アルドゥイーノ。簡単なセンサーの接続。スキーム、説明

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アルドゥイーノ。簡単なセンサーを接続します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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レビューの前の部分で説明したマイクロコントローラーの内蔵 ADC を使用すると、さまざまなアナログセンサーを Arduino ボードに簡単に接続でき、測定された物理パラメーターを電圧に変換できます。

単純なアナログセンサーの例は、図に示すように、ボードに接続された可変抵抗器です。 1. SP3-33-32 など、任意のタイプにすることができます (図 2)。図の抵抗値はおおよその値であり、それよりも小さくても大きくても構いません。ただし、可変抵抗器の抵抗値が低いほど、マイクロコントローラーの電源から消費する電流が増加することに注意してください。また、信号源の抵抗 (この場合は可変抵抗器) が 10 kΩ を超えると、マイクロコントローラーの ADC は大きな誤差を伴って動作します。信号源となる可変抵抗器の抵抗値はスライダーの位置によって異なりますのでご注意ください。両端の位置ではゼロになり、中間の位置では最大値（公称抵抗の XNUMX 分の XNUMX に等しい）になります。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 1.可変抵抗器をボードに接続する方法

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 2. SP3-33-32

パラメータを段階的（離散的）に変化させるのではなく、滑らかに変化させたい場合には、可変抵抗器を使用すると便利です。例として、表に示す作業を考えてみましょう。可変抵抗スライダーの位置に応じてLEDの明るさを変えるプログラムが1つあります。 ADC から返された 4 ビットの XNUMX 進数を、analogWrite() 関数で XNUMX 番目のオペランドとして受け入れられる XNUMX ビットの数値に変換するには、プログラム内で U = U/XNUMX という行が必要です。この場合、これは元の数値を XNUMX で割ることによって行われます。これは、XNUMX 進数の下位 XNUMX 桁を破棄することと同じです。

表1

Arduino。簡単なセンサーの接続

適切な設計の可変抵抗器は、回転角度または線形変位センサーとして機能します。同様に、フォトレジスタ、サーミスタ、フォトダイオード、フォトトランジスタなど、多くの無線素子を接続できます。一言で言えば、電気抵抗が特定の環境要因に依存するデバイスです。

図では、図 3 は、フォトレジスタを Arduino に接続する図を示しています。照明が変化すると電気抵抗が変化し、それに応じて Arduino ボードのアナログ入力の電圧も変化します。図に示されている FSK-1 フォトレジスタは、SF2-1 などの他のフォトレジスタと置き換えることができます。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 3. Arduino フォトレジスタの配線図

テーブル内図 2 は、フォトレジスタが接続された Arduino ボードを単純な露出計に変えるプログラムを示しています。動作中、フォトレジスタと直列に接続された抵抗の両端の電圧降下を定期的に測定し、その結果をシリアルポートを介して任意の単位でコンピュータに送信します。これらは、図に示すように、Arduino デバッグターミナル画面に表示されます。 4. 見てわかるように、ある瞬間に測定された電圧が急激に減少しました。これは、明るく照らされたフォトダイオードが不透明なスクリーンによって隠されたときに発生しました。

表2

Arduino。簡単なセンサーの接続

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 4. Arduinoデバッグ端末の画面イメージ

ルクス (標準 SI 単位) で照度値を取得するには、結果に補正係数を掛ける必要がありますが、実験的に、フォトレジスタごとに個別に補正係数を選択する必要があります。このためには、標準的なルクスメーターが必要です。

フォトトランジスタ [1] またはフォトダイオード (図 5) も同様の方法で Arduino に接続されます。いくつかの感光デバイスを使用すると、ロボット用の簡単なビジョンシステムを構築することができます [2]。幅広いアマチュア無線家に知られている多くの古典的な設計、つまり蛾のサイバネティックモデルを、新しい技術レベルで実装することが可能です [3, p.134]。 151-4] または光に向かって移動する戦車のモデル [331、p. 332-XNUMX] XNUMX、XNUMX]。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 5.フォトダイオードをArduinoに接続するためのスキーム

フォトレジスタと同様に、サーミスタはArduinoに接続されており(図6)、温度に応じて電気抵抗が変化します。図に示されている MMT-4 サーミスタ (主な利点は密閉ハウジングにあります) の代わりに、MMT-1 や輸入品など、ほぼすべての他のサーミスタを使用できます。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 6.サーミスタをArduinoに接続する図

適切なキャリブレーションの後 [5、p. 231-255] 同様のデバイスを使用して、あらゆる種類の家庭用気象観測所、サーモスタット、および同様の構造物の温度を測定できます [6]。

