fizikai számítástechnika, arduino

Az arduinoba kötött gyorsulásmérőből kiolvasott adatot soros porton átküldve a Processinghez az vizualizálja az adatokat.

itt: http://www.hobbielektronika.hu/cikkek/mma7260qt_gyorsulasmero_hasznalata_avr-rel.html?pg=2

Működéséről egy cikk a hobbielektronikán:

http://www.hobbielektronika.hu/cikkek/srf-04_ultrahangos_tavolsagmero_szenzor_hasznalata_arduino-val_es_avr-rel.html?pg=2

"Az érzékelő vagy szenzor olyan elem, amely egy mérendő tulajdonságtól függő jelet szolgáltat. A mérendő tulajdonság és a jel egyaránt lehet fizikai, kémiai, biológiai stb. jellegű. Fontos, hogy a mérendő tulajdonság, és az érzékelő által szolgáltatott jel egymásnak kölcsönösen egyértelmű függvényei legyenek."
http://hu.wikipedia.org/wiki/%C3%89rz%C3%A9kel%C5%91

Amit érzékelhet: fény, mozgás, mágneses tér, távolság, gyorsulás, páratartalom, hőmérséklet, nyomás, érintés, stb. A fizikai, kémiai vagy biológiai változásokat elektromos jelekké alakítják.

Az alábbi lista nem teljes, inkább csak ízelítő:  

Mozgás érzékelése

Mozgásérzékelő

Adott területen érzékeli a mozgást, áltlában infrávörös fénnyel működik. PIR-nek is hívják (passive infrared). Arduinohoz is kapható, 5-12V-on működik:

példa: http://www.ladyada.net/learn/sensors/pir.html

Mágneses kapcsoló

Ajtóra, ablakra stb szerelhető. Működése: http://www.hw2sw.com/2012/09/07/connecting-a-magnetic-reed-door-switch-into-arduino/

példa: http://m.instructables.com/id/simpleTweet01python/?ALLSTEPS

Digitális mágneses érzékelő modul

DFR0033 típus.

példa: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Digital_magnetic_sensor_(SKU:_DFR0033)

(DIY elektromágneses mező érzékelése: http://hackaday.com/2010/12/31/arduino-emf-sensor/)

Digitális dőlés szenzor modul

példa: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_Tilt_Sensor_(SKU:DFR0028)

Giroszkóp

Tinkerkit 2 tengelyes T000060

példa: http://www.robotshop.com/gorobotics/articles/microcontrollers/arduino-5-minute-tutorials-lesson-7-accelerometers-gyros-imus

Gyorsulásmérő

példa: http://www.robotshop.com/gorobotics/articles/microcontrollers/arduino-5-minute-tutorials-lesson-7-accelerometers-gyros-imus

példa Arduino MEGA-hoz: http://lex.iguw.tuwien.ac.at/toysrus/index.php/Accelerometer_Tinkerkit

Digitális rezgés érzékelő modul

Ebből is több fajta van, pl.

Az utóbbihoz manual itt: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php?title=DFRobot_Digital_Vibration_Sensor_(SKU:DFR0027)

Érintés vagy megnyomás érzékelése

Nyomásérzékeny ellenállás

FSR = Force Sensitive resistor

példa: http://garagelab.com/profiles/blogs/tutorial-force-sensitive-resistor-and-arduino

DIY verzió: http://www.instructables.com/id/DIY-Force-Sensitive-Resistor-FSR/

Hajlás szenzor (flex, bend)

Példa: flex szenzor LEDsorral: http://arduinobasics.blogspot.hu/2011/05/arduino-uno-flex-sensor-and-leds.html

Nyúlás szenzor (stretch)

DIY verzió: http://www.instructables.com/id/Connecting-a-textile-analog-sensor-to-Arduino/?ALLSTEPS

Kapacitív érzékelő

Az arduino capacitive sensing library-jével akár egy alufólia darabbal is készíthetünk érintés szenzort:

http://www.arduino.cc/playground/Code/CapacitiveSensor

http://arduino.cc/playground/Main/CapacitiveSensor?from=Main.CapSense

Vagy egyéb hardwerekkel felerősíthetjük a jelet, pl. MPR121 (touch senor):

http://bildr.org/2011/05/mpr121_arduino/ 

Érintés érzékelő modul (touch)

Kapacitív érzékelő ez is. 

