Элементы платы
Измерительные электроды
Для контакта с почвой на датчике расположены два электрода, которые для проведения измерений необходимо воткнуть в измеряемую среду. Но в отличии от резистивного датчика, электроды скрыты под токоизолирующей маской и защищены от коррозии.
Сами электроды представляют из себя обкладки конденсатора, который при изменении влажности почвы меняет свою ёмкость, что приводит к повышению или понижению выходного сигнала датчика.
Операционный усилитель MCP6002
По умолчанию выходной сигнал схемы ёмкостного датчика, обратно пропорционален уровню влажности почвы. Для удобства и совместимости с резистивной моделью сенсора, на плате расположен операционный усилитель, который инвертирует аналоговый сигнал. В итоге на выходе датчика сигнал прямо пропорциональный влажности почвы.
Регулятор напряжения 3V3
Линейный понижающий регулятор напряжения TPS73033DBVR обеспечивает питание микросхемы 555 и других компонентов сенсора. Диапазон входного напряжения от 3,3 до 5 вольт. Выходное напряжение 3,3 В с максимальным выходным током 200 мА.
Troyka-контакты
Датчик подключается к управляющей электронике через три провода.
- Сигнальный (S) — выходной сигнал сенсора. Напряжение на выходе датчика прямо пропорционально уровню измеренной электропроводности: чем выше влажность почвы, тем выше уровень сигнала на выходе датчика и соответственно наоборот. Максимальное выходное значения 3,3 вольта. Подключите к аналоговому пину микроконтроллера.
- Питание (V) — соедините с рабочим напряжением микроконтроллера.
- Земля (G) — соедините с землёй микроконтроллера.
Пример для Espruino
В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформы из серии Espruino, например, Iskra JS.
Схема устройства
Подключите IMU-сенсор к пинам питания и шины I²C — SDA и SCL платформы Iskra JS. Для коммуникации используйте
соединительные провода «мама-папа».
Для быстрой сборки и отладки устройства возьмите плату расширения Troyka Shield, которая одевается сверху на Iskra JS методом бутерброда. Для коммуникации используйте трёхпроводной шлейф «мама-мама», который идёт в комплекте с датчиком.
С Troyka Slot Shield провода не понадобятся вовсе.
Вывод показателей сенсоров
В качестве примера выведем в консоль следующие данные:
- гироскопа: угловую скорость вокруг собственных осей X, Y, Z;
- акселерометра: направление и величину ускорения свободного падения по осям X, Y, Z;
- компаса: значения азимута;
- барометра: абсолютное давление и температуру окружающей среды.
- imu-read-data.js
Простой пример: обнаружение звука
Теперь, когда всё подключено, вам понадобится скетч, чтобы проверить эту схему в работе.
Следующий пример обнаруживает хлопки или щелчки и выводит сообщение в мониторе последовательного порта. Попробуйте скетч в работе, а затем мы рассмотрим его подробнее.
Если всё в порядке, то при обнаружении хлопка вы должны увидеть вывод в мониторе последовательного порта, похожий на приведенный ниже.
Рисунок 6 – Вывод работы скетча обнаружения хлопков
Объяснение
Скетч начинается с объявления вывода Arduino, к которому подключен вывод OUT датчика.
Затем мы определяем переменную с именем , которая хранит время с момента обнаружения хлопка. Это поможет нам устранить ложные срабатывания.
В функции мы определяем сигнальный вывод, к которому подключен датчик, как входной. А также настраиваем последовательную связь с компьютером.
В функции мы сначала читаем состояние цифрового вывода датчика.
Когда датчик обнаруживает какой-либо звук, достаточно громкий, чтобы пересечь пороговое значение, логический уровень выходного сигнала становится низким. Но мы должны убедиться, что звук вызван хлопками, а не случайным фоновым шумом. Итак, мы ждем 25 миллисекунд. Если логический уровень на выводе остается низким в течение более 25 миллисекунд, мы заявляем, что обнаружен хлопок.
Обзор аппаратного обеспечения
Звуковой датчик представляет собой небольшую плату, которая объединяет микрофон (50 Гц – 10 кГц) и схему обработки для преобразования звуковых волн в электрические сигналы.
