Учебная практика ПМ.02 Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования / Отчет по практике 10
.docxПрактическое занятие №10
Тема: «Работа с датчиками. Применение фоторезисторов и датчиков температуры».
Цель занятия: «Изучить работу различных датчиков, а также научиться подключать к модулю Ардуино датчики температуры и влажности и применять фоторезисторы в качестве датчика освещенности».
Оборудование:
– ПЭВМ в сборе;
– плата Arduino Uno;
– набор кабелей для подключения к ПК;
– набор драйверов;
– датчики DHT11, DHT22, фоторезистор наборы: резисторов, диодов, транзисторов, светодиодов;
– макетная плата;
– методические рекомендации к выполнению заданий, справочная литература или доступ в сеть Интернет
Ход работы
Фоторезистор, как следует из названия, имеет прямое отношение к резисторам, которые часто встречаются практически в любых электронных схемах. Основной характеристикой обычного резистора является величина его сопротивления. От него зависят напряжение и ток, с помощью резистора мы выставляем нужные режимы работы других компонентов. Как правило, значение сопротивления у резистора в одних и тех же условиях эксплуатации практически не меняется.
В отличие от обычного резистора, фоторезистор может менять свое сопротивление в зависимости от уровня окружающего освещения. Это означает, что в электронной схеме будут постоянно меняться параметры, в первую очередь нас интересует напряжение, падающее на фоторезисторе. Фиксируя эти изменения напряжения на аналоговых пинах ардуино, мы можем менять логику работы схемы, создавая тем самым адаптирующиеся под вешние условия устройства.
Фоторезисторы достаточно активно применяются в самых разнообразных системах. Самый распространенный вариант применения — фонари уличного освещения. Если на город опускается ночь или стало пасмурно, то огни включаются автоматически.. На базе датчика освещенности можно сделать даже охранную систему, которая будет срабатывать сразу после того, как закрытый шкаф или сейф открыли и осветили. Как всегда, сфера применения любых датчиков ардуино ограничена лишь нашей фантазией.
Если мы используем фоторезистор, то в схеме подключения датчик реализован как делитель напряжения. Одно плечо меняется от уровня освещённости, второе – подаёт напряжение на аналоговый вход. В микросхеме контроллера это напряжение преобразуется в цифровые данные через АЦП. Т.к. сопротивление датчика при попадании на него света уменьшается, то и значение падающего на нем напряжения будет уменьшаться.
Рисунок 1 – Схема подключения фоторезистора в плате
В зависимости от того, в каком плече делителя мы поставили фоторезистор, на аналоговый вход будет подаваться или повышенное или уменьшенное напряжение. В том случае, если одна нога фоторезистора подключена к земле, то максимальное значение напряжения будет соответствовать темноте (сопротивление фоторезистора максимальное, почти все напряжение падает на нем), а минимальное – хорошему освещению (сопротивление близко к нулю, напряжение минимальное). Если мы подключим плечо фоторезистора к питанию, то поведение будет противоположным.
Источником питания в схеме является сам ардуино. Фоторезистор подсоединяется одной ногой к земле, другая подключается к АЦП платы (в нашем примере – АО). К этой же ноге подключаем резистор 10 кОм. Естественно, подключать фоторезистор можно не только на аналоговый пин A0, но и на любой другой.
Собрали схему в соответствии с рисунком 2.
Рисунок 2 – Схема подключения фоторезистора к плате
Разработали программу, приведенную ниже, и загрузили ее в микроконтроллер
#define PIN_LED 13
#define PIN_PHOTO_SENSOR A0
void setup() {
Serial.begin(9600);
pinMode(PIN_LED, OUTPUT);
}
void loop() {
int val = analogRead(PIN_PHOTO_SENSOR);
Serial.println(val);
if (val < 300) {
digitalWrite(PIN_LED, LOW);
} else {
digitalWrite(PIN_LED, HIGH);
}
}
Подключение датчиков DHT11 и DHT22
Датчик состоит из двух частей – емкостного датчика температуры и гигрометра. Первый используется для измерения температуры, второй – для влажности воздуха. Находящийся внутри чип может выполнять аналого-цифровые преобразования и выдавать цифровой сигнал, который считывается посредством микроконтроллера.
