Jak działają różne czujniki Arduino?

Jedną z największych zalet Arduino jest rozszerzalność platformy. Na rynku dostępne są dziesiątki różnych czujników, z których każdy zapewnia unikalną funkcję, pozwalającą na realizację wszystkich pomysłów na projekty, jakie możesz mieć.

Zrozumienie różnych dostępnych czujników i ich zastosowań jest w rzeczywistości jednym z najważniejszych obszarów, na których możesz się skupić jako hobbysta Arduino.

Jeśli myślisz o tym poważnie, i tak natkniesz się na większość tych czujników, przeprowadzając podstawowe początkowe eksperymenty. Ale dobrze jest wiedzieć, co dokładnie robią i jak możesz je połączyć, aby uzyskać najlepsze wyniki.

Podstawowe koncepcje

Sama płytka Arduino nie jest zbyt użyteczna. Możesz wgrać do niego małe programy i zlecić im wykonywanie podstawowych operacji, ale sprzęt jest dość ograniczony dla każdego realne zastosowania obliczeniowe (przynajmniej w porównaniu z alternatywnymi ofertami na rynku, takimi jak tańsze modele Raspberry Liczba Pi).

Prawdziwa moc platformy tkwi w różnych czujnikach i innych modułach, które można przymocować do płyty bazowej. Wystarczy kilka przewodów połączeniowych i kilka linii kodu, aby uzyskać podstawową konfigurację, która śledzi konkretną właściwość i wysyła odpowiednie dane przez Arduino.

Czujniki mają różne kształty i rozmiary, a niektóre z nich są przeznaczone do łączenia z innymi w celu uzyskania pełnego efektu. Większość z nich może być jednak używana samodzielnie - aw niektórych przypadkach możesz nawet połączyć je w samodzielnych obwodach, nawet bez kontrolera Arduino.

Związane z: Świetne projekty Arduino dla początkujących

Objaśnienie popularnych czujników

Rzućmy okiem na niektóre z najpopularniejszych czujników, z którymi się spotkasz, i zobaczmy, jak działają pod maską.

Czujnik światła

Czujnik światła, jak sama nazwa wskazuje, może służyć do wykrywania zmian w poziomie oświetlenia otoczenia. Może to być przydatne do sterowania oświetleniem w różnych środowiskach. Na przykład wyłączanie światła w domu, gdy na zewnątrz robi się ciemno, lub regulowanie intensywności lamp grzewczych podczas uprawy roślin.

Większość czujników światła Arduino jest realizowana za pomocą podstawowego czujnika światła LDR (Low Dynamic Range), co daje im niższą czułość w porównaniu z bardziej zaawansowanymi modułami, takimi jak fotodiody i rezystory. Mimo to podstawowy czujnik światła LDR powinien zapewnić wystarczającą czułość dla większości projektów hobbystycznych.

Czujnik temperatury

Czujniki temperatury są zazwyczaj implementowane z termistorem NTC (ujemny współczynnik temperaturowy) lub PCT (dodatni współczynnik temperaturowy).

Jedyną różnicą z punktu widzenia użytkownika jest to, jak należy interpretować wartości wyjściowe. Niektóre czujniki mogą być wyposażone w wewnętrzny konwerter, który obsługuje tę część za Ciebie, próbując ujednolicić wyjście większości czujników temperatury na rynku.

Czujnik wilgotności

Czujniki wilgotności są często zintegrowane z czujnikami temperatury, przy czym oba są oferowane jako sparowane jednostki. Można je znaleźć również jako samodzielne urządzenia. Większość czujników wilgotności Arduino jest pojemnościowych, co oznacza, że ​​mierzą zmiany wilgotności za pomocą cienkiego paska materiału, który zmienia swoją pojemność względem wilgotności otoczenia.

Czujnik ruchu

Nazwa czujnika ruchu jest nieco myląca. W rzeczywistości nie wykrywają żadnego ruchu, ale raczej zmiany poziomu promieniowania podczerwonego otoczenia.

