Как работают различные датчики Arduino?

Одна из замечательных особенностей Arduino - это расширяемость платформы. На рынке доступны десятки различных датчиков, каждый из которых обеспечивает уникальную функцию, позволяющую реализовать все идеи проекта, которые могут у вас возникнуть.

Понимание различных доступных датчиков и их приложений на самом деле является одной из самых важных областей, на которых вы можете сосредоточиться как любитель Arduino.

Если вы серьезно относитесь к этому, вы все равно столкнетесь с большинством этих датчиков при проведении некоторых базовых начальных экспериментов. Но хорошо понимать, что именно они делают и как их можно комбинировать для достижения наилучших результатов.

Базовые концепты

Плата Arduino сама по себе не очень полезна. Вы можете загружать в него небольшие программы и заставлять их выполнять базовые операции, но оборудование довольно ограничено для любых реальное вычислительное использование (по крайней мере, по сравнению с альтернативными предложениями на рынке, такими как более дешевые модели Raspberry Пи).

Истинная сила платформы заключается в различных датчиках и других модулях, которые вы можете прикрепить к базовой плате. С помощью всего нескольких перемычек и нескольких строк кода вы можете получить базовую настройку, которая отслеживает конкретное свойство и выводит соответствующие данные через ваш Arduino.

Датчики бывают разных форм и размеров, и некоторые из них предназначены для объединения с другими для получения полного эффекта. Однако большинство из них можно использовать сами по себе, а в некоторых случаях вы даже можете подключить их в автономные схемы, даже не нуждаясь в контроллере Arduino.

Связанный: Отличные проекты Arduino для начинающих

Объяснение популярных датчиков

Давайте посмотрим на некоторые из самых популярных датчиков, с которыми вы столкнетесь, и посмотрим, как они работают.

Световой датчик

Датчик освещенности, как следует из названия, может использоваться для обнаружения изменений уровня внешней освещенности. Это может быть полезно для управления освещением в различных условиях. Например, выключите свет в доме, когда на улице темнеет, или отрегулируйте интенсивность нагревательных ламп при выращивании растений.

Большинство световых датчиков Arduino реализованы через базовый датчик освещенности LDR (Low Dynamic Range), что дает им более низкую чувствительность по сравнению с более продвинутыми модулями, такими как фотодиоды и резисторы. Тем не менее, базовый датчик света LDR должен обеспечивать достаточную чувствительность для большинства хобби-проектов.

Датчик температуры

Датчики температуры обычно реализуются с термистором NTC (отрицательный температурный коэффициент) или PCT (положительный температурный коэффициент).

Единственное отличие с точки зрения пользователя - это то, как вы должны интерпретировать выходные значения. Некоторые датчики могут иметь внутренний преобразователь, который обрабатывает эту часть за вас, пытаясь стандартизировать выходной сигнал большинства датчиков температуры, представленных на рынке.

Датчик влажности

Датчики влажности часто интегрируются в датчики температуры, причем оба эти устройства предлагаются как спаренные. Их также можно найти как автономные устройства. Большинство датчиков влажности Arduino являются емкостными, то есть они измеряют изменения влажности через тонкую полоску материала, которая меняет свою емкость относительно окружающей влажности.

Датчик движения

Название датчика движения несколько вводит в заблуждение. На самом деле они не обнаруживают никакого движения, а скорее изменяют уровень окружающего инфракрасного излучения.

Инфракрасное излучение излучается практически всем и каждым, и люди особенно «горячие» в этом отношении из-за более высокой температуры их тела по сравнению с окружающей средой. Из-за этого, когда человек входит в зону действия датчика движения, его присутствие обнаруживается, но датчик никогда не измерял никакого реального движения.

Датчик приближения

Большинство датчиков приближения для Arduino основаны на классической инфракрасной конструкции. Датчик излучает лучи инфракрасного света, направленные прямо вперед, которые затем отражаются от любых поверхностей, на которые попадают.

Датчик обнаруживает возвращающиеся лучи и измеряет разницу во времени между излучением луча и его получением. Таким образом, он может оценить расстояние, которое прошли лучи, с большой точностью и без больших затрат энергии.

Акселерометр

Акселерометры используются для измерения изменений ускорения, которые могут использоваться для определения изменений положения и скорости. Обычно они реализуются в виде небольшого кристалла рядом с объектом определенной массы, соединенного с очень чувствительной легкой пружиной.

Любое движение всей установки заставляет массу перемещаться, оказывая давление на кристалл. Затем кристалл может преобразовывать изменения давления в электрические сигналы, показывая, какое ускорение в настоящее время прикладывается к телу.

Связанный: Что такое Ардуино? Что ты можешь сделать с этим? Объяснил

Когда имеет смысл более дорогая версия?

У некоторых датчиков есть более дорогие аналоги. Для простого проекта своими руками вам обычно подойдет более дешевая версия каждого датчика, который вам нужен. Это особенно актуально на этапе создания прототипа, когда вы обычно разбираете все вместе с помощью перемычек и не особо заботитесь об оптимизации пространства или энергопотребления.

Но по мере того, как вы приближаетесь к завершению своего проекта, вы можете захотеть изучить более совершенные и надежные датчики. Некоторые из них могут сделать ваше устройство более энергоэффективным (что может иметь огромное значение для настроек с батарейным питанием), а другие могут повысить уровень точности получаемых вами измерений.

Одна из проблем, с которой вы можете столкнуться при переключении с менее дорогих датчиков на более дорогие, заключается в том, что это может сделать недействительными ваши первоначальные калибровки устройства. Если вы выполнили все калибровки на менее точном датчике, вам, возможно, придется настроить некоторые параметры при переходе на более продвинутые версии. В этом случае, возможно, имеет смысл в первую очередь начать с более точного датчика.

Что нужно помнить о проектах DIY

Иногда вы можете реализовать свои собственные датчики с правильными деталями. Но вы должны помнить, что часть цены, которую вы платите за готовый, идет не только на основные материалы и строительные работы.

Вы также вкладываете средства в то, что было тщательно протестировано и откалибровано, и вы знаете, что можете положиться на результаты измерений (в пределах определенного диапазона точности). Хотя вы можете гарантировать то же самое для своих коллег, на то, чтобы довести их до этого, может потребоваться гораздо больше времени и усилий.

10 лучших MIDI-проектов Arduino для начинающих

Создавайте музыку с помощью Arduino, подключив его к одному из этих DIY MIDI-инструментов.

Читать далее

Об авторе