Как сделать акселерометр своими руками

Самодельный измеритель инерционных перегрузок в автомобиле (индикатор ускорения)

С помощью этого измерителя вы сможете узнать, сколько «G» вы сможете выжать на своем авто. Измеритель в действии:

Целью данного проекта является сборка устройства, которое смогло бы измерить перегрузки, которые вы испытываете в своем автомобиле. К тому же оно должно удобно устанавливаться у лобового стекла автомобиля. Устройство имеет трехсимвольный 7-сегментный светодиодный дисплей, отображающий перегрузки в режиме реального времени с точностью до десятых. Список необходимых деталей:

• Стабилизатор напряжения LM7805 5 В

• Микроконтроллер PIC 18F452 Является «мозгом» всего устройства

• Акселерометр ADXL320 Основной сенсор — измеряет ускорение и выдает аналоговое значение эквивалентное ускорению.

• 7-сегментный светодиодный индикатор Необходим для отображения текущего значения перегрузки. Управляется микроконтроллером. Требуется 3 шт.

• Кварцевый резонатор 20 МГц Может быть заменен на кварцы частотой в 4 МГц и 8 МГц без каких-либо последствий.

• Элемент питания типоразмера «Крона» 9 В
• Пластиковый корпус для проекта
• Все необходимое оборудование для пайки
• Макетная плата
• SPST переключатель

Теперь перейдем к схеме. Схему можно разделить на три главные части : схема сенсора, в которой сенсор подключается к аналого-цифровому преобразователю микроконтроллера; схема питания, включающая в себя переключатель, стабилизатор напряжения и элемент питания; схема подключения 7-сегментных индикаторов к микроконтроллеру.

Характеристики каждой части схемы:

• Схема питания Схему питания представляет собой соединенный с стабилизатором 9 В элемент, что гарантирует стабильной напряжение в 5 В и конденсатор емкость в 10 мкФ между землей и плюсом питания.
• Схема сенсора Подключается сенсор крайне просто — соединяем аналоговый вывод микроконтроллера AN с выводом Y-axis сенсора. Остальные выводы сенсора не используются, естественно за исключением Vcc и Gnd.
• 7-сегментные светодиодные индикаторы Возможно, соединение индикатора с микроконтроллером может показаться несколько хаотичным. Причина такого соединения крайне проста — вначале писалась программа для микроконтроллера, а лишь потом разводилась схема. Попробую описать теорию работы акселерометра вкратце — акселерометр измеряет ускорение, учитывая гравитационную силу земли, поэтому его также можно использовать для измерения наклона (см. видео).

Теперь перейдем от теории к практике, а именно пошаговой инструкции:

Шаг 1 — Достаем все необходимые детали.

Шаг 2 — Подготавливаем корпус.

Шаг 3 — Отмечаем расположение выводов индикаторов на бумаге.

Шаг 4 — Просверливаем отверстия для выводов индикаторов.

Шаг 5 — Приклеиваем индикаторы к корпусу.

Шаг 6 — Просверливаем отверстие для выключателя и закрепляем его с помощью эпоксидной смолы.

Шаг 7-8 — Вырезаем нужную «фигуру» из макетной платы и помещаем ее в корпус. Устанавливаем элемент питания (это объясняет L-образную форму макетной платы).

Шаг 9 — Собираем все вместе.

Шаг 10 — Подключаем индикаторы к микроконтроллеру.

Шаг 11 — Так все должно выглядеть на данном шаге.

Шаг 12 — Просверливаем отверстия для акселерометра.

Шаг 13 — Приклеиваем акселерометр к корпусу.

Шаг 14 — Соединяем акселерометр с микроконтроллером.

Шаг 15 — «Наводим лоск» с помощью изоляционной ленты.

Шаг 16 — Прикрепляем присоски к корпусу.

Что же касается программного обеспечения, тут все намного проще.

