Kuelewa Sensorer za Elektroniki: Hatua 8

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Inakusudiwa kuelezea utendaji wa sensorer za kawaida za viwandani na nyumbani, hii "Inayoweza kufundishwa" inakufundisha jinsi ya kutumia sensorer zinazopatikana kibiashara katika upelekaji wa ulimwengu wa kweli ukitumia mazoezi na majaribio ya mikono.

Somo hili litashughulikia nyaya fupi ambazo zinaweza kuhisi yafuatayo:

• Mabadiliko ya Joto
• Kuguswa (Mawasiliano ya ngozi yenye uwezo)
• Kuguswa (Swichi na vifungo)
• Mabadiliko katika Nuru
• Mabadiliko katika Sauti
• Mabadiliko katika kuongeza kasi (Mwendo na mvuto)

Pia kufunikwa ni vifaa na programu inahitajika, wapi kununua / kupakua vitu, jinsi ya kuweka mizunguko kwa pato la nambari, jinsi ya kusoma pato la nambari, na msingi wa jinsi kila sensorer inafanya kazi.

Tuanze!

Hatua ya 1: Kujaribiwa kabisa - Ununuzi na Upakuaji wa Mazingira

Utaona kwa Wanaoweza kufundishwa kuwa maelezo ya somo hili yalipimwa kabisa na vijana wanaotembelea Chuo Kikuu kama sehemu ya kupendeza kwao kwa Mechatronics (roboti na utengenezaji)

Vidakuzi vya Oreo husaidia, lakini hazihitajiki

Watu wa Adafruit walitengeneza bodi ambayo tutatumia leo, inayoitwa "Uwanja wa Uwanja wa Michezo - Classic" na wamejaribu kabisa idadi kubwa ya njia za kutumia kifaa hicho. Unaweza kuona baadhi ya hizi katika ukurasa wao wa "Jifunze" hapa, ambazo zitafuatilia sana majaribio haya ya Maabara na hatua ndogo - kwa hisani ya ukurasa huu wa Adafruit "Jifunze", https://learn.adafruit.com/circuit- playground -na-nishati-ndogo-ya-bluetooth

Sehemu unazohitaji ni rahisi, za bei rahisi, na rahisi kutumia kwa majaribio kutoka kwa vikundi anuwai vya umri, hata kama vijana kama Shule ya Kati (umri wa miaka 12, labda?)

1. Kwanza, nunua kifaa kimoja au zaidi hapa: https://www.adafruit.com/product/3000 na pia adapta ya USB kwa Micro-B USB kuungana na PC yako hapa https://www.adafruit.com/ 898. Gharama yote iko chini ya $ 40 na usafirishaji, lakini unaweza kuiona kuwa rahisi.
2. Mara tu utakaponunua na kupokea Uwanja wako wa michezo wa bei rahisi na kebo ya USB, utahitaji kuiunganisha kwa Kompyuta ya Kibinafsi (PC) ambayo ina Mazingira Jumuishi ya Maendeleo (IDE) ya vifaa vya aina ya Arduino.
3. Katika mfano huu tunatumia IDE arduino-1.8.4-windows, lakini zingine zitafanya kazi pia. Hakikisha kusanikisha madereva yote (katika kesi hii, adafruit_drivers_2.0.0.0
4. Mara tu ukishaweka IDE, unaweza kufungua IDE iitwayo "Arduino"
5. Chini ya Faili -> Mapendeleo ingiza "URL ya Meneja wa Bodi ya Ziada" https://adafruit.github.io/arduino-board-index/pac…, kisha sema sawa na kisha funga na ufungue tena IDE
6. Sasa unganisha kifaa cha Uwanja wa Uwanja wa michezo na Micro USB. Tazama kuwa inaimarisha na inaendesha programu chaguomsingi ya "Circuit Playground Firmata" kwa kuonyesha mlolongo wa taa za upinde wa mvua. Unaweza kujaribu kwamba swichi karibu na nguvu ya betri inabadilisha mpangilio na moja ya vifungo inacheza dokezo kwa kila rangi.
7. Utahitaji kupata Maktaba ya Uwanja wa Michezo wa Mzunguko na kisha unzip Maktaba ya Uwanja wa Michezo wa Circuit kwenye Hati -> Arduino -> folda ya maktaba "Adafruit_CircuitPlayground-master." Ukisha fungua zipu, ondoa kiambishi "-master" kutoka kwa jina la folda. Simama na uanze tena IDE, na upakie Aina ya Bodi ya Uwanja wa Uwanja wa Uwanja chini ya Zana -> Bodi -> Meneja wa Bodi na kisha utafute aina "Iliyochangiwa" na maneno "Adafruit AVR". Hii itakuruhusu usanidi "Bodi za Adafruit AVR" (toleo la hivi karibuni) baada ya hapo unapaswa kusimama na kuanzisha tena IDE
8. Sasa uko tayari kujaribu Uwanja wa Uwanja wa Michezo na programu ya onyesho. Unganisha kwenye Uwanja wa michezo wa Mzunguko uliounganishwa kupitia USB. Nenda kwenye Zana -> Bodi na uhakikishe kuwa unachagua Uwanja wa michezo wa Mzunguko. Nenda kwenye Zana -> Bandari na uhakikishe kuwa unachagua bandari inayofaa ya COM (iliyounganishwa na USB Blaster). Pakua programu ya onyesho kama ifuatavyo: Chagua: Faili -> Mifano -> Adafruit Circuit PLayground -> onyesho na kisha ujumuishe na upakie (inaweza kutumia kitufe cha "mshale wa kulia" kufanya yote)
9. Jaribu mpango wa onyesho kwa kufuata hatua hizi: Tazama kwamba Uwanja wa Michezo wa Mzunguko unaangaza kwa mlolongo wa upinde wa mvua. Washa kitufe cha kutelezesha na uone kuwa husababisha vidokezo kuchezwa (tafadhali zima, vinginevyo hakika itamkasirisha kila mtu aliye karibu nawe). Tazama kuwa upakuaji nyekundu wa LED unaangaza kiwango cha muda.
10. Sasa unaweza kuwasiliana na Uwanja wa michezo wa Mzunguko kupitia Kiolesura cha Nakala. Bonyeza kitufe cha "Serial Monitor" kwenye IDE. Inaonekana kama glasi inayokuza juu kulia kwa dirisha la programu ya onyesho. Unaweza kutaka kuzima kusogeza kiotomatiki ili uonekane vizuri.

