Электрондук сенсорлорду түшүнүү: 8 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Жалпы өндүрүштүк жана тиричилик сенсорлорунун иштешин түшүндүрүүгө арналган бул "Нускамалуу" сизге практикалык көнүгүүлөрдү жана эксперименттерди колдонуу менен реалдуу дүйнөдө сатыкта турган сенсорлорду колдонууну үйрөтөт.

Бул сабак кыскача төмөнкүлөрдү сезе турган схемаларды камтыйт:

• Температуранын өзгөрүшү
• Тийип коюу (Теринин сыйымдуулугу)
• Тийилген (которгучтар жана баскычтар)
• Жарыктагы өзгөрүүлөр
• Үн өзгөрүүлөр
• Ылдамдануудагы өзгөрүүлөр (Кыймыл жана тартылуу күчү)

Ошондой эле жабдыктар жана программалык камсыздоо, элементтерди кайдан сатып алуу / жүктөө, сандык чыгуунун схемаларын кантип орнотуу, сандык чыгарманы кантип окуу жана ар бир сенсордун иштеши боюнча маалымат камтылган.

Кел, баштайлы!

1 -кадам: Кылдат текшерилген - Айлана -чөйрөнү сатып алуу жана жүктөө

Сиз Instructable боюнча бул сабактын деталдары Мехатроникага (робототехника жана өндүрүш) болгон кызыгуусунан улам жергиликтүү университетке келген өспүрүмдөр тарабынан кылдат текшерилгенин көрөсүз

Oreo кукилери пайдалуу, бирок талап кылынбайт

Адафрут эли бүгүн биз колдоно турган "Circuit Playground - Classic" деп аталган тактаны чыгарышты жана алар аппаратты колдонуунун көптөгөн жолдорун кылдат текшеришти. Булардын айрымдарын бул жердеги "Үйрөнүү" барагынан көрө аласыз, алар болжол менен бул Нускамалуу лабораториялык экспериментти жана суб-кадамдарды көзөмөлдөйт-бул Adafruit "Үйрөнүү" барагынын уруксаты менен, https://learn.adafruit.com/circuit-playground -жана bluetooth-аз энергия

Сизге керектүү бөлүктөр жөнөкөй, арзан жана ар кандай курактагы топтордун эксперименттери үчүн колдонууга оңой, ал тургай Орто мектепте (12 жашта, балким?)