В большинстве случаев DHT11 или DHT22 доступен в двух вариантах: как отдельный датчик в виде пластикового корпуса с металлическими контактами или как готовый модуль с датчиком и припаянными элементами обвязки. Второй вариант гораздо проще использовать в реальных проектах и крайне рекомендуется для начинающих.
Датчик DHT11
Потребляемый ток – 2,5 мА (максимальное значение при преобразовании данных);
Измеряет влажность в диапазоне от 20% до 80%. Погрешность может составлять до 5%;
Применяется при измерении температуры в интервале от 0 до 50 градусов (точность – 2%)
Габаритные размеры: 15,5 мм длина; 12 мм широта; 5,5 мм высота;
Питание – от 3 до 5 Вольт;
Одно измерение в единицу времени (секунду). То есть, частота составляет 1 Гц;
4 коннектора. Между соседними расстояние в 0,1 ”.
Датчик DHT22
Питание – от 3 до 5 Вольт;
Максимальный ток при преобразовании – 2,5 мА;
Способен измерять влажность в интервале от 0% до 100%. Точность измерений колеблется от 2% до 5%;
Минимальная измеряемая температура – минус 40, максимальная – 125 градусов по Цельсию (точность измерений – 0,5);
Устройство способно совершать одно измерение за 2 секунд. Частота – до 0,5 ГЦ;
Габаритные размеры: 15,1 мм длина; 25 мм широта; 5,5 мм высота;
Присутствует 4 коннектора. Расстояние между соседними – 0,1 ‘;
Очевидно, что при использовании в ардуино датчика температуры и влажности DHT11 устройство выдаст менее точные значения, чем DHT22. У аналога больший диапазон измеряемых значений, но и цена соответствующая. Датчик температуры и влажности DHT22, как и его аналог, имеет один цифровой выход, соответственно снимать показания можно не чаще, чем один раз в 1-2 секунды.
Описание контактов DHT11:
Питание;
Вывод данных;
Не используется;
Земля (GND).
Контакты нумеруются слева на право, если корпус датчика находится перед вами со стороны решетки, и «ноги» расположены внизу. Для правильной работы датчика нужно впаять резистор на 10 кОм между выходами сигнала и питанием.
Рисунок 3 – Схема подключения датчика к плате
Если у вас в руках готовый модуль датчика, то подключение его к Arduino предельно упрощается: подключаете VCC к +5В, GND – к земле, третий контакт – к любому свободному пину на плате Arduino. Номер пина нужно будет затем указать скетче. Таким образом можно подключить датчика к разным платам Arduino: Uno, Arduino Mega, Arduino Nano, Pro Mini и другим. Подключение модуля датчика производится в соответствии с рисунком 4.
Рисунок 4 – Схема подключения датчика в соответствие с заданием
Разработали программу, приведенную ниже, загрузили ее в микроконтроллер и проверили работоспособность.
#include "DHT.h"
#define DHTPIN 2
DHT dht(DHTPIN, DHT22);
DHT dht(DHTPIN, DHT11);
void setup()
{
Serial.begin(9600);
dht.begin();
}
void loop() {
delay(2000); // 2 секунды задержки
float h = dht.readHumidity();
float t = dht.readTemperature();
if (isnan(h) || isnan(t))
{
Serial.println("Ошибка считывания");
return;
}
Serial.print("Влажность: ");
Serial.print(h);
Serial.print(" %\t");
Serial.print("Температура: ");
Serial.print(t);
Serial.println(" *C ");
}
Ответы на контрольные вопросы
Укажите основные элементы на схеме подключения, поясните их назначение
Резистора предназначены для ограничения токов. Светодиод в схеме с фоторезистором нужен для проверки правильности работы фоторезистора и программы. Фоторезистор нужен для смены сопротивления в зависимости от освещения.
Поясните работу данной команды DHT dht(DHTPIN,DHT22)
Инициализация сенсора DHT
Вывод: Работали с датчиками. Применял фоторезисторы и датчики температуры.