Датчики для ардуино

Содержание
  1. Виды и варианты Ардуино модулей
  2. Для чего необходим модуль для Ардуино
  3. Технические специфики, свойства и функции
  4. Варианты востребованных Ардуино модулей
  5. Как присоединить
  6. Стоимость

Наиболее распространенные датчики для Arduino

Датчики применяют в различных схема и проектах. Ни одна автоматизация не может обойтись без них.

Нам они интересны, так как для упрощения проектирования и популяризации электроники сделан проект Arduino. Это готовая плата с микроконтроллером и всем важным для работы с ней и программирования. В данной публикации мы будем рассматривать датчики для Ардуино, однако они могут и использоваться с другими микроконтроллерами.

Датчики для ардуино

Какими бывают датчики?
Сенсоры являются глазами, ушами и остальными органами чувств микроконтроллера или иного управляющего устройства.

Их отличают по роду сигнала и по назначению.
По роду сигнала делят на:

А по назначению датчики бывают чтобы провести измерения:
Водного уровня или других веществ;

И прочие специальные элементы.
Если говорить об Ардуино, то, во время получения информации с датчиков, мы обрабатываемых цифровой сигнал, либо измеряем напряжение с аналогового выхода модуля. Как мы уже говорили, сенсоры бывают цифровыми и аналоговыми.

Некоторые модули для Ардуино имеют и цифровой и аналоговый выход, что унифицирует их.
Фотоэлементы и остальные типы.
Измеритель света или освещенности
Простейшим способом определить освещённость чего-нибудь – применять фоторезистор, фотодиод или фототранзистор.

Можно подключить к Ардуино один из указанных вариантов или приобрести специализированную плату – измеритель освещенности.

Датчики для ардуино

В чем плюсы идеального решения? Во-первых, для определения изменений освещенности одного фотоэлемента недостаточно, необходим ещё и простой или подстроечный резистор, возможно её и компаратор, для ступенчатого срабатывания типа “да/нет”.

Второе, монтажная плата, сделанная на производстве надежнее будет навесного монтажа или пакетной плат, или других способов, которые используют любители.

Датчики для ардуино

На алиэкспресс или в иных “online магазинах” его можно отыскать по запросу «PHOTOSENSITIVE-SENSOR» или же просто «измеритель света».
У этого модуля есть три вывода:
Цифровой выход с компаратора.

Или версия с четырьмя выводами:
Цифровой выход с компаратора;
Так на плате размещен подстроечный резистор для регулировки момента срабатывания компаратора способен выдавать цифровой сигнал.

Измеритель освещенности для фотореле;
Сигнализация (в паре с излучателем);

Счетчик объектов которые пересекают луч света и т.д.
Точных значений достичь тяжело, так как для корректной отстройки по освещенности понадобится настоящий люксметр. Фоторезисторы подойдут скорее для определения отвлеченных величин типа «мрачно или светло».

Не считая такой платы в продаже встречаются очень интересный модуль GY-302. Это измеритель освещенности на базе интегральной микросхемы BH-1750.

Его спецификой считается то, что это цифровой модуль, у него разрядность в 16 бит, общается с микроконтроллерами по шине i2c. 16 бит дают возможность мерить освещенность от 1 до 65356 Люкс (Лк).

Датчики для ардуино

Ниже показана схема его подсоединения.

Вы можете посмотреть на то, что SDA и SCL подключены к аналоговым пинам микроконтроллера.

Датчики для ардуино

Связывают это с тем, что на данных пинах ардуины воплощена шина I2C, в чем можно убедится, посмотрев на очередную картинку. По этой причине пускай вас не вводит данный факт в заблуждение, измеритель считается цифровым.

Датчики для ардуино

Преимуществом цифровых сенсоров считается то, что не надо проверять значения каждого экземпляра, составлять таблицы для перевода измеренных величин в настоящие шкалы и другое. Во многих случаях для цифровых датчиков очень просто подключить готовую библиотеку и считывать значения, переведенные в настоящие единицы измерения.

Пример скетча для GY-302 (BH-1750):

Датчики для ардуино

Как работает скетч?


Перед началом мы говорим программе про то, что необходимо подключить библиотеку Wire.h, отвечающая за связь по линии I2C, и BH1750. Другие действия хорошо описаны в комментариях, а в конце концов каждые 100мс мы считываем значение с сенсора в Люксах.