Uko tayari kujaribu na unganisha kwa sensorer tofauti!

Hatua ya 2: Kuhisi Joto

Angalia thamani ya "joto" kwenye pato lako la maandishi ya kufuatilia mfululizo. Itakuwa na joto la joto la kawaida mahali pengine katika miaka ya 30. Nilipima digrii 39.43 Celsius.

Thermistor inayotumika kupima joto inaonyeshwa kwenye picha. Ni sensa A0 na ina picha ya kipima joto karibu nayo.

Weka kwa upole kidole gumba chako juu ya kihisi cha joto na urekodi sekunde ngapi inachukua kufikia joto la juu. Andika maelezo haya, pamoja na yafuatayo:

Kufikia kiwango cha juu cha joto la kidole ilichukua sekunde _.

Je! Ni joto gani la juu kabisa ambalo hatimaye lilifikia? _ C

Je! Hii ni thamani gani katika Fahrenheit? _ F. DOKEZO: F = (C * 1.8) + 32

Je! Hii ni ya joto au baridi kuliko joto la kawaida la mwili? _

Je! Kutumia kipima joto na kidole gumba cha mtu iwe kiashiria kizuri cha homa kujua ikiwa ni mgonjwa?

Kwa nini? _

Thermistor ni aina maalum ya kupinga ambayo hubadilisha upinzani kulingana na hali ya joto. Moja ya picha katika hatua hii inaonyesha mchoro wa mzunguko wa Thermistor. ·

Katika mzunguko ulioonyeshwa, kusoma kwa mita ya Volt itakuwa nini? _ Dokezo: Tumia sheria ya mgawanyiko wa voltage Vout = (5V * R1 Ohms) / (R1 Ohms + Thermistor Ohms)

Ikiwa thermistor ina alama ya "1.5% Mabadiliko ya upinzani kwa kiwango C" - upinzani wa thermistor utakuwaje ikiwa joto linaenda hadi digrii 30 C? _ Dokezo: kwa kuwa ni mabadiliko ya digrii 5, na kila digrii hubadilisha upinzani kwa 1.5%, tunapata Thermistor Ohms = (5 * 0.015) + 10, 000 Ohms

Katika digrii 32 C, kusoma itakuwa nini kwenye Volt Meter? _ Dokezo: Sasa mabadiliko ni digrii 7.

Sensorer za joto zinaweza kutumika wapi katika aina za utengenezaji?

Hatua ya 3: Sensor ya Kugusa ya Uwezo

Picha inaonyesha ni kipi cha viunganishi (au "pedi") kinachoweza kutumiwa pia kugundua kugusa. Wanaitwa sensorer za kugusa za capacitive kwa sababu hutumia mwili wa mwanadamu kama sehemu ya elektroniki inayoitwa capacitor.