Этот электрический сигнал подается на встроенный высокоточный компаратор LM393 для его оцифровки и выводится на выход (вывод OUT).
Рисунок 2 – Регулировка чувствительности датчика звука и компаратора
Для регулировки чувствительности выходного сигнала модуль содержит встроенный потенциометр.
С помощью этого потенциометра вы можете установить пороговое значение. Таким образом, когда амплитуда звука превысит это пороговое значение, модуль выдаст низкий логический уровень, в остальных случаях будет выдаваться высокий логический уровень.
Эта настройка очень полезна, когда вы хотите запустить какое-то действие при достижении определенного порога. Например, когда амплитуда звука пересекает пороговое значение (при обнаружении стука), вы можете активировать реле для управления освещением. Вот вам идея!
Совет: поворачивайте движок потенциометра против часовой стрелки, чтобы увеличить чувствительность, и по часовой стрелке, чтобы ее уменьшить.
Рисунок 3 – Светодиодные индикаторы питания и состояния
Помимо этого, модуль имеет два светодиода. Индикатор питания загорится, когда на модуль подается напряжение питания. Светодиод состояния загорится, когда на цифровом выходе будет низкий логический уровень.
Датчик уровня жидкости (Water Sensor Arduino)
Рабочее напряжение аналогового сенсора — 5v. Выходное напряжение (показания датчика) зависит от степени погружения датчика в жидкость и от параметров, влияющих на коэффициент передачи напряжения, например, проводимость жидкости. Это простой в использование и недорогой датчик уровня жидкости, который широко применяется в системах автоматизации и при разработке Умного дома.
Подключение к Ардуино датчика воды (Water Sensor)
Как вы уже заметили на фото к этому занятию, датчик уровня жидкости имеет три контакта. Правый контакт (-) подключается к Земле (GND), средний к питанию 5v, а левый к аналоговому входу, например, A0. При полностью сухом датчике выходное напряжение и показания на аналоговом входе будут равны нулю, чем больше датчик будет погружен в воду, тем больше будут его показания (от 0 до 1023).
Пример работы
Рассмотрим ситуацию использования датчика на примере микроконтроллера Ардуино Уно и сенсора HC-SR501. Его характеристики:
- рабочее напряжение постоянного тока — 4.5–20 В;
- ток покоя — ≈ 50 мкА;
- выходное напряжение — 3.3 В;
- диапазон температур — от −15 до +70 градусов Цельсия;
- габариты — 32×24 мм;
- угол детектирования — 110 градусов;
- дистанция срабатывания — до 7 метров.
В указанном сенсоре установлены два пироэлектрических датчика IRA-E700.
Сверху они прикрыты сегментированной полусферой. Каждый сегмент — фокусирующая тепло на определенный участок ПИР-датчика линза.
Внешний вид устройства:
Общий пример работы мы уже рассматривали выше. Пока контролируемая зона пуста, датчики получают одинаковый уровень тепловой эмиссии, напряжение на них также одинаково. Но как только излучение от человека попадет последовательно на первый и второй элементы, схема зарегистрирует разнонаправленные электрические импульсы и сгенерирует сигнал на выход.
Настройка
ИК-модуль HC-SR501 весьма прост в настройке и дешев. У него есть перемычка для конфигурирования режима и пара подстроечных резисторов. Общая чувствительность настраивается первым потенциометром: чем она выше, тем шире зона «видимости» гаджета».
Другой потенциометр управляет временем срабатывания устройства: если обнаружено перемещение, на выходе создается положительный электрический импульс определенной длины (от 5 до 300 секунд).
Следующий управляющий элемент — перемычка. От нее зависит режим работы.
- в позиции L время отсчитывается от первого срабатывания. То есть, к примеру, если человек зайдет в помещение, система среагирует и включит свет на указанное настройкой потенциометра время. Когда оно истечет, выходной сигнал возвращается к начальному показателю, и комплекс перейдет в режим ожидания следующей активации;
- в позиции H обратный отсчет будет начинаться после каждого детектирования события движения, а любое перемещение станет обнулять таймер. В этом положении перемычка стоит по умолчанию.