Характеристики GY-302 BH1750:
Связь с микроконтроллером по I2C

Спектральная характеристика подобна чувствительности глаза
Минимизированы неточности вызванные ИК-излучением

Диапазон измерения 0-65535 Lux
Небольшой ток который потребляется и функция спящего режима

Фильтрация световых шумов 50/60 Гц
Предельное количество сенсоров на 1 шине I2C – 2 штуки.

Измеряемая длина волны – 560 нм
В режиме большого разрешения – 1 Лк

В режиме невысокого разрешения – 4 Лк
Время, за которое делаются измерения:
В режиме большого разрешения – 120 мс

В режиме невысокого разрешения – 16 мс
Измеритель препятствия
Я подобрал этот измеритель следующим к рассмотрению, так как один из его вариантов работает на базе фотодиода или фототранзистора, которые по принципу действия схожи с рассмотренным в прошлом разделе фоторезистором.

Датчики для ардуино

Его наименование «оптический измеритель препятствия». Ключевым практичным элементом считается фотодиод и светоизлучающий диод излучающие и принимающие в ИК спектре (по этой причине не заметен глазу человека, а еще пороговый узел, собранный, к примеру, на компараторе с регулятором чувствительности. С его помощью изменяется расстояние, на котором срабатывает измеритель, кстати он цифровой.

Датчики для ардуино

Пример программы обработки сигнала с датчика.

Датчики для ардуино

Тут, если на выходе с датчика «1», что означает «есть преграда», – зажжется светоизлучающий диод, встроенный в плату Ардуино, либо подключенный к 13 пину (все то же самое).

Очень активно применяется в робототехнике и сигнализациях.

Датчики для ардуино

Измеритель расстояния
Предыдущий экземпляр состоят из приемника, – фотодиода, и излучателя, – светоизлучающего диода.

Ультразвуковой измеритель расстояния также состоит из приемника и излучателя УЗ волн. Его наименование – HC SR04.

Датчики для ардуино

Параметр работы силы т ока – 15 мА
Сила тока в пассивном состоянии Как обрабатывать показания?

1. На вход TRIG отправляем импульс продолжительностью в 10 мкс;
2. В середине модуля импульс превращается в пачку из 8 импульсов, которые идут один за другим с частотой в 40 кГц и посланы через излучатель;

3. Отраженные от препятствия импульсы приходят на приёмник и выводятся на вывод ECHO;
4. Продолжительность импульса, полученного с вывода ECHO необходимо поделить на 58.2, дабы получить расстояние в сантиметрах и на 148, если необходимо перевести в дюймы.

Датчики для ардуино

Измеряем температуру
Самый простой способ измерения температуры при помощи микроконтроллера – применять термопару или терморезистор. Термопары используются чтобы провести измерения больших температур, чтобы провести измерения комнатной и уличной – подойдёт тот, о котором я расскажу чуть-чуть ниже, а пока необходимо рассмотреть термопару.

Датчики для ардуино

Для любого вида термопар собственный подход для работы с микроконтроллером. К примеру, есть термопара К-типа, или как её называют еще – хромель-алюмелевая, с диапазоном измеряемых температур от -200 до +1400 градусов по Цельсию с чувствительностью 41 мВ/градус Цельсия. А для неё есть специализированный преобразователь на базе ИМС max6675, в нем есть функция компенсации температуры холодного спая и другое.

Датчики для ардуино

Работать с этим модулем можно при помощи одноимённой библиотеки для Ардуино. На рисунке ниже вы видите пример кода программы для такого случая.

Датчики для ардуино

Тогда на дисплей последовательного порта выводится следующее.

Датчики для ардуино

Но еще есть и цифровой температурный датчик DS12B20, его можно назвать традиционным, так как он уже на протяжении многих лет применяется в любительски проектах, причем еще задолго до возникновения Ардуино.

Датчики для ардуино

Это цифровая интегральная микросхема её устройство внутри нарисовано на рисунке ниже:

Датчики для ардуино

Схема подсоединения к плате:

Датчики для ардуино

Важные характеристики и сведения о DS18b20:
Погрешность – меньше 0,5 С (в температурном диапазоне от -10С до +85С).
Диапазон измерений – от -55 С до +125С

VCC, напряжение питания 3,3-5В.
разрешающая способность до 0,0625С, задается программно;

Каждому экземпляру присваивается оригинальный серийный код. Это необходимо для того, чтобы без проблем применять несколько штук в одном проекте

Интерфейс для связи – 1-Wire
Предельное количество датчиков на одной линии – 127 штук

Режим паразитного питания – в данном варианте измеритель питается прямо от линии связи. При этом не гарантирована измерение температуры больше, чем 100С

Ниже вы видите таблицу перевода двоичного кода с DS18b20 в температурные значения в градусах Цельсия.

