Датчики наклона своими руками

Датчик наклона на базе Ардуино своими руками

Многие смартфоны могут порадовать своих владельцев набором функций, реализованных за счет встроенного акселерометра. Который представляет собой электромеханическое устройство, фиксирующее любые изменения рабочего органа в пространстве. Принцип действия основан на измерении ускорения перемещения инертной массы внутри акселерометра. На его основе работает автоматический переворот экрана, подстраивающий картинку в соответствии с положением телефона, счетчик шагов, приложение для обнаружения препятствия, ряд фитнесс приложений и т.д.

Благодаря использованию микроконтроллера Arduino вы можете самостоятельно сконструировать датчик наклона в домашних условиях.

Для этого вам понадобится:

• Акселерометр ADXL335;
• Плата Arduino Uno;
• Дисплей для отображения направления наклона (в данном случае мы используем светодиодный вариант).

Практическая реализация датчика наклона на базе Arduino приведена на рисунке ниже:

Рисунок 1: общий вид датчика

В данном примере рассматривается установка акселерометра ADXL335 выпускаемого компанией Analog Devices который подключается к соответствующим выводам на микроконтроллере Arduino Uno, а от микроконтроллера сигналы переводятся на дисплей. Для сборки такой схемы удобно использовать заводскую макетную плату, хотя датчик наклона отлично сможет функционировать и на любой другой ровной поверхности, которую вы будете использовать в роли базы. Главная задача реализовать основной принцип датчика, который приведен на блок-схеме ниже.

Рис. 2: блок-схема датчика

Преимуществом такой модели является установка Arduino Uno, так как этот микроконтроллер лучший вариант для электронных устройств, управляемых сигналам с платы. Ее программирование и использование в схеме доступно широким массам за счет простой адаптации под стандартное программное обеспечение компьютера и возможности самостоятельной настройки с последующим внесением корректив в их работу. Поэтому данный вариант отлично подходит как профессиональным конструкторам, так и любителям в сфере робототехники и электронного моделирования.

Для реализации датчика наклона Arduino Uno выбран неспроста, он собран на базе микросхемы ATmega328 и включает в себя 14 цифровых выходов, 6 аналоговых, USB разъем для подключения к устройствам программирования, ICSP разъем, вход питания, и оснащается функцией сброса или обнуления данных. Также в данной плате установлен кварцевый генератор на 16МГц, предназначенный для поддержания стабильной работы всего микроконтроллера.

Несмотря на внушительный объем его элементов, Arduino Uno имеет оносительно небольшие размеры и его достаточно легко эксплуатировать. Для этого вам понадобиться подключить плату к ПК через USB вход для установки рабочих параметров и запитать посредством батареи или через адаптер. Программирование и дальнейшая эксплуатация производится в операционной среде Arduino.

Как собрать датчик наклона?

Подключение акселерометра к микроконтроллеру осуществляется по такому принципу:

• Вывод ST подключается к пину платы Arduino A0;
• Вывод перемещений по оси Z подключается к пину платы Arduino A1;
• Вывод перемещений по оси Y подключается к пину платы Arduino A2;
• Вывод перемещений по оси X подключается к пину платы Arduino A3;
• Вывод GND подключается к пину платы Arduino A4;
• Вывод VCC подключается к пину платы Arduino A5.

Затем от микроконтроллера Ардуино производится подключение к дисплею, в данной ситуации состоящего из группы светодиодов. Для подключения от платы берутся выходы с 8 по 12 и пин питания на 5В, которые распределяются по логике схемы следующим образом:

• Пин 5В является общей точкой подключения;
• Восьмой подключается к светодиоду, сигнализирующему о наклоне в правую сторону;
• Девятый подключается к светодиоду, сигнализирующему о стабильном положении датчика по центру (его, для отличия, мы делаем красного цвета, но это не принципиально);
• Десятый подключается к светодиоду, сигнализирующему о перемещении датчика назад;
• Одиннадцатый подключается к светодиоду, сигнализирующему о наклоне в левую сторону;
• Двенадцатый подключается к светодиоду, сигнализирующему о наклоне датчика вперед.

При изменении положения акселерометра в пространстве произойдет движение инертной массы. В результате такого движения инертная масса приведет к замыканию контактов и подаст соответствующий сигнал с одного из выводов. Далее этот сигнал обработается микроконтроллером Arduino и преобразуется в подачу напряжения на определенный светодиод или группу светодиодов. Вот по такому принципу и осуществляется работа датчика наклона на базе Arduino.

Помимо приведенного способа сборки датчика на макетной плате, вы можете с тем же успехом реализовать его на печатной плате. Пример такой платы приведен на рисунке ниже.

