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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Arduino. Conexión de sensores simples. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Considerado en la parte anterior de la revisión, el ADC incorporado del microcontrolador facilita la conexión de varios sensores analógicos a la placa Arduino, que convierten los parámetros físicos medidos en voltaje eléctrico. Un ejemplo de un sensor analógico simple es una resistencia variable conectada a la placa, como se muestra en la Figura 1. 3. Puede ser de cualquier tipo, por ejemplo, SP33-32-2 (Fig. 10). El valor de la resistencia en el diagrama se indica aproximadamente y puede ser menor o mayor. Sin embargo, debe recordarse que cuanto menor es la resistencia de la resistencia variable, más corriente consume de la fuente de alimentación del microcontrolador. Y cuando la resistencia de la fuente de la señal (en este caso, una resistencia variable) es superior a XNUMX kOhm, el ADC del microcontrolador funciona con grandes errores. Tenga en cuenta que la resistencia de una resistencia variable como fuente de señal depende de la posición de su control deslizante. Es igual a cero en sus posiciones extremas y máximo (igual a la cuarta parte de la resistencia nominal) en la posición media.
Es conveniente utilizar una resistencia variable cuando se quiere cambiar el parámetro de forma suave y no por pasos (discretamente). Como ejemplo, considere el trabajo dado en la Tabla. 1 programa que cambia el brillo del LED dependiendo de la posición del control deslizante de resistencia variable. La cadena U = U/4 es necesaria en el programa para convertir el número binario de diez bits devuelto por el ADC en un número de ocho bits, aceptado como segundo operando por la función analogWrite(). En el caso que nos ocupa, esto se hace dividiendo el número original por cuatro, lo que equivale a descartar los dos bits menos significativos. Tabla 1
Una resistencia variable de un diseño apropiado puede servir como sensor de ángulo de rotación o de desplazamiento lineal. Del mismo modo, se le pueden conectar muchos elementos de radio: fotorresistores, termistores, fotodiodos, fototransistores. En una palabra, dispositivos cuya resistencia eléctrica depende de diversos factores ambientales. En la fig. 3 muestra un diagrama de cómo conectar un fotorresistor al Arduino. Cuando cambia la iluminación, cambia su resistencia eléctrica y, en consecuencia, el voltaje en la entrada analógica de la placa Arduino. La fotorresistencia FSK-1 indicada en el diagrama puede ser reemplazada por cualquier otra, por ejemplo, SF2-1.
En mesa. 2 muestra un programa que convierte una placa Arduino con una fotorresistencia conectada en un medidor de luz simple. Mientras trabaja, mide periódicamente la caída de voltaje a través de la resistencia conectada en serie con la fotorresistencia y transmite el resultado en unidades arbitrarias a través del puerto serie a la computadora. En la pantalla del terminal de depuración de Arduino, se mostrarán como se muestra en la Fig. 4. Como puede ver, en un momento dado, el voltaje medido cayó bruscamente. Esto sucedió cuando un fotodiodo brillantemente iluminado quedó oscurecido por una pantalla opaca. Tabla 2
Para obtener valores de iluminación en lux (unidades estándar del sistema SI), debe multiplicar los resultados obtenidos por un factor de corrección, pero deberá seleccionarlo experimentalmente e individualmente para cada fotorresistencia. Esto requerirá un medidor de luz ejemplar. Un fototransistor [1] o un fotodiodo (Fig. 5) se conecta al Arduino de manera similar. Usando varios dispositivos fotosensibles, es posible diseñar el sistema de visión más simple para un robot [2]. También es posible implementar muchos diseños clásicos conocidos por una amplia gama de radioaficionados en un nuevo nivel técnico: un modelo cibernético de una mariposa nocturna [3, p. 134-151] o una maqueta de un tanque moviéndose hacia la luz [4, p. 331, 332].
De manera similar a la fotorresistencia, se conecta un termistor al Arduino (Fig. 6), que cambia su resistencia eléctrica según la temperatura. En lugar del termistor MMT-4 indicado en el diagrama, cuya principal ventaja es una caja sellada, puede usar casi cualquier otro, por ejemplo, MMT-1 o importado.