Датчики для ардуино

Пример программы для считывания значений температуры.

Датчики для ардуино

Датчики давления атмосферы
Электронные барометры собираются на базе датчиков давления атмосферы.

Большое распространение получили следующие варианты:

Датчики для ардуино

Если два предыдущих экземпляры были подобны друг дружке, то измеритель BME280 – это маленькая метеостанция. В ней встроено 3 датчика:

Его технические специфики:
Металлический LGA-корпус, оборудованного 8-ю выходами;

Напряжение питания 1,7 – 3,6В;
Наличие интерфейсов I2C и SPI;

Ток который потребляется в режиме ожидания 0,1 мкА.
Данные примеры являются МЕМС-барометрами.

МЕМС расшифровывается, как микроэлектромеханический. Это механическая микроструктура, которая для собственной работы применяет емкостные явления и прочие принципы. Ниже вы видите пример такого датчика в разрезе.

Датчики для ардуино
Датчики для ардуино

И пример кода программы:

Датчики для ардуино

Логика программы простая:
1. Вызов подпрограммы (функции) считывания с датчика.

2. Запрос показаний встроенного в барометр термопреобразователя.
3. Ждем время для оценки термопреобразователем;
4. Считываем результат измерений температуры;

5. Запрос значения давления;
6. Ждем время измерения давления;
7. Считываем значение давления;

8. Возвращаем значение давления из функции.
Интересен тот момент, что может быть 4-ре варианта считывания значений, они задаются в качестве довода в функции startPressure, вторым знаком от 0 до 3, где 0 – грубая оценка, а 3 – точная.

Датчик работающий на движение
Самым популярным индикатором движения для Ардуино считается модуль HC SR501 на базе ИК—сенсора. Спецификой этого модуля считается то, что есть у него регулировка расстояния срабатывания и времени задержки выходного сигнала после срабатывания.

Датчики для ардуино

1. Напряжение питания 4,5 – 20 В.
3. Напряжение выходного сигнала (закономерный уровень): 3.3 В;
4. Диапазон рабочих температура – от -15° C до 70° C;

7. Самая большая дистанция срабатывания – от 3 до семи метров (изменяется); При температуре более 30° C это расстояние может стать меньше.

Датчики для ардуино

Как с ним работать мы разглядывали в статье, опубликованной прежде: Схемы датчиков движения, рабочий принцип и схемы подсоединения

Измеритель водного уровня
Предназначается для индикации уровня жидкости.

Датчики для ардуино

4. Размеры измерительной зоны 40×16 мм

5. Оптимальная влажность 10%- 90%

Датчики для ардуино

Выходные значения от 0 (в сухом состоянии) до 685 (отличается практически зависит от проводимости воды).

Не забудьте об электролизе, при измерениях уровня соленной или жёсткой воды его разъест.
Измеритель протечки
Модуль состоит из 2-ух частей – сам измеритель и компаратор, может быть возведен на LM393, LM293 или LM193.

Датчики для ардуино

Благодаря компаратору происходит переустройство аналогового сигнала в цифровой.

Датчики для ардуино

VCC – питание, обязано отвечать питания платы Апдуино, во многих случаях это 5В;

На плате компаратора есть подстроечный резистор, он устанавливает чувствительность датчика. Как правило выступает в качестве сигнализации дождя или протечки чего либо, а в паре с краном такого типа способна работать как защита от протечки трубопровода в квартире:

Датчики для ардуино

На видео показано как он функционирует:
Измеритель влаги
В большинстве случаев применяется в проектах автополива, для определения влаги почвы, также как и предыдущий состоит из электродов и платы с компаратором.

Датчики для ардуино

Способна работать как в аналоговом, так и цифровом режимах. Пример схемы подсоединения для системы автополива с краном на базе мотора:

Датчики для ардуино

И пример кода программы для обработки цифрового сигнала с датчика влаги:

Датчики для ардуино

Датчики для ардуино

Мы посмотрели востребованные датчики, но есть еще и масса остальных.