Рисунок 4: схема для печатной платы

Проверка правильности подключения осуществляется в контрольных точках, приведены на рисунке 3. Напряжение в них должно соответствовать данным из таблицы.

Таблица: уровни напряжения в контрольных точках

Точка на рисунке	Напряжение в точке, В
Т0	0
Т1	5
Т2	Ниже, чем в Т3
Т3	Выше, чем в Т2

Тестирование работоспособности и корректировка параметров

После электрического соединения элементов датчика наклона производится загрузка программы, на устройство через ПК, для чего вам необходимо:

• Подключить микроконтроллер к компьютеру через USB переходник;
• Загрузить программу (test.ino) с компьютера на Ардуино УНО;
• Затем на компьютере откройте программную среду Arduino, в которой отображается исходный код от соответствующих выводов акселерометра;
• Сбросьте данные и отметьте числовые изменения по всем трем осям (X, Y, Z), которые происходят при наклоне датчика влево, вправо.

Если вас не устраивает положение, в котором светодиод начинает загораться, его можно откорректировать. Для изменения угла наклона, при котором датчик будет сигнализировать об изменении положения, вам понадобится:

• Оставаясь в программной среде Arduino, начните наклонять датчик влево, когда угол наклона достигнет той отметки, в которой светодиод должен загораться, отметьте для себя – это будет значение кода «A_max», граница отключения светодиода при возвратном движении датчика будет такой же;
• Для регулирования угла наклона вправо повторите ту же операцию, наклонив до нужного угла, отметьте для себя цифровое значение – это будет значение кода «A_min», та же величина прекратит горение при возвратном движении к нейтральной позиции датчика;
• Эти значения нужно изменить в теле программы tiltdetection.ino, для чего запускается Arduino IDE, в строки «A_max» и «A_min» вносятся записанные вами ранее данные (рисунок 5); Рис. 5. Снимок экрана программирования Arduino Uno
• После этого сохраните внесенные изменения и заново загрузите откорректированную программу на микроконтроллер.

Теперь устройство будет работать с более приемлемым для вас углом наклона. Здесь разобран пример корректировки угла перемещения датчика влево и вправо. Но при желании вы можете проделать те же манипуляции и для изменения угла наклона вперед и назад, при переходе через который будут загораться и гаснуть светодиоды.

Что нужно для работы программы?

Так как микроконтроллер программируется на специально разработанной под него платформе Arduino IDE, никаких дополнительных языков программирования и специальных навыков по работе с ними вам иметь не нужно, достаточно просто подключить Arduino к компьютеру. Также стоит отметить, что микросхема ATmega328 в Arduino Uno изначально содержит предварительно установленный механизм загрузки. Именно он позволяет программировать устройство без каких-либо аппаратных программаторов, а взаимодействие программной среды на компьютере и микросхеме происходит по протоколу STK500.

Для работы с программным обеспечением микроконтроллера вам понадобиться войти в меню «Инструменты», затем выбрать «Платы» и установить Arduino Uno (если вы применяете другую модель, установите ее). После этого через Arduino IDE запрограммируйте плату на логику датчика наклона и можете приступать к эксплуатации готового устройства. Также можно программировать Ардуино через протокол ICSP, но этот метод больше подходит искушенным программистам, а не начинающим конструкторам, поэтому куда проще пользоваться стандартным способом.

Исходный код программы: Датчик наклона на базе Arduino

Источник

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Датчик качания кузова автомобиля своими руками.

Датчик колебаний кузова своими руками.

Описанная ниже схема датчика механических колебаний применяется в различных цифровых устройствах охранной сигнализации автомобиля. В качестве чувствительного элемента можно использовать любой стрелочный индикатор уровня записи от какого-нибудь старенького кассетного магнитофона.

Правда, перед использованием его необходимо немного доработать:

• Аккуратно по склейке вскрываем лезвием индикатор ;
• На кончик стрелки нанижем и закрепим кусочек трубчатого припоя длиной 4 мм, внутренность которого освобождена от флюса или канифоли.
• По обеим сторонам шкалы, в качестве демпферов — ограничителей, приклеим небольшие прямоугольные кусочки поролона.
• Соберем индикатор, восстановим склейку.

Таким образом, наш индикатор превратился в датчик колебаний.
Ниже приведена принципиальная схема устройства.

Здесь РА1 — микроамперметр М476/1 с утяжеленной стрелкой, он является чувствительным элементом датчика. Когда стрелка начинает колебаться – она перемещает рамку в магнитном поле, и в обмотке рамки возникает электрическое напряжение.