Promieniowanie podczerwone emituje praktycznie wszystko i wszyscy, a człowiek jest pod tym względem szczególnie „gorący” ze względu na wyższą temperaturę ciała w stosunku do otoczenia. Z tego powodu, gdy człowiek wejdzie w zasięg czujnika ruchu, jego obecność jest wykrywana – ale czujnik nigdy nie zmierzył żadnego rzeczywistego ruchu.

Czujnik zbliżeniowy

Większość czujników zbliżeniowych dla Arduino bazuje na klasycznej konstrukcji na podczerwień. Czujnik emituje skierowane na wprost wiązki światła podczerwonego, które następnie odbijają się od wszelkich powierzchni, na które trafią.

Czujnik wykrywa powracające wiązki i mierzy różnicę w czasie między wyemitowaniem wiązki a jej odebraniem. W ten sposób może oszacować odległość, jaką przebyły wiązki, z dużą dokładnością i bez zużywania dużej ilości energii.

Akcelerometr

Akcelerometry służą do pomiaru zmian przyspieszenia, które można wykorzystać do identyfikacji zmian położenia i prędkości. Są one zwykle realizowane przez mały kryształek obok przedmiotu o określonej masie, połączony z bardzo czułą, lekką sprężyną.

Każdy ruch całego układu powoduje przesunięcie masy, wywierając nacisk na kryształ. Kryształ może następnie przekształcić zmiany ciśnienia w sygnały elektryczne, wskazując, jak duże przyspieszenie jest aktualnie stosowane w ciele.

Związane z: Co to jest Arduino? Co możesz z tym zrobić? Wyjaśnione

Kiedy droższa wersja ma sens?

Niektóre czujniki mają droższe odpowiedniki. W przypadku prostego projektu DIY zwykle powinieneś mieć tańszą wersję każdego czujnika, którego potrzebujesz. Jest to szczególnie ważne w fazie prototypowania, gdzie zwykle hakujesz wszystko razem z przewodami połączeniowymi i nie przejmujesz się optymalizacją przestrzeni lub zużycia energii.

Ale gdy zbliżasz się do ukończenia swojego projektu, możesz przyjrzeć się bardziej zaawansowanym, wytrzymałym czujnikom. Niektóre z nich mogą sprawić, że Twoje urządzenie będzie bardziej energooszczędne (co może mieć ogromną różnicę w konfiguracjach zasilanych bateryjnie), podczas gdy inne mogą zwiększyć poziom dokładności otrzymywanych pomiarów.

Jednym z problemów, na które możesz natknąć się podczas zmiany czujników z tańszych na droższe, jest to, że może to unieważnić początkowe kalibracje urządzenia. Jeśli wykonałeś wszystkie kalibracje na mniej precyzyjnym czujniku, być może będziesz musiał dostosować pewne rzeczy przy przechodzeniu na bardziej zaawansowane wersje. W takim przypadku bardziej sensowne może być rozpoczęcie od bardziej precyzyjnego czujnika.

O czym należy pamiętać o projektach DIY

Czasami możesz zaimplementować własne czujniki z odpowiednimi częściami. Ale musisz pamiętać, że część ceny, którą płacisz za gotowy egzemplarz, idzie na coś więcej niż tylko podstawowe materiały i wysiłek konstrukcyjny.

Inwestujesz również w coś, co zostało dokładnie przetestowane i skalibrowane, a będziesz wiedział, że możesz polegać na pomiarach, które zapewnia (w pewnym zakresie dokładności). Chociaż możesz być w stanie zagwarantować to samo swoim własnym odpowiednikom, doprowadzenie ich do tego punktu może zająć dużo więcej czasu i wysiłku.

10 najlepszych projektów Arduino MIDI dla początkujących

Twórz muzykę za pomocą Arduino, podłączając go do jednego z tych instrumentów MIDI DIY.

Czytaj dalej

O autorze