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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 아두이노. 간단한 센서를 연결합니다. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 리뷰의 이전 부분에서 설명한 마이크로 컨트롤러에 내장된 ADC를 사용하면 측정된 물리적 매개변수를 전기 전압으로 변환하는 다양한 아날로그 센서를 Arduino 보드에 쉽게 연결할 수 있습니다. 간단한 아날로그 센서의 예로는 그림 1과 같이 보드에 연결된 가변 저항기가 있습니다. 3. 예를 들어 SP33-32-2(그림 10)와 같이 모든 유형이 가능합니다. 다이어그램의 저항 값은 대략적으로 표시되며 더 작거나 클 수 있습니다. 그러나 가변 저항기의 저항이 낮을수록 마이크로컨트롤러 전원 공급 장치에서 더 많은 전류를 소비한다는 점을 기억해야 합니다. 그리고 신호 소스 저항(이 경우 가변 저항기)이 XNUMXkOhm을 초과하면 마이크로 컨트롤러의 ADC가 큰 오류로 작동합니다. 신호 소스인 가변 저항의 저항은 슬라이더의 위치에 따라 달라집니다. 극단 위치에서는 XNUMX이고 중간 위치에서는 최대값(공칭 저항의 XNUMX/XNUMX에 해당)입니다.
가변저항을 사용하면 단계적으로(불연속적으로) 매개변수를 변경하는 것보다 원활하게 매개변수를 변경하려는 경우에 편리합니다. 예를 들어 표에 표시된 작업을 고려하십시오. 가변저항 슬라이더의 위치에 따라 LED의 밝기를 변경하는 1개의 프로그램입니다. ADC에서 반환된 4비트 이진수를 AnalogWrite() 함수의 두 번째 피연산자로 허용되는 XNUMX비트 숫자로 변환하려면 프로그램에 U = U/XNUMX 줄이 필요합니다. 이 경우 이는 원래 숫자를 XNUMX로 나누어 수행되며 이는 최하위 이진수 두 자리를 버리는 것과 같습니다. 표 1
적절한 설계의 가변 저항기는 회전 각도 또는 선형 변위 센서 역할을 할 수 있습니다. 마찬가지로 포토레지스터, 서미스터, 포토다이오드, 포토트랜지스터 등 다양한 무선 요소를 연결할 수 있습니다. 즉, 전기 저항이 특정 환경 요인에 따라 달라지는 장치입니다. 그림에서. 그림 3은 포토레지스터를 아두이노에 연결하는 다이어그램을 보여준다. 조명이 변하면 전기 저항이 변하고 그에 따라 Arduino 보드의 아날로그 입력 전압도 변합니다. 다이어그램에 표시된 FSK-1 포토레지스터는 SF2-1과 같은 다른 포토레지스터로 교체할 수 있습니다.
테이블에 그림 2는 포토레지스터가 연결된 Arduino 보드를 간단한 조도계로 바꾸는 프로그램을 보여줍니다. 작동하는 동안 포토레지스터와 직렬로 연결된 저항기의 전압 강하를 주기적으로 측정하고 그 결과를 직렬 포트를 통해 임의 단위로 컴퓨터에 전송합니다. 그림 4과 같이 Arduino 디버깅 터미널 화면에 표시됩니다. XNUMX. 보시다시피 특정 순간에 측정된 전압이 급격히 감소했습니다. 이는 밝게 빛나는 포토다이오드가 불투명한 화면에 의해 가려졌을 때 발생했습니다. 표 2
럭스(표준 SI 단위) 단위의 조명 값을 얻으려면 결과에 보정 계수를 곱해야 하지만 각 포토레지스터에 대해 실험적으로 개별적으로 선택해야 합니다. 이를 위해서는 표준 럭스 측정기가 필요합니다. 포토트랜지스터[1] 또는 포토다이오드(그림 5)는 비슷한 방식으로 Arduino에 연결됩니다. 여러 가지 감광 장치를 사용하여 로봇을 위한 간단한 비전 시스템을 구축하는 것이 가능합니다[2]. 광범위한 무선 아마추어들에게 알려진 많은 고전적 디자인, 즉 나방의 사이버네틱 모델을 새로운 기술 수준에서 구현하는 것이 가능합니다 [3, p. 134-151] 또는 빛을 향해 움직이는 탱크 모델 [4, p. 331, 332].
포토레지스터와 유사하게 서미스터가 Arduino에 연결되어 있으며(그림 6) 온도에 따라 전기 저항이 변경됩니다. 다이어그램에 표시된 MMT-4 서미스터 대신 밀봉 하우징이 가장 큰 장점이며 MMT-1 또는 수입품과 같은 거의 모든 서미스터를 사용할 수 있습니다.