1. Биринчиден, бул жерден бир же бир нече түзмөктү сатып алыңыз: https://www.adafruit.com/product/3000, ошондой эле USB үчүн Micro-B USB адаптери, бул жерде сиздин компьютериңизге туташуу үчүн https://www.adafruit.com/ продукт/898. Жеткирүү менен жалпы наркы 40 доллардан төмөн, бирок сиз аны арзаныраак таба аласыз.
2. Сиз арзан Circuit Playground жана USB кабелин сатып алып, алгандан кийин, аны Arduino тибиндеги түзмөктөр үчүн Интегралдык Өнүгүү чөйрөсү (IDE) бар Персоналдык Компьютерге (ПК) туташтырышыңыз керек болот.
3. Бул мисалда биз IDE arduino-1.8.4-терезелерди колдонуп жатабыз, бирок башкалар дагы иштешет. Бардык драйверлерди орнотууну унутпаңыз (бул учурда adafruit_drivers_2.0.0.0
4. IDEди орноткондон кийин, "Arduino" деп аталган IDEди ача аласыз.
5. Файл-> Тандалмалар астына төмөнкү "Кошумча Башкаруучу URLин" киргизиңиз https://adafruit.github.io/arduino-board-index/pac…, анан OK деп айткандан кийин IDEди жаап кайра ачыңыз.
6. Эми Circuit Playground түзмөгүн Micro USB менен туташтырыңыз. Жарыктардын асан -үсөн ырааттуулугун көрсөтүү менен, ал "Circuit Playground Firmata" программасын иштетип, иштетип жатканын көрүңүз. Сиз батареянын уячасынын жанындагы которгучтун тескерисинче экенин жана баскычтардын бири ар бир түс үчүн нота ойной турганын текшере аласыз.
7. Сиз Circuit Playground китепканасын алышыңыз керек, андан кийин Circuit PLayground китепканасын Документтерге -> Arduino -> китепканалар папкасынан "Adafruit_CircuitPlayground -master" ачышыңыз керек. Бузулган соң, папканын аталышынан "-мастер" суффиксин алып салыңыз. IDEди токтотуп, өчүрүп күйгүзүңүз жана Аспаптар алдындагы Circuit Playground Board түрүн жүктөңүз -> Такта -> Такта менеджери, андан кийин "Contributed" түрүн жана "Adafruit AVR" ачкыч сөздөрүн издеңиз. Бул сизге "Adafruit AVR Boards" (акыркы версия) орнотууга мүмкүндүк берет, андан кийин IDEди токтотуп, кайра башташыңыз керек.
8. Эми сиз Circuit Playgroundду демо программасы менен сынап көрүүгө даярсыз. USB аркылуу туташкан Circuit Playgroundга туташыңыз. Куралдар -> Тактага өтүңүз жана Circuit Playground'ду тандаганыңызды текшериңиз. Куралдар -> Порттарга өтүңүз жана тийиштүү COM портун (USB Blaster менен туташкан) тандап алыңыз. Демо программаны төмөндөгүдөй жүктөп алыңыз: Тандоо: Файлдар -> Мисалдар -> Adafruit Circuit PLayground -> демо, анан компиляциялоо жана жүктөө (баарын жасоо үчүн "оңго багытталган жебе" баскычын колдонсо болот)
9. Төмөнкү кадамдарды аткаруу менен демо программаны сынап көрүңүз: Circuit Playground асан -үсөн ырааттуулугу менен жаркырап турганын караңыз. Жылдыргычты күйгүзүңүз жана ал ноталардын ойнотулушуна алып келерин көрүңүз (аны өчүрүп коюңуз, антпесе ал айланаңыздагы адамдардын баарын кыжырдантат). Кызыл жүктөөчү LED убакыт ылдамдыгын өчүрүп турганын көрүңүз.
10. Эми сиз Circuit Playground менен текст интерфейси аркылуу баарлаша аласыз. IDEдеги "Сериялык монитор" баскычын чыкылдатыңыз. Бул демо программасынын терезесинин жогорку оң жагындагы лупага окшош. Сиз жакшыраак көрүү үчүн авто жылдырууну өчүргүңүз келиши мүмкүн.

Сиз экспериментке жана ар кандай сенсорлорго туташууга даярсыз!

2 -кадам: Температураны сезүү

Сериялык монитордун текстиндеги "температура" маанисин карап көрүңүз. Ал 30 -жылдары бир жерде бөлмө температурасынын маанисине ээ болот. Мен Цельсий боюнча 39.43 градусту өлчөдүм.

Температураны өлчөө үчүн колдонулган термистор сүрөттө көрсөтүлгөн. Бул A0 сенсору жана жанында термометрдин графикасы бар.

Бармагыңызды акырындык менен температура сенсорунун үстүнө коюп, эң жогорку температурага жетүү үчүн канча секунд кетерин жазыңыз. Муну жазыңыз, ошондой эле төмөнкүлөр:

Бармактын максималдуу температурасына жетүү үчүн _ секунд талап кылынган.

Акыры жеткен эң жогорку температурасы кандай? _ C.

Фаренгейтте бул баалуулук кандай? _ F. КЕҢЕШ: F = (C * 1.8) + 32

Бул кадимки дене температурасынан жылуубу же салкынбы? _

Бул термометрди кимдир бирөөнүн бармагы менен колдонуу, алар ооруп жаткандыгын аныктоо үчүн ысытманын жакшы көрсөткүчү болобу?