Después de una calibración adecuada [5, p. 231-255], dicho dispositivo se puede utilizar para medir la temperatura en todo tipo de estaciones meteorológicas domésticas, termostatos y estructuras similares [6]. Se sabe que casi todos los LED pueden servir no solo como fuentes de luz, sino también como receptores de luz: fotodiodos. El hecho es que el cristal LED está en una caja transparente y, por lo tanto, su unión pn es accesible a la luz de fuentes externas. Además, la carcasa del LED, por regla general, tiene la forma de una lente que enfoca la radiación externa en esta transición. Bajo su influencia, por ejemplo, cambia la resistencia inversa de la unión pn. Al conectar el LED a la placa Arduino de acuerdo con el diagrama que se muestra en la fig. 7, un mismo LED se puede utilizar tanto para el fin previsto como un fotosensor [7]. El programa que ilustra este modo se muestra en la Tabla. 3. Su idea es que primero, se aplica un voltaje inverso a la unión pn del LED, cargando su capacitancia. Luego, el cátodo del LED se aísla configurando el pin del Arduino al que está conectado como una entrada. Después de eso, el programa mide la duración, dependiendo de la luz ambiental, de descargar la capacitancia de la unión pn del LED por su propia corriente inversa a un nivel de cero lógico.
Tabla 3
En el programa anterior, la variable t se declara como int sin signo, un entero sin signo. Una variable de este tipo, a diferencia de un int ordinario que toma valores de -32768 a +32767, no utiliza su bit más significativo para almacenar el signo y puede tomar valores de 0 a 65535. El programa calcula el tiempo de descarga en el ciclo while(digitalRead (K)!=0)t++. Este bucle se ejecuta, incrementando t en uno cada vez, hasta que la condición entre paréntesis sea verdadera, es decir, hasta que el voltaje del cátodo del LED sea bajo. En ocasiones se requiere que el robot no solo reciba información sobre la iluminación de la superficie sobre la que se mueve, sino que también pueda determinar su color. Se implementa un sensor de color de la superficie subyacente, iluminándolo alternativamente con LED de diferentes colores de luminiscencia y comparando, usando un fotodiodo, los niveles de las señales reflejadas bajo diferente iluminación [8]. El diagrama de conexión de los elementos sensores de color con la placa Arduino se muestra en la fig. 8, y el programa que lo sirve - en la tabla. 4.
Tabla 4
El procedimiento para medir las señales recibidas por el fotodiodo bajo diferentes iluminaciones de la superficie se repite muchas veces y los resultados obtenidos se acumulan para eliminar errores aleatorios. El programa luego selecciona el mayor de los valores acumulados. Esto le permite juzgar aproximadamente el color de la superficie. Para determinar con mayor precisión el color, es necesario complicar el procesamiento de los resultados, teniendo en cuenta no solo los más grandes, sino también su relación con los más pequeños. También es necesario tener en cuenta el brillo real de los LED de diferentes colores de luminiscencia, así como las características espectrales del fotodiodo aplicado. Un ejemplo de un diseño de sensor de color que consta de cuatro LED y un fotodiodo se muestra en la Fig. 9. Los ejes ópticos de los LED y el fotodiodo deben converger en un punto de la superficie bajo estudio, y los dispositivos mismos deben ubicarse lo más cerca posible para minimizar el efecto de la iluminación extraña.
El sensor ensamblado requiere una cuidadosa calibración individual en superficies de diferentes colores. Se reduce a una selección de coeficientes por los que los resultados de medición obtenidos bajo diferente iluminación deben multiplicarse antes de la comparación. A un robot equipado con un sensor de este tipo se le puede enseñar a realizar interesantes algoritmos de movimiento. Por ejemplo, podrá moverse por el campo de trabajo de un color sin violar los límites de las zonas "prohibidas" pintadas en un color diferente. Los programas discutidos en el artículo se pueden encontrar en ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip. Literatura
Autor: D. Lekomtsev
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