Соединение датчика с контроллером
Подключение датчика движения к Ардуино следует выполнять по указанной схеме:
Пин OUT соединяется с пином 2 Уно, а VCC подсоединено к контакту +5 В. Принципиальная схема конструкции:
Программная часть
Помимо контроллера, для функционирования оборудования необходима управляющая аппаратным комплексом программа. Ниже приведен простой скетч:
В нем при обнаружении гаджетом движения на последовательный порт отправляется 1, а в ином случае уходит значение 0. Это простейшая программа, с помощью которой можно протестировать собранный датчик.
Модифицируем устройство добавлением реле, которое станет включать свет. Принципиальная схема подключения:
Макет:
Программа для реализации данного функционала:
Теперь, если собрать компоненты по схеме, загрузить скетч в Ардуино и соединить систему с электросетью дома, по сигналу сенсора перемещения контроллер заставит сработать реле, а то, в свою очередь, включит свет.
Немного о принципах работы реле
В этом проекте мы будем управлять включением/выключением электрической лампочки с помощью сенсорного датчика, платы Arduino и реле. Принцип работы реле различного типа показан на следующем рисунке.
NO на этом рисунке обозначает нормально разомкнутые контакты, а NC – нормально замкнутые контакты. L1 и L2 – это выводы катушки реле. Когда на катушку реле не подано напряжения реле находится в выключенном состоянии – якорь (POLE) подключен к нормально замкнутому контакту. При подаче питания на катушку якорь реле подключается к нормально разомкнутому контакту.
Очень важно определить рабочие параметры реле перед тем как включать его в схему. Реле различаются, в частности, по рабочему напряжению, прикладываемому к катушке реле (контакты L1 и L2)
Некоторые реле имеют рабочее напряжение 12 В, некоторые – 6 В, а некоторые – 5 В. Для нашего проекта мы использовали реле с управляющим (рабочим) напряжением 5 В с возможностью коммутации напряжения 250 В с током до 6 А.
Первая модель
Датчик Arduino является электронным конструктором, предназначенным для быстрой сборки автоматических устройств различной степени сложности (высокой, средней и низкой). В основе этого устройства находятся микропроцессорные модули, датчики, а также интерфейсы к ним.
Датчик Arduino
Эта программа позволит значительно упростить создание проектов по прошивке.
В результате получается полупроводниковый электронный сенсор с достаточно высокой точностью работы.
Помимо этих датчиков также используются разнообразные механические (реагирующие на прикосновение) и химические устройства (реагирующие на конкретные химические показатели). Но последние используются только в редких случаях. Например, они могут реагировать на некоторые газы или пары спиртов. Но их стоимость значительно выше, чем обычного процессорного модуля (в диапазоне от 10 до 50%).
Датчики Arduino классифицируются по тому параметру, на реакцию которого они настроены реагировать (температурный, звуковой или ультразвуковой показатель и т.д.).
Благодаря эффективному принципу работы, а также многофункциональности в плане измеряемых параметров, датчики Arduino на сегодняшний день широко применяются в самых разнообразных сферах деятельности человека.
Характеристики оборудования, его настройка, примечания
Здесь начать стоит непосредственно с преобразователя аналогового сигнала в цифровой, а конкретно с платы-посредника между Arduino и тензодатчиками — HX711:
Основное назначение устройства в конвертации объема поступающего тока в бинарный формат. Причем чувствительность аппарата непосредственно зависит от установленного режима усиления линии:
| Коэффициент | Пиковый ток |
|---|---|
| 32 | ± 80 мА |
| 64 | ± 40 мА |
| 238 | ± 20 мА |
В тех случаях, когда на вход АЦП поступает ток меньше нижней границы диапазона, на его выходе будет выдано 800000h, а если больше верхней — 7FFFFFh.