Сигнал с рамки датчика поступает на вход аналого-цифрового компаратора DA1, где он усиливается и приводится к цифровому стандарту. Конденсатор С2 демпфирует колебания (звон) на выходе компаратора при переключении выходного напряжения. Резистором R3 регулируется пороговое напряжение (чувствительность) датчика таким образом, чтобы он не реагировал на малые колебания кузова, не связанные со вскрытием или угоном автомобиля.

Крепление датчика производится в подкапотном пространстве таким образом, чтобы утяжеленный конец стрелки микроамперметра смотрел вниз, а ось качания располагалась вдоль автомобиля, хотя в некоторых статьях про подобные устройства ось качания располагают и поперек.

Ток, потребляемый датчиком при +Uпит =5 В, не превышает 1,5 мА.

Предлагаемый датчик реагирует на наклоны, качку кузова, удары и вибрацию кузова автомобиля. Этот датчик более универсален, чем штатные датчики удара автосигнализаций, которые реагируют только на удары и резкую вибрацию. Приведенный ниже вариант можно использовать вместо штатного датчика.

Как и в первом варианте в качестве чувствительного элемента используется магнитная рамка микроамперметра М476/1 контроля уровня записи кассетного магнитофона. Ее также подготавливают по вышеописанной методике (утяжеляют стрелку и наклеивают демпферы из поролона). Устанавливают в потайном месте салона автомобиля так, чтобы ось вращения рамки микроамперметра была параллельна направлению движения автомобиля, а стрелка с грузом направлена вниз.

Принципиальная электрическая схема.

В1 – микроамперметр М476/1. Полярность подключения значения не имеет. Колебания магнитного поля, наводимые в рамке микроамперметра усиливаются операционным усилителем КР140УД1208. При достижении выходного напряжения операционного усилителя порога переключения логического элемента D2.3 на выходной разъём поступает сигнал тревоги 1-го уровня, при котором «ревун» сигнализации издает короткий звук. На элемент D2.1 сигнал не проходит потому, что его часть падает на диодах VD1 и VD2, не позволяя элементу D2.1 открыться. В случае сильного раскачивания кузова автомобиля и появления на выходе операционного усилителя сигнала большой амплитуды (большого уровня), элемент D2.1 переключается, и на выходном разъёме появляется сигнал тревоги 2-го уровня, при котором «ревун» сигнализации издает длительный непрерывный звук.

Элементы R10,VD3,C2 –понижающий стабилизатор питания 9 вольт.
Резистором R2 производится настройка чувствительности датчика колебаний.
Микросхема D2 — КМОП типа К176ЛА7.

Спаренный переключатель S1 предназначен для возможного подключения к любому типу автомобильной сигнализации, как с нормально замкнутыми контактами, так и нормально разомкнутыми.

Предлагаемый датчик можно подключить не только к дополнительному разъёму, но и в параллель к штатному датчику, а также параллельно дверным выключателям освещения салона. Для этого, на выходе схемы необходимо использовать буферные транзисторные каскады.

Уважаемый Пользователь! О том, как получить нужный материал, прочитайте информацию по кнопке ниже:

Источник

Самодельный датчик наклона

В данной статье автор поясняет процесс создания простейших датчиков наклона. Как их использовать зависит только от вашей фантазии, но по утверждению автора его самоделка будет полезна владельцам авто, для установки дополнительных датчиков в цепь сигнализации. Замыкая электрическую цепь, они будут сигнализировать о изменении угла наклона автомобиля, что будет весьма к стати, если злоумышленники решили нажиться на ваших колесах. Для этих целей конечно существуют датчики фабричного производства, но их цена в около 1500 рублей, что согласитесь весьма не мало, а данный проект весьма бюджетен, и практически не потребует ни каких финансовых затрат.

Датчики представляют собой две емкости, скрепленных между собой и наполненных сыпучим токопроводящим материалом (в данном случае металлическими шариками). Внутри каждой емкости находятся два разомкнутых электрических контакта.

Принцип работы датчиков таков: при изменении его угла наклона сыпучий материал меняет место своего положение и в одной из емкостей происходит замыкание цепи.

Необходимые материалы:
— Две небольших стекленных баночки;
— Две пробки;
— Канцелярские скрепки (или другие жесткие проводники);
— Мелкие металлические шарики;

Стеклянные бутылочки можно приобрести в аптеке, купив любое недорогое лекарство.
Металлические шарики использовались с подшипников, как утверждает автор они были установлены в колесах велосипеда «школьник».

Пробки автор использовал из винных бутылок, для того чтобы они влезли в наши бутылочки их необходимо немного подточить до нужного диаметра.

Следующий шаг это обмотка горлышка бутылочек медной проволокой, как на фотографии:

Источник