Исходный код предоставлен ниже:

while(1) <
update_char_display(char_disp); //Update 7-Segs
Delay1KTCYx(250); //Delay A Little While
Delay10TCYx(5); //Redundant Delay For A/D
ConvertADC(); //Do A/D Conversion
while( BusyADC() );
current_result = ReadADC();
temp = current_result — past_result;

//If Only A Slight Change Don’t Update
if( temp > 2 || temp

Перевод: Ale)(ander, по заказу РадиоЛоцман

Источник

Что показывает микросхема-акселерометр + самодельный двух-осевой датчик наклона.

Коротко и понятно.

Найдены возможные дубликаты

Arduino & Pi

1K постов 17.9K подписчиков

Правила сообщества

В нашем сообществе запрещается:

• Добавлять посты не относящиеся к тематике сообщества, либо не несущие какой-либо полезной нагрузки (флуд)

• Задавать очевидные вопросы в виде постов, не воспользовавшись перед этим поиском

• Выкладывать код прямо в посте — используйте для этого сервисы ideone.com, gist.github.com или схожие ресурсы (pastebin запрещен)

• Рассуждать на темы политики

это урок. он обьяснял как работает акселерометр. показал так сказать аналог

Ресурс у этих резисторов сильно низкий, а так ничего.

Суровый челябинский акселерометр.

Как в маршрутке или в метро , играя в игру где используется акселерометр , он не начинает тупить ?

Зачем? За 60 рублей можно взять нормальный гироскоп с акселерометром работающий по интерфейсу I2C. у которого все параметры на порядки лучше.

когда начнешь сам такие штуки лепить, тоже еб*ло будет серьезным)

Беспроводной пульт для презентаций своими руками

Сегодня хотел бы поделиться информацией, как можно собрать беспроводной пульт для презентаций. Про беспроводное управление компьютером рассказывал в предыдущей публикации.

После чего решил сделать прошивку, которая подойдет для реализации пульта для управления презентацией.

Управлять можно не только презентацией, но и медиафайлами и уровнем звука.

Также можно управлять курсором мыши, что придает пульту большую универсальность и область применения.

Управлять с помощью пульта можно:

• Открытие и просмотр документов,

При желании функционал можно урезать или расширить.

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Увеличение количества пинов NodeMCU с помощью сдвигового регистра

Так как у NodeMCU не так и много пинов для подключения периферии, часто возникает нехватка pin. Поэтому такую замечательную отладочную плату откладываем на полку и ищем другие железки для реализации проекта.

Но в некоторых случаях можно расширить количество пинов с помощью сдвигового регистра и реализовать проект на NodeMCU.

Все исходные материалы к уроку можно найти на сайте>>

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Дисплей Nextion и NRF24 беспроводное управлении реле

Я уже вкладывал уроки про дисплей Nextion. В которых рассказывал, как можно организовать контроль доступа. Сегодня в проекте рассмотрим более расширено применение полученных знаний из уроков.

С помощью радио модуля NRF24 беспроводным способом (по воздуху) будем управлять реле. Включать и выключать можно различную нагрузку: свет, отопление, вентиляцию и пр.

На основе данной системы можно сделать беспроводное управление освещением в доме.

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Самое простое дистанционное управление компьютером

Сегодня расскажу, как я делал удалённое управление ПК с помощью пульта ДУ. Реализовывал я это года 3-4 назад для переключения мультиков для ребёнка на YouTube.

Когда я сидел за компьютером, а ребенок смотрел мультики в другом конце комнаты. И чтобы не вставать постоянно для переключения мультфильмов. Сделал вот такую леньтяйку.

Сегодня данным проектом решил поделиться с вами.

Так выглядит переключение композиций в ВК. А также регулирование громкости.

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Как сделать тетрис классический

Дисплей от Nokia 5110 — это наверное самый дешевый дисплей который можно найти для своих проектов на Arduino. На базе него мы разберемся с вопросом: «Как же сделать тетрис-игру?@

Основная проблема всех библиотек для рисования на этом дисплее — отсутствие поддержки русского языка. Решается установкой дополнительных шрифтов, которые подменяют английские символы на русские.