Másodikhoz példa: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/DFRobot_Capacitive_Touch_Sensor_(SKU:DFR0030)

Piezoelektromos szenzor

Olyan anyagból készül amiben összenyomás hatására feszültség keletkezik. Burkolattal és anélkl is kapható. 

Példa lejjebb - hang érzékelőknél.

Távolság érzékelése

Infrás távolságérzékelő

Sharp infravörös távolságérzékelő szenzor

"A robotikában használt egyik speciális szenzor a Sharp infravörös távolságérzékelő szenzor. Amint az alábbi képről is jól látható többféle szenzor is létezik, különböző méréstartománnyal. A szenzor az ún. háromszögeléses módszerrel működik. A szenzor egy keskeny infravörös fénnyalábot bocsát ki (az IR fény hullámhossza 850nm ± 70nm). A kibocsátott IR fény a tárgyakról visszaverődik. Az érzékelő egy optikával leképezi a visszavert fényt egy CCD-re. Attól függően hogy milyen messze van a céltárgy, más-más szögben érkezik vissza a visszavert fény, és ennek megfelelően más-más CCD pixelre fókuszálódik. Ebből már meghatározható a távolság. Van analóg és digitális kimenetű szenzor is. Az analóg szenzor egy, a távolsággal fordítottan arányos, nemlineáris, analóg kimeneti feszültségjelet ad."
http://www.hobbielektronika.hu/cikkek/will-i_v20_robotika_es_avr_kezdoknek.html?pg=6

Ultrahangos távolságérzékelő

Tutorial: http://arduino.cc/en/Tutorial/Ping?from=Tutorial.UltrasoundSensor

IR vevő modul

Kell hozzá egy infra kibocsátó egység is amit érzékelni tud, pl. Infra LED. Magában is kapható. Példa az oldal közepén: http://www.diyphonegadgets.com/2012/04/tutorial-how-to-control-ir-helicopter.html

Fény érzékelése

LDR, Fotóellenállás

A fotoellenállások fénytől függő ellenállások. A fényérzékeny rétegek kialakítására nagyon erős fényelektromos tulajdonságokkal bíró anyagokat (kadmium-szulfid CdS, ólomszulfid PbS stb.) használnak. Minél jobban megvilágítunk egy fotoellenállást, annál inkább csökken az ellenállása. A fotoellenállás meghatározott fényerősséghez tartozó ellenállásértéke azonos típusoknál is meghatározott tartományban szór, ez a tartomány az ún. szórási sáv. A fotoellenállás meghatározott fényhullámhossznál éri el a legnagyobb érzékenységet, ezt spektrális érzékenységnek nevezzük. Vannak olyan fotoellenállások amelyek kimondottan speciális hullámhosszra, azaz színekre érzékenyek.

Analóg pinbe kötve analogRead-del kiolvassuk az értékeket. Lehet esetleg kalibrálni is: 
http://arduino.cc/en/Tutorial/Calibration

Modul formában is létezik:

Színszenzor modul

TCS3200, arduino kódja letölthető innen: http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=540#.UKPlTeOe-0I

Hang érzékelése

Piezo elektromos szenzor (lásd feljebb) 

Példa - érzékelőkét: kopogás érzékelése bejegyezés. 
Másik példa- hangforrásként: http://www.adafruit.com/blog/2009/05/19/piezo-with-an-arduino-photoresistor/

Hang érzékelő modul 

példa: http://www.emartee.com/product/42148/Mini%20Sound%20Sensor%20%20Arduino%20Compatible

Hőmérséklet érzékelése

Digitális hőmérő modul

Másodikhoz példa: http://www.emartee.com/product/41849/Arduino%20Temperature%20Sensor%20DS18B20

DS18B20 

DS18B20

Hőmérséklet mérése LM35-tel:

http://www.danielandrade.net/2008/07/05/temperature-sensor-arduino/

Hőmérséklet és páratartalom szenzor

példa: http://garagelab.com/profiles/blogs/tutorial-humidity-and-temperature-sensor-with-arduino