Неге? _

Thermistor - бул каршылыкты температурага жараша өзгөртө турган өзгөчө бир түрү. Бул кадамдагы сүрөттөрдүн бири типтүү Thermistor схемасын көрсөтөт. ·

Көрсөтүлгөн схемада Вольт эсептегичтин көрсөткүчү кандай болмок? _ КЕҢЕШ: Чыңалуу бөлүштүрүүчү эрежени колдонуңуз Vout = (5V * R1 Ohms) / (R1 Ohms + Thermistor Ohms)

Эгерде термистордун "С даражасына 1,5% каршылыктын өзгөрүшү" деген рейтинги бар болсо - температура 30 градуска чейин көтөрүлсө, термистордун каршылыгы кандай болот? _ КЕҢЕШ: бул 5 градуска өзгөрүү болгондуктан жана ар бир даража каршылыкты 1,5%га өзгөртөт, биз Thermistor Ohms = (5 * 0.015) + 10, 000 Ohms алабыз

32 градуста Вольт эсептегичте кандай көрсөткүч болмок? _ КЕҢЕШ: Азыр өзгөрүү 7 градус.

Температура сенсорлору өндүрүш түрлөрүндө кайда колдонулушу мүмкүн?

3 -кадам: Capacitive Touch Sensor

Сүрөттө туташтырууну аныктоо үчүн коннекторлордун (же "подкладкалардын") кайсынысы колдонулушу мүмкүн экени көрсөтүлгөн. Алар сыйымдуу сенсорлор деп аталат, анткени алар адамдын денесин конденсатор деп аталган электрондук компонент катары колдонушат.

Коопсуздук үчүн, биз каалаган электр тогунун өтө төмөн болушун каалайбыз. Ушул себептен улам, подкладкалардын бардык тышкы туташуулары 1 Мега Омдук резистор аркылуу жалпы аянтка өтөт (чиптин #30 пини), ошондуктан эки подкладканын ортосундагы жалпы каршылык 2 Мега Ом.

• Эгерде кандайдыр бир эки төшөктүн чыңалуусу 5 Вольт, каршылыгы 2 Мега Ом болсо, эгерде алар кыска туташып калган болсо, анда эки электроддун ортосунда кандай ток өтөт? _ (Аларды кыска туташтырбаңыз)
• "Capsense" - бул текст интерфейси аркылуу көрсөтүлүүчү сандар. Кайсы учурда сандар чоңураак болот, сенсорлор тийип жатканда же тийбей жатканда? _
• Сенсорлор тийбей турганда сандардын айрым мисалдарын жазыңыз: _
• Сенсорлор тийип жатканда сандардын айрым мисалдарын жазыңыз: _
• Бир эле учурда бир нече сенсорго тийгенде кандай айырмачылыкты байкайсыз? _
• Эгер металлдык нерсени кармап, сенсорго тийсеңиз эмне болот? _
• Эгерде сиз металл эмес нерсени кармасаңыз жана сенсорго тийсеңиз эмне болот? _
• Сыйымдуу сенсорлордун кыймылдуу бөлүктөрү болбогондуктан, алар термелүүлөргө өтө туруктуу. Ошондой эле, алар суу өткөрбөөчү коргоочу каптоо менен жабылышы мүмкүн. Эмне үчүн бул эки аспект өндүрүш чөйрөсүндө пайдалуу болушу мүмкүн? _

4 -кадам: Салттуу баскычтар жана слайдерлер

Баскычтар жана өчүргүчтөр ушунчалык жөнөкөй жана "күнүмдүк" көрүнөт, ошондуктан биз аларды сенсор катары колдонууга келгенде аларды кадимкидей кабыл алабыз. Клавиатура сонун мисал. Качан биз тез терүүнү кааласак, "жалган" баскычтар аз, жана узак жылдар бою колдонулган - механикалык которгучтар (клавиатурадагы ар бир баскычтын астында) - эң туура жол.

