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:

Климатический кризис меняет питание детей и влияет на их здоровье 09.10.2026

Когда говорят о влиянии климатических изменений на здоровье человека, чаще всего вспоминают экстремальную жару, наводнения, засухи или лесные пожары. Однако последствия глобального потепления могут проявляться гораздо менее заметно. Один из таких механизмов связан с продовольствием: изменения климата способны влиять на урожайность, стоимость продуктов и их доступность, а через это - на качество питания детей. Особое значение эта проблема приобретает в первые годы жизни. Дети в возрасте до пяти лет особенно чувствительны к недостатку необходимых питательных веществ, поскольку именно в этот период питание и окружающая среда тесно связаны с ростом организма, развитием и формированием иммунной системы. Если полноценная пища становится менее доступной, последствия могут проявляться не сразу, но отражаться на здоровье ребенка в дальнейшем. Бразильские исследователи попытались определить, где подобные проблемы могут пересекаться с климатическими факторами. Для этого специалисты разработ ...>>

Мини-ПК GMKtec Evo-X5 Pro 09.10.2026

Компания GMKtec представила Evo-X5 Pro, оснащенный топовым процессором AMD Ryzen AI Max+ Pro 495 из семейства Gorgon Halo и впечатляющим объемом оперативной памяти - 192 ГБ LPDDR5X-8533. Главная особенность компьютера - используемый процессор. Ryzen AI Max+ Pro 495 является самой мощной моделью в линейке Ryzen AI Max+ 400, известной под кодовым названием Gorgon Halo. В отличие от серии Ryzen AI 400, или Gorgon Point, где применяется комбинация крупных ядер Zen 5 и компактных Zen 5c, Gorgon Halo полностью отказался от Zen 5c. Все 16 ядер Ryzen AI Max+ Pro 495 относятся к архитектуре Zen 5, благодаря чему процессор способен одновременно обрабатывать до 32 потоков. По своим характеристикам чип предлагает базовую частоту 3,1 ГГц и способен разгоняться до 5,2 ГГц в режиме Boost. Объем кеш-памяти третьего уровня составляет 64 МБ. Фактически Ryzen AI Max+ Pro 495 можно рассматривать как мобильный аналог Ryzen 9 9950X, но с существенно меньшим энергопотреблением. Именно сочетание высокой ...>>

Плоская Вселенная не обязательно бесконечна 08.10.2026

Как устроено пространство Вселенной - один из фундаментальных вопросов современной космологии. На первый взгляд может показаться, что если пространство не имеет заметной кривизны, то оно должно простираться бесконечно во всех направлениях. Однако геометрия и топология пространства - не одно и то же, поэтому плоская Вселенная вовсе не обязана быть бесконечной. Новые результаты американских ученых позволяют увереннее говорить о геометрии космоса, но одновременно показывают, почему вопрос о его истинных размерах остается открытым. Ключом к определению геометрии Вселенной стал космический микроволновый фон (CMB) - излучение, сохранившееся с ранних этапов ее развития. Оно представляет собой своеобразный космический снимок очень молодой Вселенной, а распределение температуры в этом излучении содержит информацию о свойствах пространства, через которое свет распространялся на протяжении миллиардов лет. Анализируя характерные особенности CMB, исследователи могут проверять, соответствует ли н ...>>

Случайная новость из Архива Новая технология слежения за малыми судами 09.06.2014 Создатель системы определения местоположения судов (AIS) компания exactEarth объявила о создании совместно с производителем оборудования SRT Marine Technology (SRT) новой системы мониторинга местоположения малых судов ABSEA и запуске сервиса exactAIS Trax. Во многом революционный новый продукт поможет решить проблему слежения за миллионами небольших судов на просторах мирового океана. "Огромное количество небольших лодок в настоящее время большую часть времени проводят вне поля зрения береговых служб, - рассказывает вице-президент exactEarth Грэхэм Стиклер (Graham Stickler). - С помощью новых устройств ABSEA AIS и сервиса exactAIS Trax можно обеспечить высокую точность определения местоположения судов. Мы считаем, что новая система управления движением судов обеспечит более высокий уровень безопасности для всех участников морского движения". В основе новой системы лежит технология ABSEA, которая впервые использует для спутникового мониторинга маломощные приемопередатчики. Небольшие передатчики AIS не требуют мощных источников питания, проводных соединений и каких-либо других модификаций судна. Приемопередатчик питается от батареи и может работать с существующей спутниковой группировкой AIS. Новшеством является сервис exactAIS Trax, который обеспечивает возможность глобального мониторинга любых кораблей вне зависимости от их водоизмещения и расстояния от береговых приемников AIS. Помимо обеспечения безопасности мореплавания, новая система exactEarth предоставит беспрецедентную по масштабам карту глобальной морской транспортной системы, обновляемую в режиме реального времени. Кроме того, новое поколение AIS может хранить историю перемещений каждого судна, что облегчает анализ собираемых данных. Эта информация может пригодиться аналитическим геоинформационных системам, используемым для научных исследований, логистики, в борьбе с преступностью или в военном деле.

Другие интересные новости:

▪ Токсичные вещества из загрязненного воздуха проникают в мозг

▪ О скалы грозные дробятся с ревом волны

▪ Seagate представила высокоскоростные накопители Enterprise Turbo SSHD

▪ Умные контактные линзы

▪ Комбинированная винтовка-удочка

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Хотели как лучше, а вышло как всегда. Крылатое выражение

▪ статья Какой фильм подвергся атаке воспетых им героев? Подробный ответ

▪ статья Таксировщик. Должностная инструкция

▪ статья GSM сигнализация своими руками. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Монета, проходящая сквозь ногу. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026