Digitális hőmérséklet és páratartalom szenzor

példa: http://www.elechouse.com/elechouse/index.php?main_page=product_info&cPath=&products_id=450

Analóg páratartalom szenzor

Hozzá az Arduino Library: http://code.google.com/p/arduino-humidity-sensor-library/

HUMIDITY SENSOR HIH4030

4-5.8V

arduino példa kód serial motorral: http://itp.nyu.edu/physcomp/sensors/Reports/ArduinoCode

Nyomásérzékelő 

MPX4115A

példa: http://www.oz9aec.net/index.php/arduino/343-mpx4115a-pressure-sensor-with-arduino

Barometrikus nyomás érzékelő

BMP085 Breakout

példa: http://www.sparkfun.com/tutorials/253

példa: http://garagelab.com/profiles/blogs/tutorial-how-to-use-a-barometric-pressure-sensor-with-arduino

A digitális giroszkóp egy 3d-s gyorsulásérzékelő chip. A Föld mágneses pólusait (Észak, Dél) érzékeli és abból számolja az elmozdulást. Ebben a példában a dölés szöget és az mozdulat sebességét tudjuk kiolvasni serial monitoron.

A tinkerkit library-t is telepíteni kel hozzá, innen:
http://tinkerkit.com/en/Tutorials/Home

Hivatkozások:

TKGyro gyro(I0,I1,TK_4X);gyro.getXAxis();
//x tengely értéke 0-1023gyro.getYAxis();
//y tengely értéke 0-1023gyro.getXAxisRate();
//x tengely fizikai helyzete: -6000°/s-tól 6000°/s-iggyro.getYAxisRate();
//y tengely fizikai helyzete: -6000°/s-tól 6000°/s-ig

TinkerKit Gyroscope 2 Axis sensitivity 1X

Bekötése:

x tengely A0

y tengely A1

+ pinek 5V-ba mindkettő

- pinek Gnd-be mindkettő

Arduino kód a hivatalos Manual-ból:

/* TinkerKit! Gyroscope [T000060-64]
 *
 * This sketch shows how to read this 2-axis gyroscope, 
 * turning in a given angular velocity and then converting it 
 * in the simplest way in an angular position (/inclination).
 *
 * Connect: the X-axis to the Analog Input Pin 0 (I0) 
 *          the Y-axis to the Analog Input Pin 1 (I1)
 * Optional: connect a servo to Analog Output Pin 9 (O2)
 *
 * created by Federico Vanzati / f.vanzati@arduino.cc
 * in September 2011
 *
 * inspired from www.arduino.cc/playground/Main/Gyro 
 * by eric barch / ericbarch.com
 */

#include <Servo.h> 

// Pin used in this example
#define SERVO 9
#define X_GYRO 0
#define Y_GYRO 1

#define ADCresolution 4.89f  // = 5000mV/1023counts: Arduino analog pins resolution expressed in mV/count
#define Sensitivity 0.67f  // [mV/dps] sensitivity of the sensor, took from datasheet (4x output mode)
// Conversion coefficient, we do here because is a constant! so we'll not do the calculation every loop
#define K ADCresolution/Sensitivity  // the constant!
#define nrSamples 6  // Number of samples that we take for each measure

Servo myservo;  // create servo object to control a servo 
// a maximum of eight servo objects can be created 

// Timing variables
unsigned long  time, sampleTime = 12; 
unsigned long printTime = 0, serialRefresh_time = 500; 
float deltaT = (float)sampleTime*nrSamples/1000;

//Gyroscope variables  
int roll_zeroVoltage, pitch_zeroVoltage;    
int roll_rawADC[nrSamples], pitch_rawADC[nrSamples];  // store 3 values...just to avverage
float roll_rate, pitch_rate;  //
float roll_angle = 0, pitch_angle = 0;
int c=0;  // just a counter to count the samples

int pos;    // variable to store the servo position

void setup() 
{ 
  delay(1000); 
  myservo.attach(SERVO);  // attaches the servo on pin 9 to the servo object 
  myservo.write(pos);