ほとんどすべての LED が光源としてだけでなく、受光器、つまりフォトダイオードとしても機能することが知られています。実際のところ、LED 結晶は透明なハウジング内にあるため、その pn 接合は外部光源からの光にアクセスできます。さらに、LED ハウジングは通常、レンズのような形状をしており、外部放射をこの接合部に集中させます。その影響により、たとえば、pn 接合の逆抵抗が変化します。

図の回路に従ってLEDをArduinoボードに接続します。図 7 に示すように、同じ LED を本来の目的と光センサーの両方に使用できます [7]。このモードを示すプログラムを表に示します。 3. その考え方は、最初に逆電圧が LED の pn 接合に印加され、その静電容量が充電されるということです。次に、LED カソードは、入力として接続されている Arduino ピンを設定することによって絶縁されます。この後、プログラムは、外部照明に応じて、LED の pn 接合の静電容量が自身の逆電流によって論理ゼロのレベルまで放電される時間を測定します。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 7.LEDをArduinoボードに接続するためのスキーム

表3

Arduino。簡単なセンサーの接続

上記のプログラムでは、変数 t は unsigned int (符号なし整数) として記述されています。この型の変数は、-32768 から +32767 までの値を取る通常の int とは異なり、符号を格納するために 0 進数の最上位桁を使用せず、65535 から XNUMX までの値を取ることができます。

プログラムは while(digitalRead (K)!=0)t++ ループで放電時間を計算します。このループは、括弧内の条件が真になるまで、つまり LED のカソードの電圧が低論理レベルに低下するまで、t の値を XNUMX ずつ増加させながら実行されます。

場合によっては、ロボットが移動する表面の照明に関する情報を受け取るだけでなく、その色を判断できることも必要になります。下にある表面のカラーセンサーは、異なる発光色の LED で交互に照明し、フォトダイオードを使用して異なる照明の下で反射された信号のレベルを比較することによって実装されます [8]。カラーセンサー素子とArduinoボードの接続図を図に示します。 8、それを提供するプログラムが表にあります。 4.

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 8.カラーセンサーの要素をArduinoボードに接続するスキーム

表4

Arduino。簡単なセンサーの接続

表面の異なる照明下でフォトダイオードが受信した信号を測定する手順が何度も繰り返され、得られた結果が蓄積されてランダムな誤差が排除されます。次に、プログラムは累積された値の最大のものを選択します。これにより、表面の色を大まかに判断することができます。より正確に色を決定するには、最大の結果だけでなく、最小の結果との関係も考慮して、結果の処理を複雑にする必要があります。また、使用するフォトダイオードのスペクトル特性だけでなく、さまざまな色の LED の実際の明るさを考慮する必要もあります。

9 つの LED と XNUMX つのフォトダイオードで構成されるカラーセンサー設計の例を図に示します。 XNUMX. LED とフォトダイオードの光軸は調査対象の表面上の XNUMX 点に収束する必要があり、外部照明の影響を最小限に抑えるためにデバイス自体はできるだけそれに近い位置に配置されます。

Arduino。簡単なセンサーの接続
米。 9. XNUMXつのLEDとフォトダイオードのカラーセンサーの設計例

組み立てられたセンサーは、異なる色の表面で慎重に個別に調整する必要があります。結局のところ、異なる照明条件下で得られた測定結果を比較する前に掛ける係数の選択が重要になります。このようなセンサーを備えたロボットは、興味深い動作アルゴリズムを実行するように学習できます。たとえば、別の色で塗装された「禁止」ゾーンの境界を侵すことなく、ある色の作業フィールドを移動できるようになります。

この記事で説明されているプログラムは、ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip にあります。

文学

ホロストフ K. 窓辺の庭。 - レフティ、2014 年、第 11 号、p。 12-14。
ホロストフ K. 驚かないでください。ロボットは単純です。 - Lefty、2012 年、第 11 号、p. 12-14。
Otryashenkov Yu. M. 若いサイバネティスト。 - M.: 児童文学、1978 年。
Borisov V. G. 若いラジオアマチュア。 - M.: ラジオと通信、1992 年。
Revich Y. 楽しいエレクトロニクス。 - サンクトペテルブルク: BHV-ピーターズバーグ、2007 年。
ホロストフK. 温度を調節する。 - Lefty、2013 年、第 8 号、p. 12-14; No.9、p. 12-14。
Arduino/CraftDuino - LEDセンサーの実践的なプログラミング。 - URL: robocraft.ru/blog/arduino/70.html。
自家製カラーセンサー。 - URL: robocraft.ru/blog/sensor/395.html。

著者：D。Lekomtsev

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