Бүгүн биз колдонуп жаткан схемада үч баскычтуу "үзүлмө" өчүргүчтөр бар. Бул баскычты кое бергенде, алар баштапкы абалына кайтат (жазгы механизмдин жардамы менен). Райондо ошондой эле эки позиция слайд которгучка арналган сенсор бар. Аны жылдыруу үчүн бир аз күч -аракет талап кылынышы мүмкүн, бирок муну жасоо үчүн тактайды сындырбаңыз - ылдый басканыңызга караганда, капталга катуу жылыңыз. Бул типтеги сенсор абдан туруктуу. Туруктуу дегени, сиз аны тигил же бул жерге жылдырсаңыз, алыстап кете аласыз жана көп убакыттан кийин кайра келесиз жана ал дирилдеп турган бетинде болсо дагы, ошол эле абалда болот деп күтө аласыз., жана башкалар.

Өндүрүштө, ал тургай үйүңүздө мындай слайд которууну кайдан көрдүңүз?

_

Тексттин чыгышын караңыз жана сенсордун маалыматын табыңыз. Бул учурда, сенсор бир санды эмес, башка нерсени чыгарышы мүмкүн.

"Слайд" которгуч анын ордун көрсөтүшү керек. "Слайд" сенсору эки позицияда кандай мааниге ээ?

_

Дагы бир нерсе эки слайддын биринде болот. Ал не?

_

P. S. Башкаларга сылыктык катары, бул бөлүмдү бүтүргөнүңүздө, которууну "анча кызыктырбаган" позицияга жылдырыңыз.

5 -кадам: Жарык сенсорлору

Температура сенсоруна окшоп, "Circuit Playground" тактасындагы Жарык сенсорунун схемасы чыңалуу бөлүштүргүч схемасын колдонот - бул жерде аппаратты айдап бараткан 5 вольт сенсор жана туруктуу баалуулук каршылыгы менен эки бөлүккө бөлүнөт. "Термистордун" ордуна жарык сенсору "фото-транзисторду" колдонот, ал каршылыктын тийгизген жарыгына жараша өзгөрөт. Сиз "А5" фото-транзисторун тактадагы көздүн графигинин жанында көрө аласыз.

Эгерде жарык сенсору бөлмөнүн шыпына карай багытталса (жарыкка карай) "Жарык сенсорунун" мааниси жүздө болушу керек.

"Көз" бөлмөнүн шыпына каратылганда "Жарык сенсорунун" кандай маанисин байкайсыз?

_

Эгерде сиз "көздү" полго каратып көрсөңүз, кандай санды байкайсыз? _

Шып менен полдун ортосунда "көздү" ар кандай бурчта көрсөтсөңүзчү? - Байкаганыңызды сүрөттөңүз, анын ичинде сиз байкаган сандардын мааниси жана бул сандарды алуу үчүн эмне кылдыңыз. _

Сенсорду жабык (бирок тийбей турган) кара кездемеге көрсөтсөңүз кандай болот - кандай санды байкайсыз? _

Аны манжаңыз менен жаап коюу ("көздүн" жанындагы сенсор) санын төмөн түшүрүү керек. Туурабы? _

Көңүл буруңуз, манжаңыз жарым тунук, ошондуктан жаркыраган LEDдин жаркыраган жарыктары манжаңыз аркылуу жаркырап турат. Төмөнкү санды алуу үчүн сенсорду жаап -жашыруу үчүн дагы эмнени колдонсо болот? _

Жарык сенсорлору бир аз татаал болушу мүмкүн - ар дайым сиз күткөн так көрсөткүчтү бере бербейт жана чагылтууга, тунуктукка, жарыктын бурчуна жана жарыктын жарыгына жараша болот. Өндүрүш көрүнүш системалары бул өзгөрмөлөрдү тыкыр көзөмөлдөө менен бул чектөөлөрдөн өтүүгө умтулат. Мисалы, штрих-код сканери бөлмө жарыктыгынын таасирин азайтуу үчүн ачык түстүү бир түстүү лазер тилкесин колдонушу мүмкүн. Башка мисалда, сүт кутучасынын конвейери "гараждын эшиги" стилиндеги жарык сенсорун колдонот, сүт коробкаларын саноо жолу менен алардын ортосунда канча жолу жарык өтөрүн эсептөө.

