- Jak postavit snímač náklonu?
- Testování zdraví a korekce parametrů
- Co potřebujete ke spuštění programu?
Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!
Mnoho smartphonů může potěšit své majitele sadou funkcí implementovaných vestavěným akcelerometrem. Což je elektromechanické zařízení, které zachycuje jakékoliv změny v pracovním těle v prostoru. Princip činnosti je založen na měření zrychlení pohybu setrvačné hmoty uvnitř akcelerometru. Na jeho základě funguje automatické otočení obrazovky, nastavení obrazu podle pozice telefonu, počítadla kroků, aplikace pro detekci překážek, řada aplikací pro fitness, atd.
Díky použití mikrokontroléru Arduino můžete nezávisle navrhovat snímač náklonu doma.
K tomu budete potřebovat:
- ADXL335 akcelerometr;
- Arduino Uno board;
- Zobrazení pro zobrazení směru sklonu (v tomto případě používáme verzi LED).
Praktické provedení snímače náklonu Arduino je znázorněno na následujícím obrázku:
Tento příklad popisuje instalaci akcelerometru ADXL335 vyráběného Analog Devices, který se připojuje k odpovídajícím pinům na mikrokontroléru Arduino Uno a signály z mikrokontroléru jsou přeneseny na displej. Pro sestavení takového schématu je vhodné použít tovární prototypovou desku, i když snímač náklonu může fungovat perfektně na jakémkoli jiném rovném povrchu, který budete používat jako základnu. Hlavním úkolem je implementovat základní princip snímače, který je znázorněn na níže uvedeném blokovém schématu.
Výhodou tohoto modelu je instalace Arduino Uno, protože tento mikrokontrolér je nejlepší volbou pro elektronická zařízení řízená signály z desky. Jeho programování a použití v programu je masám k dispozici díky jednoduchému přizpůsobení se standardnímu počítačovému softwaru a možnosti vlastního ladění a následnému provádění oprav v jejich práci. Tato volba je tedy ideální jak pro profesionální designéry, tak pro fanoušky v oblasti robotiky a elektronického modelování.
Pro implementaci snímače náklonu byl Arduino Uno vybrán z nějakého důvodu, je sestaven na základě čipu ATmega328 a obsahuje 14 digitálních výstupů, 6 analogových, konektor USB pro připojení k programovacím zařízením, konektor ICSP, vstupní napájení a je vybaven funkcí reset nebo reset. Tato deska je také vybavena krystalovým oscilátorem 16 MHz navrženým pro udržení stabilního provozu celého mikrokontroléru.
Navzdory impozantnímu objemu jeho prvků má Arduino Uno poměrně malou velikost a je poměrně snadno ovladatelný. K tomu je třeba propojit desku s PC přes USB vstup, aby se nastavily provozní parametry a napájení přes baterii nebo přes adaptér. Programování a další provoz se provádí v operačním prostředí Arduino.
Jak postavit snímač náklonu?
Připojení akcelerometru k mikrokontroléru se provádí podle následujícího principu:
- ST pin se připojí ke kolíku desky Arduino A0;
- Výstup posunutí podél osy Z je spojen s čepem desky Arduino A1;
- Výstup posunutí podél osy Y je připojen ke kolíku desky Arduino A2;
- Výstup posunutí podél osy X je připojen ke kolíku desky Arduino A3;
- Kolík GND se připojuje ke kolíku desky Arduino A4;
- Kolík VCC se připojuje ke kolíku na desce Arduino A5.
Potom je z Arduina mikrokontroléru připojena k displeji, v této situaci sestává ze skupiny LED. Pro připojení z desky jsou odebrány výstupy 8 až 12 a 5V pin, které jsou rozděleny podle logiky obvodu následujícím způsobem:
- Kolík 5V je společný připojovací bod;
- Osmá je připojena k LED signalizující náklon doprava;
- Devátá je připojena k LED, která indikuje, že senzor je ve středu stabilní polohy (aby to bylo jiné, děláme to červeně, ale to není kritické);
- Desátý je připojen k LED signalizující pohyb senzoru zpět;
- Jedenáctý je připojen k LED signalizující náklon vlevo;
- Dvanáctá se připojuje k LED signalizující naklonění senzoru dopředu.