К сожалению, есть у преобразователя HX711 определенные проблемы. К примеру, точность его работы сильно зависит от температуры окружающей среды. Дополнительно, даже в нормальном режиме, происходит изменение определяемых аналоговых значений. То есть, результирующие коды все время «бегают» в определенных, достаточно сильных пределах:
Один из немногих дельных советов для таких случаев, выясненный при помощи интернет, — использовать для питания ровно 5 В в отношении датчиков и самого АЦП, а также снизить частоту определения до 10 Гц. Кроме того, пользователи названой платы применяют линейные фильтры на вводе и рекомендуют делать больший упор в конструкциях на канал B — он менее шумный. Также хорошим стабилизатором показаний будет опрос 10 значений и вывода среднего. Вариантом можно применить сборки на основе АЦП HX710A. Названый конвертер дополнительно оснащен сенсором температуры, корректирующим выходные данные.
К Ардуино преобразователь соединяется четырьмя контактами, два из которых питание, а остальные применяются в деле передачи данных:
| Arduino | HX711 |
|---|---|
| 5V | VCC |
| GND | GND |
| DT | Цифровой вывод |
| SCK | Цифровой вывод |
Закончив с конвертером аналога в цифру для Ардуино, перейдем к характеристикам, которыми обладают сами тензодатчики:
На выходе полу мостового тензодатчика три провода, которыми он подключается к HX711. Классически они имеют следующее цветовое разделение:
| Контакт | Цвет |
|---|---|
| А+ | Белый |
| E- | Черный |
| E+ | Красный |
У мостового детектора четыре исходящих контакта, имеющих следующую цветовую дифференциацию:
| Контакт | Цвет |
|---|---|
| А+ | Белый |
| E- | Черный |
| E+ | Красный |
| A- | Зеленый |
На обоих видах резистивных детекторов присутствуют отверстия под крепежные болты M4/5.
Датчик расстояния в проектах Arduino
Способность ультразвукового датчика определять расстояние до объекта основано на принципе сонара – посылая пучок ультразвука, и получая его отражение с задержкой, устройство определяет наличие объектов и расстояние до них. Ультразвуковые сигналы, генерируемые приемником, отражаясь от препятствия, возвращаются к нему через определенный промежуток времени. Именно этот временной интервал становится характеристикой помогающей определить расстояние до объекта.
Описание датчика HC SR04
Датчик расстояния Ардуино является прибором бесконтактного типа, и обеспечивает высокоточное измерение и стабильность. Диапазон дальности его измерения составляет от 2 до 400 см. На его работу не оказывает существенного воздействия электромагнитные излучения и солнечная энергия. В комплект модуля с HC SR04 arduino также входят ресивер и трансмиттер.
Ультразвуковой дальномер HC SR04 имеет такие технические параметры:
- Питающее напряжение 5В;
- Рабочий параметр силы т ока – 15 мА;
- Сила тока в пассивном состоянии -6 с.
Датчик оснащен четырьмя выводами (стандарт 2, 54 мм):
- Контакт питания положительного типа – +5В;
- Trig (Т) – выход сигнала входа;
- Echo (R) – вывод сигнала выхода;
- GND – вывод «Земля».
Схема взаимодействия с Arduino
Для получения данных, необходимо выполнить такую последовательность действий:
- Подать на выход Trig импульс длительностью 10 микросек;
- В ультразвуковом дальномере hc sr04 подключенном к arduino произойдет преобразование сигнала в 8 импульсов с частотой 40 кГц, которые через излучатель будут посланы вперед;
- Когда импульсы дойдут до препятствия, они отразятся от него и будут приняты приемником R, что обеспечит наличие входного сигнала на выходе Echo;
- На стороне контроллера полученный сигнал при помощи формул следует перевести в расстояние.
При делении ширины импульса на 58.2, получим данные в сантиметрах, при делении на 148 – в дюймах.
Подключение HC SR04 к Arduino
Выполнить подключение ультразвукового датчика расстояния к плате Arduino достаточно просто. Схема подключения показана на рисунке.
Контакт земли подключаем к выводу GND на плате Arduino, выход питания соединяем с 5V. Выходы Trig и Echo подсоединяем к arduino на цифровые пины. Вариант подключения с помощью макетной платы:
Библиотека для работы с HC SR04
Для облегчения работы с датчиком расстояния HC SR04 на arduino можно использовать библиотеку NewPing. Она не имеет проблем с пинговыми доступами и добавляет некоторые новые функции.
