino

После соответствующей калибровки [5, с. 231-255] подобный прибор можно применять для измерения температуры во всевозможных домашних метеостанциях, термостатах и тому подобных конструкциях [6].

Известно, что почти все светодиоды могут служить не только источниками света, но и его приемниками - фотодиодами. Дело в том, что кристалл светодиода находится в прозрачном корпусе и поэтому его p-n переход доступен для света от внешних источников. К тому же корпус светодиода, как правило, имеет форму линзы, которая фокусирует внешнее излучение на этом переходе. Под его влиянием изменяется, например, обратное сопротивление p-n перехода.

Подключив светодиод к плате Arduino по схеме, изображенной на рис. 7, можно использовать один и тот же светодиод и по прямому назначению, и как фотодатчик [7]. Программа, иллюстрирующая такой режим, приведена в табл. 3. Ее идея состоит в том, что сначала на p-n переход светодиода подают обратное напряжение, заряжая его емкость. Затем катод светодиода изолируют, конфигурируя как вход вывод Arduino, к которому он подключен. После этого программа измеряет зависящую от внешней освещенности продолжительность разрядки емкости p-n перехода светодиода его собственным обратным током до уровня логического нуля.

Рис. 7. Схема подключения светодиода к плате Arduino

Таблица 3

В приведенной программе переменная t описана как unsigned int - целое число без знака. Переменная такого типа, в отличие от обычной int, принимающей значения от -32768 до +32767, не использует свой старший двоичный разряд для хранения знака и может принимать значения от 0 до 65535.

Подсчет времени разрядки программа выполняет в цикле while(digitalRead (K)!=0)t++. Этот цикл выполняется, всякий раз увеличивая значение t на единицу, пока истинно заключенное в скобки условие, т. е. пока напряжение на катоде светодиода не опустилось до низкого логического уровня.

Иногда требуется, чтобы робот не просто получал информацию об освещенности поверхности, по которой движется, но и мог определить ее цвет. Реализуют датчик цвета подстилающей поверхности, освещая ее поочередно светодиодами разного цвета свечения и сравнивая с помощью фотодиода уровни отраженных от нее при разном освещении сигналов [8]. Схема соединения элементов датчика цвета с платой Arduino показана на рис. 8, а обслуживающая его программа - в табл. 4.

Рис. 8. Схема соединения элементов датчика цвета с платой Arduino

Таблица 4

Процедура измерения принимаемых фотодиодом при разном освещении поверхности сигналов повторяется многократно, а получаемые результаты накапливаются, чтобы исключить случайные ошибки. Затем программа выбирает наибольшее из накопленных значений. Это позволяет грубо судить о цвете поверхности. Для более точного определения цвета необходимо усложнить обработку результатов, учитывая не только наибольший из них, но и его соотношение с меньшими. Необходим также учет реальной яркости светодиодов разного цвета свечения, а также спектральной характеристики примененного фотодиода.

Пример конструкции датчика цвета из четырех светодиодов и фотодиода показан на рис. 9. Оптические оси светодиодов и фотодиода должны сходиться в одной точке на исследуемой поверхности, а сами приборы расположены максимально близко к ней, чтобы свести к минимуму влияние посторонней засветки.

Рис. 9. Пример конструкции датчика цвета из четырех светодиодов и фотодиода

Собранный датчик требует тщательной индивидуальной калибровки на поверхностях разного цвета. Она сводится к подборке коэффициентов, на которые следует умножать перед сравнением результаты измерения, полученные при разном освещении. Оснащенный таким датчиком робот можно научить выполнять интересные алгоритмы движения. Например, он сможет передвигаться по рабочему полю одного цвета, не нарушая границ "запретных" зон, выкрашенных в другой цвет.

Рассмотренные в статье программы можно найти с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip.

Литература

1. Холостов К. Огород на подоконнике. - Левша, 2014, № 11, с. 12-14.
2. Холостов К. Не удивляйтесь: робот - это просто. - Левша, 2012, № 11, с. 12-14.
3. Отряшенков Ю. М. Юный кибернетик. - М.: Детская литература, 1978.
4. Борисов В. Г. Юный радиолюбитель. - М.: Радио и связь, 1992.
5. Ревич Ю. Занимательная электроника. - СПБ.: БХВ-Петербург, 2007.
6. Холостов К. Регулируем температуру. - Левша, 2013, № 8, с. 12-14; № 9, с. 12-14.
7. Практическое программирование Arduino/CraftDuino - Сенсор на светодиоде. - URL: robocraft.ru/blog/arduino/70.html.
8. Самодельный датчик цвета. - URL: robocraft.ru/blog/sensor/395.html.

Автор: Д. Лекомцев

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Нейрокомпьютерный интерфейс имплантирован человеку 30.07.2022 Нейрокомпьютерный интерфейс стал в Соединенных Штатах реальностью (хотя пока и ограниченной). В Synchron сообщают, что она стала первой в стране компанией, которой удалось имплантировать нейрокомпьютерный интерфейс человеку. Врачи из нью-йоркского медицинского центра Mount Sinai West имплантировали устройство производства компании Stentrode в моторную кору пациента, согласившегося принять участие в организованном компанией Synchron эксперименте COMMAND. Его цель заключается в оценке полезности и безопасности нейрокомпьютерных интерфейсов для обеспечения людям, страдающим на сильный паралич, возможности управления устройством без использования рук. В идеале технология Stentrode должна дать таким людям возможности самостоятельно отправлять электронные письма, текстовые сообщения и выполнять другие задачи в цифровой среде, которые воспринимаются здоровыми людьми как должное. Хирурги установили имплант путем эндоваскулярной процедуры, позволяющей избежать серьезной операции на открытом мозге, введя его через яремную вену. Операция прошла "чрезвычайно хорошо", и, как сообщают Synchron, уже через 48 часов пациент смог вернуться домой. Эксперимент, продолжающийся в Австралии, также проходит хорошо: четыре пациента, которым год назад были установлены импланты, чувствуют себя нормально. Понятно, что к тому моменту, когда врачи смогут предлагать установку нейрокомпьютерных интерфейсов от Synchron всем нуждающимся пациентам пройдет еще много времени. В июле 2021 года компания получила от Управления по продовольствию и медикаментам США (FDA) разрешение на проведение операции по имплантации интерфейса людям в рамках экспериментальной программы COMMAND, которая действует и на момент написания этой новости. Процедура, проведенная в США, стала значительным шагом вперед. Она позволит людям, страдающим параличом, вернуть возможность самостоятельного контроля за своей жизнью. Она также свидетельствует о победе компании Synchron в конкурентной борьбе - Илон Маск, к примеру, до сих пор не получил от FDA разрешения на использование имплантов, разработанных его компанией.

Другие интересные новости:

▪ Определена масса света

▪ Новые сплавы для автомобилей

▪ Создана упругая форма углерода

▪ Защищенный накопитель ADATA SH14

▪ Измерено магнитное поле черной дыры в центре Галактики

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Начинающему радиолюбителю. Подборка статей

▪ статья Мартышкин труд. Крылатое выражение

▪ статья Что такое двадцать пятый кадр? Подробный ответ

▪ статья Агатосма березовая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Зарядка аккумуляторов асимметричным током. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сенсорный манипулятор электронного ключа. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026