Kwa usalama, tunataka mkondo wowote wa umeme uwe chini sana. Kwa sababu hii, viunganisho vyote vya nje kwa pedi hupita kwa kontena 1 ya Mega Ohm kwa eneo la kawaida (pini # 30 ya chip) kwa hivyo upinzani wa jumla kati ya pedi mbili ni 2 Mega Ohms.

• Ikiwa voltage ya kilele kati ya pedi mbili ni Volts 5, na upinzani ni 2 Mega Ohms, ni nini sasa kinachopitisha kati ya pedi mbili ikiwa zimepitiwa fupi? _ (USIWAZUNGUMZE kwa ufupi)
• "Capsense" ni nambari ambazo zinaonyeshwa na kiolesura cha maandishi. Katika kesi gani idadi ni kubwa, wakati sensorer zinaguswa, au wakati haziguswi? _
• Rekodi mifano kadhaa ya nambari wakati sensorer HAIGUSWI: _
• Rekodi mifano kadhaa ya nambari wakati sensorer zinaguswa: _
• Je! Unaona tofauti gani wakati sensorer nyingi zinaguswa wakati huo huo? _
• Ni nini hufanyika ikiwa unashikilia kitu cha metali, na uguse sensa na hiyo? _
• Ni nini hufanyika ikiwa unashikilia kitu kisicho cha metali, na uguse sensa na hiyo? _
• Kwa sababu sensorer za kugusa za capacitive hazina sehemu zinazohamia, zinakabiliwa sana na mitetemo. Pia, zinaweza kufunikwa na mipako ya kinga isiyo na maji. Kwa nini mambo haya mawili yanaweza kuwa muhimu katika mazingira ya utengenezaji? _

Hatua ya 4: Vifungo vya Jadi na Swichi za Slider

Bonyeza vifungo na swichi zinaonekana kuwa rahisi na "za kila siku" ambazo tunazichukulia kawaida linapokuja suala la matumizi yao kama sensorer. Kibodi ni mfano mzuri. Tunapotaka kuchapa haraka, kuwa na vitufe vichache vya "uwongo", na kuwa na maisha marefu ya miaka mingi ya matumizi - swichi za mitambo (moja chini ya kila ufunguo kwenye kibodi) ndio njia ya kwenda.

Mzunguko tunaotumia leo una swichi tatu za kitufe cha "vipindi" vya kushinikiza. Hiyo inamaanisha kuwa ukiacha kitufe, wanarudi kwenye nafasi yao ya asili (shukrani kwa utaratibu uliobeba chemchemi). Mzunguko pia una sensorer iliyowekwa wakfu kwa swichi ya nafasi mbili za slaidi. Inaweza kuchukua bidii kuiteleza, lakini usivunje bodi inayojaribu kufanya hivyo - teleza kando kwa uthabiti zaidi kuliko unavyobonyeza chini. Aina hii ya sensor ni thabiti sana. Imara inamaanisha kuwa ukishaitelezesha kwa nafasi moja au nyingine, unaweza kutarajia kabisa kuweza kuondoka na kurudi muda mrefu baadaye na unatarajia bado iko katika hali ile ile, hata ikiwa iko kwenye uso wa kutetemeka., na kadhalika.

Wapi umeona swichi kama hiyo katika utengenezaji, au hata nyumba yako?

_

Angalia pato la maandishi na upate habari ya sensorer. Katika kesi hii, sensor inaweza kutoa idadi lakini badala ya kitu kingine.

Kubadili "Slide" inapaswa kuonyesha msimamo wake. Je! Sensor ya "slide" inachukua maadili gani katika nafasi mbili?

_

Kitu kingine hufanyika katika moja ya nafasi mbili za slaidi. Hiyo ni nini?

_

P. S. Kama adabu kwa kila mtu mwingine, tafadhali teremsha swichi kwenda kwenye nafasi "isiyokasirisha" mara tu utakapomaliza na sehemu hii.

Hatua ya 5: Sensorer za Mwanga

Kama sensorer ya joto, Mzunguko wa Sura ya Nuru kwenye bodi ya "Mzunguko wa Uwanja wa Michezo" hutumia mzunguko wa mgawanyiko wa voltage - ambapo Volts 5 zinazoendesha kifaa hukatwa sehemu mbili, na sensa na kwa kipinga thamani cha kudumu. Badala ya "thermistor" sensa ya taa hutumia "picha-transistor" ambayo hubadilisha upinzani kulingana na kiwango cha taa inayoipiga. Unaweza kuona picha-transistor "A5" karibu kabisa na picha ya jicho kwenye bodi ya mzunguko.