К особенностям библиотеки можно отнести:
- Возможность работы с различными ультразвуковыми датчиками;
- Может работать с датчиком расстояния всего через один пин;
- Отсутствие отставания на 1 секунду при отсутствии пинга эха;
- Для простой коррекции ошибок есть встроенный цифровой фильтр;
- Максимально точный расчет расстояния.
Скачать бибилотеку NewPing можно здесь
Точность измерения расстояния датчиком HC SR04
Точность датчика зависит от нескольких факторов:
- температуры и влажности воздуха;
- расстояния до объекта;
- расположения относительно датчика (согласно диаграммы излучения);
- качества исполнения элементов модуля датчика.
В основу принципа действия любого ультразвукового датчика заложено явление отражения акустических волн, распространяющихся в воздухе. Но как известно из курса физики, скорость распространения звука в воздухе зависит от свойств этого самого воздуха (в первую очередь от температуры). Датчик же, испуская волны и замеряя время до их возврата, не догадывается, в какой именно среде они будут распространяться и берет для расчетов некоторую среднюю величину. В реальных условиях из-за фактора температуры воздуха HC-SR04 может ошибаться от 1 до 3-5 см.
Фактор расстояния до объекта важен, т.к. растет вероятность отражения от соседних предметов, к тому же и сам сигнал затухает с расстоянием.
Также для повышения точности надо правильно направить датчик: сделать так, чтобы предмет был в рамках конуса диаграммы направленности. Проще говоря, “глазки” HC-SR04 должны смотреть прямо на предмет.
Для уменьшения ошибок и погрешности измерений обычно выполняются следующие действия:
- усредняются значения (несколько раз замеряем, убираем всплески, потом находим среднее);
- с помощью датчиков (например, DHT11 или DHT22) определяется температура и вносятся поправочные коэффициенты;
- датчик устанавливается на серводвигатель, с помощью которого мы “поворачиваем голову”, перемещая диаграмму направленности влево или вправо.
Работа схемы
Схема управления светом в доме с помощью сенсорного датчика и платы Arduino представлена на следующем рисунке.
Транзистор используется для включения и выключения реле – он используется в связи с тем, что контакты платы Arduino не способны обеспечить ток, необходимый для срабатывания реле. Диод 1N4007 предназначен для блокировки (гашения) электромагнитных импульсов, возникающих при включении и выключении реле. Сенсорный датчик непосредственно подключен к плате Arduino.
Внешний вид собранной на макетной плате конструкции проекта показан на следующем рисунке.
А на следующем рисунке показана схема соединений проекта на макетной плате.
Инструкция по изготовлению лодки с пультом
Проверку работы ИК-приемника и сервомотора на Ардуино лучше проводить с отключенным электромоторчиком, поскольку он будет создавать сильные вибрации при работе. На этом этапе тестирования проекта следует лишь оценить подвижность киля и отцентровать рычаг привода на сервомоторе. Необходимо сделать так, чтобы при нажатии кнопки «вперед» или «стоп» на пульте, киль вставал по центру.
1. Изготовление корпуса лодки из пеноплекса
Изготовление корпуса лодки на Ардуино своими руками
Размеры и форма лодки могут быть абсолютно разными — все зависит лишь от фантазии. Что касается прорезей, то они должны соответствовать размерам деталей. На трафарете (слева-направо) размечены прорези для: платы Ардуино UNO, сервомотора, привода киля и микромоторчика. Учтите, что привод от сервомотора к килю должен свободно ходить в прорези, для этого надо точно рассчитать радиус.
2. Изготовление деталей для привода и управления
Изготовление деталей для привода и управления лодкой
Киль можно изготовить из любого материала — пластик, дерево и т.д. Стержень от ручки, прикрепленный к килю служит осью, на котором он поворачивается. Скрепка на киле обеспечивает подвижное соединение киля и рычага сервомотора из проволоки. Размер и конструкция привода сервомотора будет зависеть от конструкции лодки. Винт изготавливается из стержня шариковой ручки и куска пластиковой баночки.
Сборка деталей для привода радиоуправляемой лодки
3. Сборка лодки на Ардуино с управлением
Для начала следует установить плату, сервопривод и двигатель
В этом проекте мы обошлись без использования макетной платы. Если вспомнить схему подключения ИК приемника к Ардуино, то она очень проста (слева-направо): A0 — GND — 5V и не требует расходов на приобретение макетной платы. Транзистор мы использовали в этой схеме для включения советского электромоторчика от 3,3 V.