Když změníte polohu akcelerometru v prostoru, posunete setrvačnou hmotu. Výsledkem tohoto pohybu bude setrvačná hmota, která povede k uzavření kontaktů a poskytne odpovídající signál z jednoho ze závěrů. Dále bude tento signál zpracován mikroprocesorem Arduino a převeden na napájecí zdroj na specifickou LED nebo skupinu LED. Na tomto principu je snímač náklonu založen na Arduinu.
Kromě výše uvedeného způsobu montáže snímače na prkénko na prkénko, můžete jej také snadno implementovat na desku plošných spojů. Příklad takové desky je uveden na obrázku níže.
Ověření správnosti připojení se provádí v kontrolních bodech, viz obr. 3. Napětí v nich by mělo odpovídat údajům z tabulky.
Tabulka: Úrovně napětí na zkušebních bodech
| Bod na obrázku | Bodové napětí, V |
| T0 | 0 |
| T1 | 5 |
| T2 | Nižší než v t3 |
| T3 | Vyšší než T2 |
Testování zdraví a korekce parametrů
Po elektrickém připojení prvků snímače náklonu se program stáhne do přístroje přes počítač, pro který potřebujete:
- Připojte mikrokontrolér k počítači přes USB adaptér;
- Stáhněte si program (test.ino) z počítače do Arduino UNO;
- Poté v počítači otevřete softwarové prostředí Arduino, které zobrazuje zdrojový kód z odpovídajících pinů akcelerometru;
- Resetujte data a poznamenejte si číselné změny na všech třech osách (X, Y, Z), ke kterým dochází při naklonění snímače doleva, doprava.
Pokud nejste spokojeni s polohou, ve které se dioda LED rozsvítí, můžete ji opravit. Chcete-li změnit úhel sklonu, při kterém senzor signalizuje změnu polohy, budete potřebovat:
- Zůstaňte v prostředí softwaru Arduino a začněte naklánět senzor doleva, když úhel náklonu dosáhne bodu, kde by se měla rozsvítit dioda LED, zkontrolujte sami - bude to hodnota kódu „A_max“, limit vypnutí LED, když se senzor pohybuje dozadu;
- Chcete-li nastavit úhel sklonu doprava, opakujte stejnou operaci, nakloňte ji do požadovaného úhlu, označte si digitální hodnotu pro sebe - bude to hodnota kódu „A_min“, stejná hodnota přestane hořet při návratu do neutrální polohy snímače;
- Tyto hodnoty je třeba změnit v těle programu tiltdetection.ino, pro který je spuštěno IDE Arduino, dříve zaznamenaná data jsou zadána do řádků „A_max“ a „A_min“ (Obrázek 5);
Obr. 5. Screenshot z Arduino Uno programování - Poté uložte provedené změny a znovu vložte opravený program do mikrokontroléru.
Nyní bude přístroj pracovat s více nakloněným úhlem. Zde je příklad nastavení úhlu pohybu snímače vlevo a vpravo. Ale pokud si přejete, můžete udělat stejné manipulace, abyste změnili úhel sklonu tam a zpět, když procházíte LED diodami, které se rozsvítí a zhasnou.
Co potřebujete ke spuštění programu?
Vzhledem k tomu, že mikrokontrolér je naprogramován na platformě Arduino IDE, která je pro něj speciálně vyvinuta, nemusíte mít žádné další programovací jazyky a speciální dovednosti pro práci s nimi, stačí připojit Arduino k počítači. Za zmínku také stojí, že čip ATmega328 v Arduino Uno zpočátku obsahuje předinstalovaný mechanismus načítání. To vám umožňuje programovat zařízení bez programátorů hardwaru a interakce softwarového prostředí v počítači a čipu probíhá prostřednictvím protokolu STK500.
Chcete-li pracovat se softwarem mikrokontroléru, budete muset jít do menu „Nástroje“, pak vybrat „Karty“ a nainstalovat Arduino Uno (pokud používáte jiný model, nainstalujte jej). Poté, přes IDE Arduino, naprogramujte desku na logiku snímače náklonu a můžete začít používat hotový přístroj. Je také možné programovat Arduino přes protokol ICSP, ale tato metoda je vhodnější pro zkušené programátory, ne pro začátečníky, proto je mnohem jednodušší použít standardní metodu.
Zdrojový kód programu:
Snímač náklonu Arduino (3, 4 KB, staženo: 30)