Ikiwa sensorer ya taa inaelekezwa kwenye dari ya chumba (kuelekea taa) thamani ya "Sensor ya Mwanga" inapaswa kuwa katika mamia.

Je! Una thamani gani ya "Sensor ya Mwanga" unapoona wakati "jicho" limeelekezwa kuelekea dari ya chumba?

_

Je! Ni nini ikiwa unaelekeza "jicho" kuelekea sakafu - unaona nambari gani? _

Je! Vipi ikiwa utaelekeza "jicho" kwa pembe tofauti kati ya dari na sakafu? - Eleza kile ulichoona, pamoja na maadili ya nambari ulizoziona, na kile ulichofanya kupata hizo namba. _

Je! Vipi ikiwa utaelekeza sensor karibu na kipande cha kitambaa giza (lakini kisigusii) - unaangalia nambari gani? _

Kuifunika (sensorer karibu na "jicho") na kidole chako inapaswa kuleta nambari chini. Je! _

Kumbuka, kidole chako kina uwazi nusu, kwa hivyo taa kali za mwangaza wa LED zinaweza kuangaza kupitia kidole chako. Je! Ni nini kingine unachoweza kutumia kufunika sensor kupata nambari ya chini? _

Sensorer za nuru zinaweza kuwa za kupendeza - sio kila wakati kutoa usomaji unaotarajia, na inategemea sana kutafakari, uwazi, pembe ya taa, na mwangaza wa taa. Mifumo ya maono ya utengenezaji inataka kupitisha mapungufu haya kwa kudhibiti kwa nguvu vigeuzi hivi. Kwa mfano, skana ya msimbo wa bar inaweza kutumia laini iliyoangaziwa yenye rangi moja ili kupunguza athari za taa za chumba. Katika mfano mwingine, mkanda wa kusafirisha katoni ya maziwa hutumia sensa ya taa ya mtindo wa "mlango wa karakana", kuhesabu katoni za maziwa kwa kuhesabu idadi ya nuru inaruhusiwa kupita kati yao.

Toa mfano tofauti kutoka kwa utengenezaji, nyumba, au biashara ambapo baadhi ya vigeuzi hivi vyepesi vinadhibitiwa kupata matokeo bora ya sensa ya nuru (kando na mifano ambayo tayari nimeelezea hapa):

Hatua ya 6: Sensorer ya Sauti

Sensorer ya sauti kwenye "Uwanja wa michezo wa Mzunguko" kwa kweli ni Mfumo wa Mitambo wa Mitambo ya Kielektroniki (MEMS) ambao hauwezi tu kutumiwa kugundua viwango vya sauti, lakini pia inaweza kufanya uchambuzi wa kimsingi wa masafa. Labda umeona onyesho la analyzer ya wigo katika studio ya muziki au programu ya kicheza muziki - ambayo inaonekana kama grafu ya bar iliyo na maandishi ya chini kushoto na maelezo ya juu kulia (kama maonyesho ya kusawazisha picha).

Thamani inayoonyeshwa kwenye usomaji wa maandishi kwa kweli ni muundo wa wimbi mbichi la sauti. Inabidi tuongeze maadili kwa muda ili kupata nguvu ya sauti (kiwango cha shinikizo la sauti).

Walakini, kifaa hiki cha MEMS kinaweza kutumika kuchochea vitendo na roboti au kifaa kingine wakati sauti zipo, au wakati mlolongo maalum wa sauti unasikika. Kwa kuongezea, MEMS ni ndogo sana (ni kifaa chini ya shimo dogo kwenye sanduku la chuma, karibu kabisa na picha ya "sikio" kwenye ubao) na nguvu ndogo. Mchanganyiko huu hufanya vifaa vya MEMS kuwa muhimu sana kwa acoustic, biomedical, kugundua giligili ndogo, zana za microsurgical, sensorer za gesi na kemikali, na zaidi.

Kwa sababu pato ni muundo wa wimbi la sauti (na sio kiwango cha nguvu) utaona anuwai ndogo katika maadili wakati mambo yametulia (~ 330 ni katikati ya chumba kimya kabisa) na swings pana kwa kelele kubwa (0 hadi 800 au zaidi).