Это разные датчики вибрации, гироскопы, акселерометры, датчики излучений и другое.
Целью статьи было собрать в одном месте разные детали, которые могут быть полезны начинающему электронщику для реализации собственных проектов.

Если вам интересен тот или другой измеритель – пишите в комментариях и мы будем рассматривать его детальнее.
Для лучшего удобства, мы собрали для вас таблицу с примерной ценой и список востребованных датчиков для Ардуино, в том порядке, в котором они были рассмотрены в статье: Датчики для Ардуино
Цены взяты из online-магазинов РФ или Украины.

В Китае они стоят в 2 и более раз доступнее.

Виды и варианты Ардуино модулей

Ардуино – одна из удобнейших систем микроконтроллеров, разрешающих инженеру осуществить любую собственную задумку, без больших проблем в программной части. Все, что нужно, уже находится в бесплатных библиотеках, которые можно скачать на этом сайте.
А благодаря модульности возникает возможность соорудить любую систему, в зависимости от надобности.

Начиная с обычного смарт-прибора для контроля освещённости и температуры в помещении, и завершая умными аграрными системами. Давайте же разберёмся, Что такое Ардуино модули и какие их виды есть.

Датчики для ардуино

Для чего необходим модуль для Ардуино

Для начала необходимо понять, для чего вообще аналогичная модульность нужна. Ведь, кажется, Ардуино – это только микроконтроллер, к которому можно приспособить любой сторонний измеритель.

Но на деле все очень сложно, как раз из-за программной части и остальных особенностей системы, по этой причине, для увеличения функционала, и присутствуют специализированные Аrduino модули, разрешающие приспособить МК к любым потребностям человека, который его применяет. Это главная функция, объясняющая необходимость модульности, кроме неё, присутствуют и прочие причины подобного решения:

  1. Стандартизированный набор датчиков с похожими свойствами позволяет писать прекрасные решения для разных ситуаций. Подобным образом, захотев осуществить какой-то проект, вам не необходимо самому изучать язык программирования и создавать уникальную схему электропроводки. Во многих случаях, уже готовая система или какие-нибудь её части присутствуют в свободном доступе, инженеру лишь остается их правильно скомпоновать, что существенно экономит время при выполнении задумок.
  2. Простота работы с Ардуино. Уже вышеописанная стандартизация, позволяет быть уверенным, что купленный вами измеритель или специализированный модуль, не потребуется подсоединять при помощи дополнительных шлейфов или переходников. Хоть иногда и возникает необходимость своими силами паять платформу под Ардуино, но, во многих случаях, вы можете купить уже готовую, под определенные модули и потребности. Кроме того, есть многофункциональные платы, полностью раскрывающие возможности модульной системы.

Условно, модули для Ардуино можно поделить на 2 огромных лагеря, у которых уже есть собственные ответвления:

  1. Датчики. Разные системы или контроллеры, разрешающие считывать, отправлять и обрабатывать информацию. Хотя последние иногда относят к другому классу модулей, однако из-за тесной связи с устройствами ввода-вывода их лучше причислить собственно к датчикам, тем более, очень часто они выполняют сразу 2 функции. Все данные устройства направленны на расширение аппаратного функционала системы, к примеру, чтобы позволить Ардуино считывать расстояние до объекта или влажность воздуха, что просто нужно для большинства систем.
  2. Модули, расширяющие вычислительные мощности проекта. Это самые разные карты памяти, дополнительные буферы для проведения операций и подсобные многопоточные процессоры. К ним же можно отнести вариации самого микроконтроллера, характеристики которого меняются от версии к версии. Они направлены собственно на улучшение возможностей программной части системы, к примеру, дополнительные карты памяти дают возможность сохранять больше информации в разных кодеках, чтобы воссоздавать какие-нибудь аудиодорожки. Особенно нужны во время проектирования непростых систем с нейросетями или в робототехнике, в которой также применяется Ардуино.