Избалованные i2c шиной скажут «фу», ведь у нас 4 провода управления SCLK, DIN, DC, CE и RTS которые соответственно подключаются к Arduino, 3, 4, 5, 6, 7. Не забываем подключить питание 3.3 вольта, и землю.

Для рисования будем использовать библиотеку Adafruit GFX Library. В архиве с ней есть примеры использования.

Для управления игрой используем ИК пульт от телевизора. Сигнал будет принимать датчик TL1838.

Я использовал Arduino Uno, т.к. она уже имеет стабилизатор на 3.3 вольт.

Подключение IR приемника:

pin 8 — IR (управляющий). Питание на +5V и GND.

pin 9 — speaker, Земля на GND.

При «проваливании» на собранную строку будет воспроизводиться писк. Он реализован на особенности нескольких пинов Ардуино (в нашем случае 9) выдавать ШИМ с заданной частотой. Игра поддерживает все атрибуты нормальной игры. Ту и подсказка следующей фигуры и текущий счет. Игра ведет учет рекордов. Это значение хранится в энергонезависимой памяти Ардуино. Чтобы сбросить рекорд, достаточно изменить в скетче значение flfirst=1234 на любое другое. В игре также идет автоувеличение скорости падения через каждые 30 списанных строчек, так что, бесконечно долго поиграть не получится ). Скетч не оптимизировался и тщательно не прогонялся, а был написан на досуге в свое удовольствие. Если кто обнаружит ошибку — пишите. О ©. Скетч разрешается править для себя как угодно. Только при публикации где-либо своих вариантов ссылку на первоисточник-муську указывайте ). Для чего делал — длинные выходные + «из любви к искусству». Была бы дочка маленькой, сделал бы ей, наверное, мини игровой автомат для кукольной комнатки на 8 марта, как раз успел бы. Добавил бы несколько игр типа Змейки и Арканоида, а корпус вырезал бы из текстолита, наверное. Только дочка в этом году уже докторскую защищает, так, что мимо, но может кому еще эта идея пригодится ).

Источник

МЭМСы. Как устроены современные датчики?

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты. Сейчас довольно трудно встретить системы в которых не используются датчики, выполненные по данной технологии. Но как устроены современные датчики и какие преобразователи используются для работы с ними? Постараемся детально разобраться в этом вопросе, основываясь на работе современных МЭМС-акселерометров.

Простейший акселерометр, как он работает?

Акселерометр — прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения (разности между истинным ускорением объекта и гравитационным ускорением). Принцип работы можно объяснить с помощью простой модели.

Модель устройства механического акселерометра (оригинал)

При увеличении ускорения, масса будет растягивать пружину. По закону Гука из школьной программы физики можно с легкостью найти ускорение системы:

, где k -коэффициент упругости пружины, – ее растяжение и m – масса груза.

Используя три перпендикулярно расположенных датчика, можно узнать ускорение предмета по 3-м осям, и зная начальные условия определить положение тела в пространстве.

Эта незамысловатая модель представляет собой основу работы большинства акселерометров, которые можно поделить на 3 основные подгруппы:

• механические
• электронные
• пьезоэлектрические

Есть еще термальные и оптические, однако их рассматривать не будем. Если с механическими все понятно (по сути, их работу отражает модель сверху), то с электронными и пьезоэлектрическими немного поинтереснее.

Пьезоэлектрический акселерометр

Основывается данный тип датчиков на пьезорезистивном эффекте, который был открыт в 1954 году Смитом в таких полупроводниках как германий и кремний. В отличие от пьезоэлектрического эффекта, пьезорезистивный эффект вызывает изменение только электрического сопротивления, но не электрического потенциала.

При увеличении ускорения, инертная масса увеличивает/уменьшает давление на пьезоэлемент. Благодаря пьезоэффекту происходит генерация сигнала, который зависит от внешнего ускорения.