Өндүрүштөн, үйдөн же бизнестен башка мисал келтиргиле, бул жарыктын өзгөргүчтөрүнүн айрымдары жакшыраак жарык сенсорунун натыйжасын алуу үчүн башкарылат (бул жерде мен айткан мисалдардан тышкары):

6 -кадам: Үн сенсору

"Райондук оюн аянтчасындагы" үн сенсору чындыгында өтө татаал Микроэлектромеханикалык система (MEMS), ал аудио деңгээлин аныктоо үчүн гана колдонулбастан, жыштыктын негизги анализин да аткара алат. Сиз музыкалык студияда же музыкалык ойноткучтун колдонмосунда спектр анализаторунун дисплейин көргөн болушуңуз мүмкүн - ал сол жагында төмөн ноталары бар тилке графасына окшош жана оң жагында жогорку ноталары бар (графикалык эквалайзердин дисплейиндей эле).

Тексттин окуусун чагылдырган маани чындыгында чийки аудио толкун формасы. Аудионун жалпы күчүн (үн басымынын деңгээлин) табуу үчүн убакыттын өтүшү менен баалуулуктарды кошууга туура келет.

Ошентсе да, бул MEMS түзмөгү үндөр бар болгондо же үндөрдүн белгилүү бир ырааттуулугу угулганда роботтун же башка түзүлүштүн аракеттерин козгоо үчүн колдонулушу мүмкүн. Мындан тышкары, MEMS өтө кичинекей (бул темир кутунун кичинекей тешигинин астындагы, тактадагы "кулак" графикасынын жанында турган аппарат) жана кубаты аз. Бул айкалыш MEMS түзмөктөрүн акустикалык, биомедициналык, микро суюктукту аныктоо, микрохирургиялык шаймандар, газ жана химиялык агым сенсорлору жана башкалар үчүн абдан пайдалуу кылат.

Чыгуу аудио толкун формасы болгондуктан (жана кубаттуулук деңгээли эмес), нерселер тынч болгондо, маанилердин диапазонун азыраак көрөсүз (~ 330 - бул таптакыр унчукпаган бөлмөнүн ортосу) жана катуу үндөр үчүн кеңирээк бурулуштар (0дөн 800гө чейин)).

Бөлмөнүн фонунда гана ызы -чуу болгондо "Үн сенсорунун" маанилерин жазыңыз. Сиз кандай бааны байкайсыз? _Ден _ га чейин

Сен кадимки үн менен сүйлөсөң - сенсордон болжол менен 2 фут алыстыкта кандай баалуулукту байкайсың? _Ден _ га чейин

Сиз сүйлөө же манжаларыңызды кайталап кагуу (же кол чабуу) аркылуу баалуулуктардын жогорку диапазонун аласызбы?

Ооба же жок: _ Кол чабуу/чабуу үчүн каар _ден _ га чейин барат

Эмне үчүн мындай деп ойлойсуз? _

Башка ызы -чууну байкап көрүңүз жана жазыңыз - бирок доскага тийбеңиз: _

P. S. MEMS эки багытта иштейт жана микро механикалык бөлүктөрдү жылдыруу үчүн электр энергиясын колдонууга болот. "Аудио пикселдер" аттуу компания бул түзмөктөрдү топтоштуруунун үстүндө иштеп жатат, ал үндү каалаган жакка багыттоочу эң сонун жалпак кичинекей спикерди жасоодо.