적절한 교정 후 [5, p. 231-255] 유사한 장치를 사용하여 모든 종류의 가정용 기상 관측소, 온도 조절 장치 및 유사한 구조물의 온도를 측정할 수 있습니다[6]. 거의 모든 LED는 광원뿐만 아니라 수광기(포토다이오드)로도 사용할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 사실 LED 크리스탈은 투명한 하우징에 있으므로 pn 접합이 외부 소스의 빛에 접근할 수 있습니다. 또한 LED 하우징은 일반적으로 외부 방사선을 이 접합부에 집중시키는 렌즈 모양입니다. 예를 들어, 그 영향으로 pn 접합의 역저항이 변경됩니다. 그림 7의 회로에 따라 LED를 Arduino 보드에 연결합니다. 7에서는 동일한 LED를 의도된 목적과 광센서로 모두 사용할 수 있습니다[3]. 이 모드를 설명하는 프로그램이 표에 나와 있습니다. XNUMX. 그 아이디어는 먼저 LED의 pn 접합에 역전압을 적용하여 정전용량을 충전하는 것입니다. 그런 다음 연결된 Arduino 핀을 입력으로 구성하여 LED 음극을 절연합니다. 그 후, 프로그램은 외부 조명에 따라 자체 역전류에 의해 LED의 pn 접합 커패시턴스가 논리 XNUMX 수준까지 방전되는 기간을 측정합니다.
표 3
위 프로그램에서 변수 t는 unsigned int(부호 없는 정수)로 설명됩니다. 이 유형의 변수는 -32768에서 +32767까지의 값을 취하는 일반 int와 달리 부호를 저장하기 위해 최상위 이진수를 사용하지 않으며 0에서 65535까지의 값을 취할 수 있습니다. 프로그램은 while(digitalRead (K)!=0)t++ 루프에서 방전 시간을 계산합니다. 이 루프는 괄호 안의 조건이 참이 될 때까지, 즉 LED 음극의 전압이 낮은 논리 레벨로 떨어질 때까지 t의 값을 XNUMX씩 증가시킬 때마다 실행됩니다. 때로는 로봇이 움직이는 표면의 조명에 대한 정보를 수신할 뿐만 아니라 로봇의 색상을 결정할 수도 있어야 합니다. 기본 표면에 대한 컬러 센서는 서로 다른 발광 색상의 LED를 교대로 조명하고 포토다이오드를 사용하여 서로 다른 조명에서 반사된 신호 레벨을 비교함으로써 구현됩니다[8]. Arduino 보드와 컬러 센서 요소의 연결 다이어그램은 그림 8에 나와 있습니다. 4, 그리고 이를 서비스하는 프로그램이 표에 나와 있습니다. XNUMX.
표 4
표면의 다양한 조명 하에서 포토다이오드가 수신한 신호를 측정하는 절차는 여러 번 반복되며 얻은 결과는 무작위 오류를 제거하기 위해 누적됩니다. 그런 다음 프로그램은 누적된 값 중 가장 큰 값을 선택합니다. 이를 통해 표면의 색상을 대략적으로 판단할 수 있습니다. 색상을 더 정확하게 결정하려면 가장 큰 결과뿐만 아니라 더 작은 결과와의 관계도 고려하여 결과 처리를 복잡하게 만들어야 합니다. 또한 사용된 포토다이오드의 스펙트럼 특성뿐만 아니라 다양한 색상의 LED의 실제 밝기도 고려해야 합니다. 9개의 LED와 포토다이오드로 구성된 컬러 센서 설계의 예가 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX. LED와 포토다이오드의 광축은 연구 중인 표면의 한 지점에 수렴해야 하며, 외부 조명의 영향을 최소화하기 위해 장치 자체는 가능한 한 가깝게 배치됩니다.
조립된 센서는 다양한 색상의 표면에 대해 세심한 개별 보정이 필요합니다. 비교하기 전에 다양한 조명 조건에서 얻은 측정 결과를 곱해야 하는 계수를 선택해야 합니다. 이러한 센서가 장착된 로봇은 흥미로운 움직임 알고리즘을 수행하도록 학습될 수 있습니다. 예를 들어, 그는 다른 색상으로 칠해진 "금지" 영역의 경계를 위반하지 않고 한 색상의 작업 영역을 이동할 수 있습니다. 기사에서 논의된 프로그램은 ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/asensors.zip에서 찾을 수 있습니다. 문학
저자: D. Lekomtsev
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