Сами же датчики отдельно разделяют на:

  1. Устройства ввода или получения информации. Это самые разные сканеры, которые дают возможность получить данные о внешней среде, будь то уровень освещённости или воздушной влажности. При их помощи возможно ввести разные переменные, в зависимости от которых система будет определять собственные будущие действия. Являются базой для многих систем, и без них нереально осуществить любой смарт-девайс. Простейшим примером будет все тот же измеритель расстояния, хотя и их есть несколько типов.
  2. Устройства обработки информации. Очень часто уже установлены в предыдущий вид, благодаря чему считаются комбинированными, впрочем очень часто такие модули монтируются и отдельно. Имеют маленький объем памяти или совсем реализовываются без него, и могут исполнять лишь обычные промежуточные операции. Аналогичным модулем можно считать даже МК Ардуино самых разных версий, однако не стоит их путать с устройствами, расширяющими вычислительные возможности основного контроллера, потому что они собственно выполняют операции.
  3. Устройства вывода информации. У многих вызывают ассоциации с самым простым ЖК-экраном, хотя это абсолютно не только одна разновидность подобных девайсов. Нужны для того, чтобы выводить результаты вычислений, для получения фидбека от системы и проверки разного функционала. Бывают звуковыми, зрительными и тактильными, соответствуя любому из органов чувств человека. Также могут сочетаться с первыми 2-мя видами, становясь гибридным дополнением к микроконтроллеру.

Есть и разновидности дополнений, без строгой типизации, так как их тяжело отнести к какой-то определенной группе устройств. Это происходит или из-за не широкой направленности их функционала, или из-за начальной гибридности модулей.

К ним можно отнести разные гаджеты, для передачи информации по сети или остальным протоколам, так как, с одной стороны, они увеличивают программный функционал продукта, применяя протоколы, которые нереально осуществить через типовые аппаратные возможности, а со второй – как раз восполняют последние.

Технические специфики, свойства и функции

Технические специфики и функционал конкретно зависят от докупаемого пользователем модуля, по этой причине нереально выделить определенные свойства продуктов. Только одна их общая черта – специализированная распиновка, для подсоединения к платформам Ардуино, без которых было бы нереально или очень сложно исполнять связь между микроконтроллером и устройством.

В остальном, все характеристики очень вариативны и зависят от гаджета к гаджету.

Варианты востребованных Ардуино модулей

Ультразвуковой лазерный измеритель HC-SR04

Датчики для ардуино

Наиболее распространенный ультразвуковой измеритель, которые работает по следующему принципу: отправляет ультразвуковую волну, считает время, за которое она возвратится.

Мы знаем скорость звука и время, за которое волна вернулась, а дальше мы планируем расстояние до объекта. Данный модуль стоит довольно дешево, диапазон измерений от 2 см до 4 метров.
Инфракрасный лазерный измеритель Sharp

Датчики для ардуино

Также довольно активно применяются лазерные измерители Sharp с диапазоном работ от 20 см до 1,5 метров. Стоимость подобных модулей больше, чем звуковых лазерных измерителей.

Модуль температуры и влаги DHT11

Датчики для ардуино

Этот Ардуино модуль меряет температуру в диапазоне от 0 до +50 °C и влажность от 20 до 90%. Часто применяется для измерений данных в комнате или теплице. Также оченб популярен при разработке систем по управлению климатом или умных домов.

Барометр BMP085 или BMP180

Датчики для ардуино

При помощи модуля Барометр можно определить атмосферное давление от 30 до 110 кПа.

Применяется при создании на базе Ардуино заменителей метеостанциё.
Модуль-датчик влаги почвы FC-28

Датчики для ардуино

Модуль меряет влаги почвы или среды в которую его втыкают. Состоит из 2-ух частей.

Его применяют для автоматического полива растений.
Bluetooth HC06

Датчики для ардуино

Помогает организовать беспроводную связь Ардуино с компьютером, телефоном или прочими устройствами.

Как присоединить

Присоединяются модули при помощи все такой же распиновки, однако не напрямую к МК. Очень часто чтобы это сделать применяют специализированные платформы с дорожками, которые выполняются самими инженерами или заказываются отдельно.
В первом варианте очень часто используют химический вариант изготовления плат при помощи сильных щелочей.

Дорожки заблаговременно прочерчиваются, и на них приклеивают стойкий материал, беря за основу, к примеру, медную плату. После, вследствие химреакции, окисляется все, не считая защищенных участков, служащих в качестве проводников тока.

Стоимость

Стоимость дополнительных датчиков и прочих девайсов также очень вариативна, может начинаться от 50 центов и кончаться десятками долларов. Все сильно зависит от того, где вы их заказываете, отдельной разновидности и большинства прочих моментов, по этой причине выдать какое-то усредненное арифметическое по их цене – нереально.

Как клеить фанеру
Вопросы о ремонте
0 0
Как вытащить анкерный болт
Вопросы о ремонте
0 0
Как красят порошковой краской
Вопросы о ремонте
0 0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

10 + 11 =