7 -кадам: Акселерометрлер

Акселерометр дагы MEMSтин бир түрү жана бул түзүлүштөрдүн бири "Circuit Playground" тактасында берилген. LIS3DH чипи, XYZ Graphicтин жанындагы тактайдын борборуна жакын, X, Y жана Z багыттагы ылдамдатуунун вектордук суммасы катары ылдамдыкты каалаган багытта өлчөө мүмкүнчүлүгүн берет.

Тартылуу күчү ылдамдатуу менен сезилген күчкө окшош болгондуктан (Эйнштейндин салыштырмалуулук теориясы), жерде турса дагы, аппарат секундасына 9,8 метр ылдамдыкты өлчөйт (9,8 м/с2).

Бүт күчтү "X" багытына алуу үчүн түзмөктү айландырсаңыз болот.

Түзмөктү бардык ылдамдатуу X багытта болгондой кылып кыйшайтууга аракет кылыңыз (сураныч, нерселерди бурап жатканда кыска USB кабели менен жумшак болуңуз). Кандай баалуулуктарды байкадыңыз? X: _ Y: _ Z: _

Эми түзмөктү эңкейтип, тартылуу күчүнүн дээрлик бардыгын (ылдамдатууну) Y багытында алыңыз. Кандай баалуулуктарды байкадыңыз? X: _ Y: _ Z: _

Акыр -аягы, түзмөктү тартылуу ылдамдыгы X жана Y багыттарынын ортосунда бөлүнгөндөй жайгаштырыңыз жана Z багытында дээрлик 0 (мурунку эки позициянын ортосунда). Кандай баалуулуктарды байкадыңыз? X: _ Y: _ Z: _

Мурунку өлчөөдөн ылдамдануунун X жана Y векторлорун кошуу үчүн Пифагор теоремасын колдонуңуз. Сиз терс белгилерди көрмөксөнгө салсаңыз болот, бул түзмөк ошол тарапка оодарылганын билдирет. Жалпы ылдамдануу деген эмне? _ Эске салсак, жалпы ылдамдануу = √ (X2 + Y2).

КИЙИНКИ ЭКСПЕРИМЕНТТИ ҮЧ ҮЛЧӨМДҮҮ БОЛСОҢУЗ КОЛДОНУҢУЗ! Тартуу ылдамдыгы X, Y жана Z багыттарынын ортосунда бөлүнүшү үчүн түзмөктү кыйшайтыңыз. Кандай баалуулуктарды байкадыңыз?

X: _ Y: _ Z: _ Total Acceleration = _

Көрүнүп тургандай, акселерометрди (тартылуу күчүнүн аркасы менен) эңкейүүнү же тактанын абалын өлчөө үчүн колдонсо болот. Эгерде сиз кармагычы бар робот колун куруп жатсаңыз, акселерометрдин сенсорун кайда койсоңуз болот жана эмне үчүн? _

Жердин борборунун багытын жана кыйшайышынан тышкары акселерометрлер ылдамдыкты табигый түрдө өлчөй алышат. Тактайды акырын артка жана артка жылдырыңыз (нерселерди бурап жатканда кыска USB кабели менен жумшак болуңуз). Кандай баалуулуктарды байкадыңыз?

Багыты жылдырылды: _ X: _ Y: _ Z: _

Багыты жылдырылды: _ X: _ Y: _ Z: _

8 -кадам: Сиз бүттүңүз

Бул кадамдардын бардыгын жана Электрондук сенсорлорду түшүнүүңүз менен куттуктайбыз!

Мага жакшыртылышы керек деп ойлогон нерселериңиз боюнча пикир калтыруу үчүн комментарий калтырыңыз, ошондой эле эгер сиз Circuit Playground Classicтин кошумча сенсорун колдонуп тапкан болсоңуз, мага кабарлаңыз!

Пол Нуссбаум, PhD