Сборка электрической схемы лодки на ИК управлении
Транзистор размещен на пинах 12, 11 и 10. На Pin11 (средняя ножка транзистора — это база) мы подаем напряжение для включения электродвигателя. Pin12 и Pin10 в скетче не используются, поэтому служат нам эмиттером и коллектором. К Pin12 подключен выход 3,3 V, а к Pin10 подключен электромоторчик (красный плюсовой провод).
4. Крепление привода винта на валу двигателя
Разогрейте стержень от ручки над паяльником и он зайдет на вал двигателя
Винт для судна изготавливается из любой пластиковой баночки или корпуса с небольшим закруглением, например, баночка от витаминок или корпус от клея-карандаша. Для начала необходимо вырезать из пластика винт в форме восьмерки, а затем выпрямить противоположные края винта, используя высокую температуру для размягчения пластика. Смотрите фото винта для лодки Ардуино выше.
Скетч для лодки на Ардуино с ИК пультом
#include <IRremote.h> // библиотека для IR-приемника
#include <Servo.h> // библиотека для сервомотора
// Замените коды команд от пульта ДУ на свои значения
#define forward 16736925
#define left 16769565
#define right 16754775
#define turm_left 16712445
#define turm_right 16711935
#define stope 16755285
Servo servo; // присваиваем имя сервомотору
int RECV_PIN = A0;
IRrecv irrecv(RECV_PIN);
decode_results results;
void setup() {
Serial.begin(9600); // подключаем монитор, чтобы узнать коды кнопок пульта
irrecv.enableIRIn();
pinMode(11, OUTPUT);
pinMode(13, OUTPUT);
pinMode(A0, INPUT);
servo.attach (7);
}
void loop() {
if (irrecv.decode(&results)) {
Serial.println(results.value); // выводим на монитор порта коды с пульта ДУ
if (results.value == left) {
servo.write(60);
digitalWrite(11, HIGH);
}
if (results.value == right) {
servo.write(120);
digitalWrite(11, HIGH);
}
if (results.value == turm_left) {
servo.write(10);
digitalWrite(11, HIGH);
}
if (results.value == turm_right) {
servo.write(170);
digitalWrite(11, HIGH);
}
if (results.value == forward) {
servo.write(90);
digitalWrite(11, HIGH);
}
if (results.value == stope) {
servo.write(90);
digitalWrite(11, LOW);
}
irrecv.resume(); // Ждем следующий сигнал от пульта
}
}
В случае успешного тестирования ИК-управления сервомотором, можно приступать к испытанию проекта на Ардуино для начинающих в реальных условиях. Но перед этим обязательно позаботьтесь о защите электрических схем и микроконтроллера от возможных брызг воды и влаги. Для этого можно использовать пищевую пленку (пленка свободно пропустит ИК сигнал от пульта дистанционного управления).
Код Arduino
Код очень прост, и, в основном, он просто читает аналоговое напряжение на выводе A0. При обнаружении дыма он выводит сообщение на мониторе последовательного порта. Посмотрите скетч, прежде чем мы начнем его подробный разбор.
Скетч начинается с определения вывода Arduino, к которому подключен аналоговый вывод датчика газа MQ-2. Переменная под названием определена для хранения значения датчика.
В функции мы инициализируем последовательную связь с ПК и ждем 20 секунд, чтобы дать датчику прогреться.
В функции значение датчика считывается функцией и отображается в мониторе последовательного порта.
Когда концентрация газа достаточно высока, датчик обычно выдает значение, превышающее 300. Мы можем отслеживать это значение с помощью оператора . И когда значение датчика превысит 300, мы отобразим сообщение «Smoke detected!» (Обнаружен дым!).
