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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Arduino. Conectando sensores simples. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador O ADC embutido do microcontrolador, considerado na parte anterior da revisão, facilita a conexão de vários sensores analógicos à placa Arduino, que convertem os parâmetros físicos medidos em tensão elétrica. Um exemplo de sensor analógico simples é um resistor variável conectado à placa, conforme mostra a Figura 1. 3. Pode ser de qualquer tipo, por exemplo, SP33-32-2 (Fig. 10). O valor do resistor no diagrama é indicado aproximadamente e pode ser menor ou maior. No entanto, deve-se lembrar que quanto menor a resistência do resistor variável, mais corrente ele consome da fonte de alimentação do microcontrolador. E quando a resistência da fonte do sinal (neste caso, um resistor variável) é superior a XNUMX kOhm, o ADC do microcontrolador funciona com grandes erros. Observe que a resistência de um resistor variável como fonte de sinal depende da posição de seu controle deslizante. É igual a zero em suas posições extremas e máximo (igual a um quarto da resistência nominal) na posição intermediária.
É conveniente usar um resistor variável quando você deseja alterar o parâmetro suavemente e não em etapas (discretamente). Como exemplo, considere o trabalho dado na Tabela. 1 programa que altera o brilho do LED dependendo da posição do controle deslizante do resistor variável. A string U = U/4 é necessária no programa para converter o número binário de dez bits retornado pelo ADC para um número de oito bits, aceito como segundo operando pela função analogWrite(). No caso em questão, isso é feito dividindo-se o número original por quatro, o que equivale a descartar os dois bits menos significativos. Tabela 1
Um resistor variável de design apropriado pode servir como sensor de ângulo de rotação ou de deslocamento linear. Da mesma forma, muitos elementos de rádio podem ser conectados a ele: fotoresistores, termistores, fotodiodos, fototransistores. Em uma palavra, dispositivos cuja resistência elétrica depende de certos fatores ambientais. Na fig. 3 mostra um diagrama de conexão de um fotoresistor ao Arduino. Quando a iluminação muda, sua resistência elétrica muda e, consequentemente, a tensão na entrada analógica da placa Arduino. O fotoresistor FSK-1 indicado no diagrama pode ser substituído por qualquer outro, por exemplo, SF2-1.
Na tabela. 2 mostra um programa que transforma uma placa Arduino com um fotoresistor conectado a ela em um simples medidor de luz. Durante o trabalho, ele mede periodicamente a queda de tensão no resistor conectado em série com o fotoresistor e transmite o resultado em unidades arbitrárias através da porta serial para o computador. Na tela do terminal de depuração do Arduino, eles serão exibidos conforme mostrado na Fig. 4. Como você pode ver, em um determinado momento a tensão medida caiu drasticamente. Isso aconteceu quando um fotodiodo bem iluminado foi obscurecido por uma tela opaca. Tabela 2
Para obter valores de iluminação em lux (unidades padrão do sistema SI), você precisa multiplicar os resultados obtidos por um fator de correção, mas terá que selecioná-lo experimentalmente e individualmente para cada fotoresistor. Isso exigirá um medidor de luz exemplar. Um fototransistor [1] ou um fotodiodo (Fig. 5) é conectado ao Arduino de maneira semelhante. Usando vários dispositivos fotossensíveis, é possível projetar o sistema de visão mais simples para um robô [2]. Também é possível implementar muitos designs clássicos conhecidos por uma ampla gama de radioamadores em um novo nível técnico - um modelo cibernético de uma borboleta noturna [3, p. 134-151] ou um modelo de tanque se movendo em direção à luz [4, p. 331, 332].
Da mesma forma que o fotorresistor, um termistor é conectado ao Arduino (Fig. 6), que altera sua resistência elétrica em função da temperatura. Em vez do termistor MMT-4 indicado no diagrama, cuja principal vantagem é uma caixa lacrada, você pode usar quase qualquer outro, por exemplo, MMT-1 ou importado.