Устройство пьезоэлектрического акселерометра (оригинал)

Датчики такого типа требуют дополнительного усилителя, который увеличивает амплитуду сигнала, и создает низкоимпедансный выход для работы с внешними устройствами. Для калибровки нулевого значения ускорения используется Preload Bolt, масса которого рассчитана так, чтобы соответствовать нулевой точки ускорения в системе.

Датчики такого типа до сих пор сильно распространены, и в основном применяются в системах, требующих высокую надежность — automotive. Для коммерческой электроники зачастую используют электронные акселерометры, которые имеют меньший размер и цену.

Электронные акселерометры

Принцип работы электронных датчиков основан на изменении емкости конденсаторов при изменении ускорения. Простейшая модель работы представлена на картинке.

Устройство 2-х осевого электро-механического акселерометра

При изменении ускорения, масса изменяет расстояние между обкладками конденсатора. Из простейшей формулы емкости конденасатора следует, что при изменении d расстояния между обкладками емкость конденсатора будет также изменяться. Широкое применение данный метод получил, благодаря развитию МЭМС (MEMS)– микроэлектромеханических систем.

МЭМС технологии позволяют создавать конденсаторы с подвижными обкладками на кремниевой подложке, что существенно уменьшает размер устройства, и что не маловажно – его стоимость.

Устройство 2-х осевого электро-механического акселерометра (оригинал из книги «Introductory MEMS». Дальнейшие иллюстрации тоже взяты из этой книги)

У читателя наверняка возник вопрос: “как именно детектировать изменение емкости конденсатора?” Постараюсь дать на этот вопрос исчерпывающий ответ.

Устройство МЭМС акселерометра. Как превратить изменение емкости в сигнал?

Емкостной полумост

Итак прежде, чем описывать работу самого датчика, обратимся к довольно популярной схеме в схемотехнике – емкостному полумосту (Capacitive half-bridge).

Емкостной полумост — основа МЭМС-датчиков

Напряжения и являются входными, а – выходной сигнал для последующего преобразования. Емкости обоих конденсаторов зависят от внешнего ускорения, и изменяются на величину x(t). При x = 0, заряды на емкостях являются идентичными, и при этом . При условии, что x Вывод формулы для изменения емкости

Запишем через формулу емкости:

Упростив данные формулы, получаем следующее:

Учитывая условие, что x Вывод формулы зависимости выходного тока от изменения емкости

Учитывая тот факт, что ток является производной заряда dq/dt, а заряд q=CU, преобразуем данное уравнение в следующий вид:

Пусть потенциалы , тогда исходя из формулы (1.1):

Результат получился довольно странный: выходной ток никак не зависит от изменения емкости. Для того, чтобы детектировать изменение емкости, необходимо задавать на обкладках напряжения разной полярности, то есть: , а . Тогда переделаем уравнение с учетом данной модификации.

Учитывая уравнение 1.2 для изменения емкости, получаем:

Из этого уравнения видны следующие факты:

• если положение пластин не меняется во времени, то
• аналогично если источник сигнала постоянный (DC), то

Для эффективной работы емкостного полумоста необходимо использовать переменные входные сигналы e1 и e2, смещение фаз между которыми будет равно 180 градусов (для того, чтобы потенциалы имели разный знак). Поэтому получаем следующий вид сигналов:

, где – частота переменного сигнала (определяется на этапе разработки, в зависимости от полосы пропускания системы и нормальной работы механических емкостей).

Итак, мы получили уравнение (1.4), которое показывает, как изменение емкости конденсатора влияет на выходной сигнал системы. Однако такой сигнал будет довольно малый по амплитуде, к тому же если подключим к нему нагрузку для общения с внешним миром — вся система рухнет. Тут нужен усилитель…

Просто добавь усилитель

Добавим в нашу систему усилитель (будем считать, что коэффициент усиления — — сл-но работает принцип виртуальной земли).

Емкостной полумост + интегратор

Итак теперь найдем зависимость выходного напряжения усилителя от изменения емкости.