Вывод в мониторе последовательного порта выглядит так:
Рисунок 13 – Вывод в мониторе последовательного порта скетча для работы с модулем датчика газа MQ-2
Пироэлектрический эффект
Ещё в далёком XIX веке немецкий физик Вильгельм Рентген занимался изучением пироэлектрического эффекта. Пироэлектрический эффект – это генерация электрических зарядов в кристалле под действием теплового (инфракрасного) излучения.Современные технологии позволили искусственно синтезировать чувствительные пироэлектрические кристаллы. В отличие от природных кристаллов (турмалин, кварц) в которых пироэлектрический эффект проявляется слабо, искусственные пироэлектрические кристаллы обладают повышенной чувствительностью.
На основе пироэлектрических кристаллов были созданы пироэлектрические инфракрасные датчики. В настоящее время такие датчики применяют практически повсеместно.
Вот наиболее распространённые сферы применения :
Системы охранной сигнализации. Инфракрасные датчики движения обнаруживают движение человека в охраняемой зоне. Каждый человек излучает в окружающую среду тепло. Это и используется для обнаружения человека в охраняемом пространстве.
Автоматически открывающиеся входные двери в крупных супермаркетах, залах, студиях, магазинах и т.п. В таких системах также используются пироэлектрические датчики движения.
В последнее время в продаже появились автоматические выключатели освещения. Применение таких приборов в быту довольно оправдано, это сокращает затраты на электроэнергию.
Автоматические системы противопожарной сигнализации. Пироэлектрический датчик служит своеобразным электронным термометром и сигнализирует о превышении допустимой температуры в помещении.
Кроме всего прочего пироэлектрические датчики служат для дистанционного измерения температуры.
Наиболее продвинувшейся в производстве пироэлектрических датчиков является фирма Murata Manufacturing Co (Япония).
Устройство простейшего пироэлектрического датчика
Пироэлектрический датчик состоит из пластины пироэлектрика (кристалла) по бокам которого нанесены металлические обкладки, которые образуют своеобразный конденсатор. На одну из обкладок нанесено вещество, принимающее электромагнитное тепловое излучение.
Излучение вызывает пироэлектрический эффект и напряжение между обкладками растёт, причём строго определённой полярности. Полученное напряжение приложено к участку затвор – исток полевого транзистора, встроенного в датчик.
В результате сопротивление канала транзистора VT1 изменяется. Транзистор VT1 нагружен на внешний нагрузочный резистор (не показан на рисунке), с которого и снимается сигнал.
Резистор R1 служит для разрядки обкладок конденсатора пироэлектрического датчика.
Датчики некоторых серий снабжают несколькими чувствительными элементами, соединёнными последовательно с чередующейся полярностью. Это позволяет сделать приборы нечувствительными к равномерному фоновому облучению.
Пироэлектрический кристалл – довольно инерционный чувствительный элемент.
Для различных электронных систем применяются пироэлектрические датчики с разной спектральной чувствительностью. Спектральная чувствительность датчика формируется за счёт поглощающей способности материала, которым покрыты пластины пироэлектрика.
Для противопожарных систем используются пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 1.
На графике видно, что датчики с данной характеристикой чувствительны к излучению с длиной электромагнитной волны 4 – 5 мкм (микрометров).
Для охранных систем, а также систем автоматики используются пироэлектрические датчики с характеристикой 2 и 3. Пироэлектрики с такой спектральной характеристикой более подходит для фиксации движения человека.
Пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 4 наиболее подходят для дистанционных измерителей температуры. Видно, что характеристика под номером 4 более равномерна, следовательно, показания датчика с такой характеристикой будут наиболее точны.
Пироэлектрические датчики нашли широкое применение в системах “умный дом”.
Нравится
Главная » Технологии » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Заключение
Созданный на платформе Arduino датчик движения — простое и функциональное устройство, помогающее быстро и с минимальными усилиями решить задачу автоматического выполнения действий при появлении человека в радиусе действия. Очень часто такие комплексы можно встретить в квартирах и домах, на улицах и в парках — там они включают свет по детекции движения.
Находят они применение и в системах сигнализации и видеонаблюдения: по сигналу включается оповещение или запись события. Гибкость Arduino позволяет реализовать даже очень сложные проекты, например, включения сенсора в экосистему «умного дома». Хотя существуют и более продвинутые лазерные, ультразвуковые и тепловизионные варианты, ИК-детекторы в данной сфере остаются самым доступным и простым решением.