Após uma calibração adequada [5, p. 231-255] tal dispositivo pode ser usado para medir a temperatura em todos os tipos de estações meteorológicas domésticas, termostatos e estruturas similares [6]. Sabe-se que quase todos os LEDs podem servir não apenas como fontes de luz, mas também como receptores de luz - fotodiodos. O fato é que o cristal do LED está em uma caixa transparente e, portanto, sua junção pn é acessível à luz de fontes externas. Além disso, o invólucro do LED, via de regra, tem o formato de uma lente que focaliza a radiação externa nessa transição. Sob sua influência, por exemplo, a resistência reversa da junção pn muda. Ao conectar o LED à placa Arduino de acordo com o diagrama mostrado na fig. 7, um e o mesmo LED pode ser usado tanto para o fim a que se destina quanto como um fotossensor [7]. O programa que ilustra este modo é mostrado na Tabela. 3. A ideia dela é que, primeiro, uma tensão reversa seja aplicada à junção pn do LED, carregando sua capacitância. O cátodo do LED é então isolado configurando o pino do Arduino ao qual está conectado como uma entrada. Depois disso, o programa mede a duração, dependendo da luz ambiente, de descarregar a capacitância da junção pn do LED por sua própria corrente reversa para um nível lógico zero.
Tabela 3
No programa acima, a variável t é declarada como unsigned int - um inteiro sem sinal. Uma variável desse tipo, ao contrário de um int comum que assume valores de -32768 a +32767, não utiliza seu bit mais significativo para armazenar o sinal e pode assumir valores de 0 a 65535. O programa calcula o tempo de descarga no loop while(digitalRead (K)!=0)t++. Esse loop é executado, incrementando t em um a cada vez, até que a condição entre parênteses seja verdadeira, ou seja, até que a tensão do cátodo do LED diminua. Às vezes é necessário que o robô não apenas receba informações sobre a iluminação da superfície em que se move, mas também seja capaz de determinar sua cor. Um sensor de cor da superfície subjacente é implementado, iluminando-o alternadamente com LEDs de diferentes cores de luminescência e comparando, usando um fotodiodo, os níveis de sinais refletidos por ele sob diferentes iluminações [8]. O diagrama de conexão dos elementos do sensor de cor com a placa Arduino é mostrado na fig. 8, e o programa que o serve - na tabela. 4.
Tabela 4
O procedimento de medição dos sinais recebidos pelo fotodiodo sob diferentes iluminações da superfície é repetido várias vezes e os resultados obtidos são acumulados para eliminar erros aleatórios. O programa então seleciona o maior dos valores acumulados. Isso permite que você julgue aproximadamente a cor da superfície. Para determinar a cor com mais precisão, é necessário complicar o processamento dos resultados, levando em consideração não apenas o maior deles, mas também sua proporção com os menores. Também é necessário levar em consideração o brilho real dos LEDs de diferentes cores de luminescência, bem como as características espectrais do fotodiodo aplicado. Um exemplo de projeto de sensor de cor consistindo de quatro LEDs e um fotodiodo é mostrado na Fig. 9. Os eixos ópticos dos LEDs e do fotodiodo devem convergir em um ponto da superfície em estudo, e os próprios dispositivos devem estar localizados o mais próximo possível dele para minimizar o efeito de iluminação externa.
O sensor montado requer calibração individual cuidadosa em superfícies de cores diferentes. É reduzido a uma seleção de coeficientes pelos quais os resultados de medição obtidos sob diferentes iluminações devem ser multiplicados antes da comparação. Um robô equipado com tal sensor pode ser ensinado a executar algoritmos de movimento interessantes. Por exemplo, ele poderá se mover no campo de trabalho de uma cor sem violar os limites das zonas "proibidas" pintadas em uma cor diferente. Os programas discutidos no artigo podem ser encontrados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip. Literatura
Autor: D. Lekomtsev
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