Ток через конденсатор можно записать через изменение заряда dq/dt, поэтому исходя из полученного уравнения (1.4) получаем:

Данное уравнение показывает, что выходной сигнал зависит не только от положения обкладки x, но и от ее скорости движения (что не желательно). Для того чтобы компонента, вносимая скоростью, была незначительной, необходимо использовать высокочастотный входной сигнал (обычно такую частоту выбирают в районе 1 ГГц). Запишем компоненты уравнения как гармонические сигналы:

Выбираем частоту достаточно высокую, чтобы :

Учитывая, что сигналы и имеют одинаковую частоту переходим к отношению их амплитуд:

В итоге мы получили зависимость выходного сигнала усилителя от изменения положения обкладки конденсатора. Внимательный читатель должен сразу обратить внимание – это же амплитудная модуляция! Действительно, в данной системе мы имеем сигнал x(t), который перемножается с сигналом и усиливается на величину . Следующий шаг – убрать несущую частоту , и мы получим усиленный сигнал x(t) – который пропорционален ускорению. Долгий путь вычислений привел нас к пониманию архитектуры МЭМС-акселерометра.

Архитектура МЭМС акселерометра

Рассмотрим сначала функциональную схему датчика:

Функциональная схема МЭМС-акселерометра

Изначально у нас есть сигнал x(t) – который отражает изменение ускорения. Далее мы перемножаем его с несущим сигналом и усиливаем с помощью операционного усилителя (в режиме интегратора). Далее происходит демодуляция – простейшая схема – диод и RC фильтр (в реальности используют усложненную схему, синхронизируя процесс модуляции и демодуляции одной несущей частотой ). После чего остатки шума фильтруются с помощью фильтра низких частот.

В качестве примера приведу один из первых МЭМС акселерометров компании Analog Devices – ADXL50:

Структурная схема ADXL50

Наверное, приведя структурную схему датчика в начале статьи многим читателям не было бы понятно назначения некоторых блоков. Теперь завеса приоткрыта, и можем обсудить каждый из них:

• Блок, который называется “MEMS sensor” – является емкостным полумостом.
• Блок “oscillator” генерирует сигнал на частоте 1ГГц.
• Сигнал осциллятора также используется для синхронной демодуляции.
• Выходной усилитель и дополнительные резисторы создают нулевую точку, относительно которой можно смотреть знак изменения ускорения (обычно это VDD/2- половина питания, для биполярных датчиков — «земля»).
• Внешняя емкость определяет полосу измерения системы.
• Внутреннего фильтра низких частот в данной схеме нет, но в современных схемах они имеются.

Какой преобразователь выбрать для работы с датчиками?

Выбор преобразователя для работы с датчиками зависит от точности, которую вы хотите получить. Для работы с датчиками подойдут АЦП с архитектурой SAR или Delta-Sigma с высокой разрядностью. Однако современные датчики обладают встроенными преобразователями. Лидерами этого направления являются STMicroelectronics, Analog Devices и NXP. В качестве примера, можно привести новую микросхему с 3-х осевым акселерометром и встроенным АЦП – ADXL362.

Структурная схема ADXL362

Для работы с АЦП в схему добавлены антиэлайзинговые фильтры, чтобы исключить попадания в спектр дополнительных гармоник.

Где достать такие технологии?

Сейчас для fabless компаний доступно множество фабрик, которые предлагают технологии МЭМС. Однако для создания современных микросхем требуется интегрировать емкости с подвижными пластинами в стандартный маршрут проектирования, ведь помимо такой емкости необходимо спроектировать дополнительные блоки (генератор, демодулятор, ОУ и тд) на одном чипе. В качестве примера можно привести фабрики TSMC и XFab, которые предлагают технологию для реализации МЭМС датчика вместе со всей обвязкой. На картинке представлены емкости, которые позволяют создать трехосевой акселерометр:

Трехосевой емкостной полумост от TSMC

В России также существует фабрика по выпуску МЭМС датчиков – “Совтест”, однако предприятие не обладает технологией интегрирования дополнительных схемотехнических блоков, которые необходимы для создания конечного устройства и единственный выход — применять технологию микросборки.