  Serial.begin(57600);
  Serial.print("TinkerKit! Gyroscope [T000062] Test Example\n\n");

  int correctionY=0, correctionX=0;

  for (int i=0; i<50; i++)
  {
    correctionY += analogRead(Y_GYRO);
    correctionX += analogRead(X_GYRO);
    delay(20);
  }
  roll_zeroVoltage = correctionY/50;
  pitch_zeroVoltage = correctionX/50;
  Serial.print(roll_zeroVoltage);
  Serial.print("    ");
  Serial.println(pitch_zeroVoltage);

  time = millis();
} 


void loop() 
{ 
  // Every 40ms take a sample from gyro
  if(millis() - time > sampleTime)
  {
    time = millis();   
    roll_rawADC[c] = analogRead(Y_GYRO);
    pitch_rawADC[c] = analogRead(X_GYRO);
    c++;
  }
  if(c==nrSamples) // Well, we have 3 samples
  {
    // Transform the raw data into an angular velocity
    roll_rate = (filterGyro(roll_rawADC) - roll_zeroVoltage) * K;
    pitch_rate = (filterGyro(pitch_rawADC) - pitch_zeroVoltage)*K;

    // Integrate the angular veloity to obtain angular position (or inclination)
    // Using the trapeziod method for numerical integration
    //                                                                 sampleTime*nrSamples
    // The variable that take mind of the integration time is deltaT = -------------------- 
    //                                                                         1000
    //  - we multiply for nrSamples because  
    //  - divide for 1000 because angular velocity is expessed in seconds,
    //    but sampleTime is expressed in milliseconds
    roll_angle += roll_rate*deltaT/2;
    pitch_angle += pitch_rate*deltaT/2;

    //Keep our angle between 0-359 degrees
    if (roll_angle < 0)
      roll_angle += 360;
    else if (roll_angle > 359)
      roll_angle -= 360;

    if (pitch_angle < 0)
      pitch_angle += 360;
    else if (pitch_angle > 359)
      pitch_angle -= 360;

    // Now we control the servo: home position is setted in the center at 90 degrees
    if(roll_angle >= 0 && roll_angle <= 90) // counterclockwise rotation of the gyro...
      pos = 90 + (int)roll_angle;           // ...produces rotation from 90 to 180 deg on servo                     
    if(roll_angle >= 270)                   // clockwike rotation of the gyro...
      pos = (int)roll_angle - 270;          // ...produces rotation from 90 to 0 deg on servo

    myservo.write(pos);  // send the position to servo

    if(millis() - printTime > serialRefresh_time)
    {
      printTime = millis();
      Serial.print("Roll speed: "); Serial.print((int)roll_rate);
      Serial.print("\t Angle: "); Serial.print((int)roll_angle);
      Serial.print("\t Pitch speed: ");Serial.print((int)pitch_rate);
      Serial.print("\t Angle: ");Serial.println((int)pitch_angle);
      Serial.print("Servo: "); Serial.println(pos);
    }
    c=0;  // reset the counter
  }
}

int filterGyro(int buffer[])
{
  int mean=0;
  for(byte i=0; i<nrSamples; i++)
    mean += buffer[i];
  mean /= nrSamples;
  return mean;
}
 

Egy példa, grafikus interfész processingben, ami a giró adatait mutatja: http://scuola.arduino.cc/en/content/realizziamo-uninterfaccia-grafica-modulo-giroscopio-tinkerkit 

forrás

http://www.tinkerkit.com/bp/reference/, http://tinkerkit.com/en/Tutorials/Home, http://sensorwiki.org/doku.php/sensors/gyroscope

10-80 cm között mér. Feszültség ellátás 4.5-5.5 V és áramfogyasztás 30mA.

Bekötése:

Datasheet: http://www.sharpsma.com/webfm_send/1489

balról jobbra: analóg 0, földelés, 5V

Adat kiolvasása Serial Monitorral:

int sensorpin = 0;
// az analóg 0-ba van kötve a sharp szenzor
int val = 0;
// változó ami a szenzor értékeit tárolja
// inicializáljuk 0-ként

void setup(){
Serial.begin(9600);
// serial monitor elindítása
}

void loop(){
val = analogRead(sensorpin);
// érték kiolvasása a szenzorból
Serial.println(val);
// érték kiírása serial monitorral
delay(500);
// fél mp vár mielőtt újra kiolvassa az értéket
}