Rekodi maadili ya "Sura ya Sauti" wakati kelele ya nyuma tu ya chumba iko. Je! Una thamani gani kwako? Kutoka _ Hadi _

Unaona thamani gani ikiwa unazungumza kwa sauti ya kawaida ya sauti - kama miguu 2 au mbali na sensa? Kutoka _ Hadi _

Je! Unapata anuwai ya juu kwa kuzungumza au kwa kupiga vidole (au kupiga makofi) mara kwa mara?

Ndio au hapana: _ Hasira ya kupiga makofi / kunasa huenda Kutoka _ Hadi _

Unafikiri ni kwanini hiyo ni? _

Jaribu kelele za aina nyingine na urekodi kile unachotazama - lakini tafadhali usigonge kwenye ubao: _

P. S. MEMS hufanya kazi kwa pande zote mbili, na inawezekana kutumia umeme kusonga sehemu ndogo za kiufundi. Kampuni inayoitwa "Saizi za Sauti" inafanya kazi ya kupanga vifaa hivi pamoja ili kutengeneza spika ndogo kabisa ambayo inaweza kuelekeza sauti katika mwelekeo wowote.

Hatua ya 7: Accelerometers

Accelerometer pia ni aina ya MEMS, na moja ya vifaa hivi hutolewa kwenye ubao wa "Uwanja wa Uwanja wa Michezo". Chip ya LIS3DH, karibu na katikati ya bodi karibu na Picha ya XYZ, inatoa uwezo wa kupima kasi katika mwelekeo wowote kama jumla ya vector ya kuongeza kasi katika mwelekeo wa X, Y, na Z.

Kwa kuwa nguvu ya mvuto ni sawa na nguvu inayojisikia kwa kuongeza kasi (nadharia ya Einstein ya uhusiano), hata wakati umesimama hapa duniani, kifaa hupima kasi ya mita 9.8 kwa sekunde kwa sekunde (9.8 m / s2).

Unaweza kuzungusha kifaa ili kupata nguvu nzima katika mwelekeo wa "X".

Jaribu kugeuza kifaa ili kuongeza kasi yote iwe katika mwelekeo wa X (tafadhali kuwa mpole na kebo fupi ya USB wakati unapotosha vitu karibu). Je! Ulizingatia maadili gani? X: _ Y: _ Z: _

Sasa geuza kifaa kupata karibu nguvu zote za mvuto (kuongeza kasi) katika mwelekeo wa Y. Je! Ulizingatia maadili gani? X: _ Y: _ Z: _

Mwishowe, weka kifaa ili kuongeza kasi kutoka kwa mvuto kugawanyika kati ya mwelekeo wa X na Y, na iko karibu 0 katika mwelekeo wa Z (mahali fulani katikati ya nafasi mbili zilizopita). Je! Ulizingatia maadili gani? X: _ Y: _ Z: _

Tumia nadharia ya Pythagorean kuongeza nyongeza za X na Y za kuongeza kasi kutoka kwa kipimo kilichopita. Unaweza kupuuza ishara hasi, inamaanisha kifaa kiko chini tu upande huo. Je! Ni kuongeza kasi gani? _ Kumbuka kuwa kuongeza kasi kwa jumla = √ (X2 + Y2).

JARIBU MAJARIBIO YAFUATAYO TU UKIWA WEWE NI WA TATU ZA DINI! Pindisha kifaa ili kuongeza kasi kutoka kwa mvuto kugawanywa kati ya mwelekeo wa X, Y, na Z. Je! Ulizingatia maadili gani?

X: _ Y: _ Z: _ Jumla ya Kuongeza kasi = _

Kama unavyoona, accelerometer (shukrani kwa nguvu ya mvuto) pia inaweza kutumika kupima kuinama - au msimamo wa bodi. Ikiwa ungekuwa unaunda mkono wa robot na gripper, unaweza kuweka wapi sensor ya kasi, na kwa nini? _

Mbali na kuelekeza na uelekeo wa katikati ya dunia, accelerometers kawaida inaweza pia kupima kasi. Punguza bodi kwa upole na kurudi (tafadhali kuwa mpole na kebo fupi ya USB wakati unapotosha vitu kuzunguka). Je! Ulizingatia maadili gani?

Mwelekeo umehamishwa: _ X: _ Y: _ Z: _

Mwelekeo umehamishwa: _ X: _ Y: _ Z: _

Hatua ya 8: Umemaliza

Hongera kwa kumaliza hatua hizi zote na Kuelewa Sensorer za Elektroniki!

Acha maoni ili unitumie maoni juu ya mambo unayofikiria yanapaswa kuboreshwa, na pia nifahamishe ikiwa umekuja na utumiaji wa sensorer ya Circuit Playground Classic!

Paul Nussbaum, PhD