Какие наработки есть у нашей компании в этом направлении?

У нас есть несколько преобразователей, которые предназначены для работы с датчиками. Из новых продуктов это:

• 5101НВ035 – 16-канальный преобразователь на основе 8-ми Дельта-Сигма АЦП, предназначена для работы с токовыми датчиками
• 1316НХ035 – 4-х канальный интегрирующий преобразователь напряжение-частота (ПНЧ), предназначенный для работы с 3-х осевыми акселерометрами и гироскопами.

Как я писал в предыдущей статье, период ожидания пластин с фабрики может занять довольно долгий промежуток времени. После первого тестового запуска АЦП 400МГц, время прихода пластин и дальнейших измерений заняло более полугода. За это время наша команда успела сделать ПНЧ 1316НХ035 (развитие предыдущей схемы 1316ПП1У), о котором могу немного рассказать.

Преобразователь напряжение-частота

Для преобразования данных с датчика обычно используются SAR или delta-sigma АЦП, однако существует еще один тип преобразователей — интегрирующие ПНЧ, которые имеют существенные преимущества:

1. Занимают меньшую площадь и имеет меньшее потребление при том же показателе линейности и шума.
2. Простая архитектура.
3. Высокая устойчивость к входному шуму и сигналам помех.
4. Устойчивость к шуму и помехам выходного сигнала.
5. Возможность передачи данных без обработки на радиочастотный канал связи.

Микросхема 1316НХ035 представляет собой четырехканальный преобразователь напряжения в частоту и цифровой код, к трем основным высокоточным каналам подключаются выходы трехосевого акселерометра. 4-ый канал имеет входной 4-канальный мультиплексор, к которому можно подключать дополнительные датчики системы: температуры, влажности и др. Под микроскопом схема выглядит так:

ПНЧ под микроскопом

Каждый из трех основных каналов преобразует входное напряжение в диапазоне ± 4В в частоту до 1250кГц на 3-х выходах, соответствующих положительному и отрицательному входным напряжениям. Также микросхема имеет в каждом канале 16 битный реверсивный счетчик, для подсчета частотных импульсов. SPI интерфейс служит для управления режимами преобразования и выборки содержимого счетчиков импульсов каналов. Основными требованиями к параметрам ПНЧ являлись:

1. высокая термо и временная стабильность выходной частоты при нулевом входном сигнале (заземленных входах)
2. динамический диапазон преобразования – не менее 22 бит
3. непрерывность преобразования входного сигнала и недопустимость потери ни одного частотного импульса.

Для обеспечения требований 1 и 2 используется аналоговая автокалибровка, которая выполняется автоматически при включении схемы, а также может запускаться в любой момент по команде через SPI интерфейс. Требование 3 обеспечено и гарантируется схемотехническими решениями. Удалось достичь довольно приличных параметров точности: типовая нелинейность преобразования составила 30 ppm, а смещение нуля менее 0.1 Hz при коэффициенте преобразования 200 kHz/V. Динамический диапазон преобразования: fmax/fmin = 2*1.25МГц / 0.3Гц ∿ 8.33млн., что соответствует более 23 битам.

Есть только одно “но” – биполярное питание. Для обеспечения хорошей стабильности нуля (напряжение, которое соответствует ускорению 0g) необходимо использовать биполярное питание. Такое решение довольно эффективное – ведь когда 0g соответсвует “земля”, система априори будет стабильной. Также это улучшает проектирование системы. В современных датчиках в качестве нуля используют половину питания Vdd/2, однако если значение напряжения на преобразователе будет отличаться от напряжения на датчике – мы автоматически получаем смещение, которое нужно дополнительно калибровать.

Наверное, для многих потребителей биполярное напряжение немного отпугивает, и мы как разработчики это понимаем. Возможно, в дальнейшем сделаем коммерческий вариант для МЭМСов (или интегрируем датчик в ПНЧ). Пока, конечно, это всего лишь планы, но уверен они увидят свет.

Источник