С работа с датчиками: Датчики и микроконтроллеры. Часть 1. Матчасть / Хабр

Содержание

виды, устройство, принцип работы, применение

Датчик — это миниатюрное, сложное устройство, которое преобразует физические параметры в сигнал. Подает он сигнал в удобной форме. Основной характеристикой датчика является его чувствительность. Датчики положения осуществляют связь между механической и электронной частью оборудования. Пользуются им для автоматизации процессов. Используются эти устройства во многих отраслях производства.

Описание и назначение

Датчики положения могут быть разными по форме. Изготавливают их для определенных целей. С помощью прибора можно определить месторасположение объекта. Причем физическое состояние не имеет значение. Объект может иметь твердое тело, быть в жидком состоянии, либо даже сыпучим.

При помощи прибора можно решить разные задачи:

Измеряют положение и перемещение (угловое и линейное) органов в рабочих машинах, механизмах. Измерение может совмещаться с передачей данных.
В АСУ, робототехнике может быть звеном обратной связи.
Контроль степени открытия/закрытия элементов.
Регулировка направляющих шкивов.
Электропривод.
Определение данных расстояния до предметов без привязки к ним.
Проверку функций механизмов в лабораториях, то есть провести испытания.

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики положения бывают бесконтактные и контактные.

Бесконтактные, это приборы являются индуктивными, магнитными, емкостными, ультразвуковыми и оптическими. Они при помощи магнитного, электромагнитного или электростатического поля образуют связь с объектом.
Контактные. Самым распространенным из этой категории, является энкодер.

Бесконтактный

Бесконтактные датчики положения или сенсорный выключатель, срабатывают без контакта с подвижным объектом. Они способны быстро реагировать и часто включаться.

По прицепу действия бесконтактные бывают:

емкостными,
индуктивными,
оптическими,
лазерные,
ультразвуковые,
микроволновые,
магниточувствительные.

Бесконтактные могут применяться для перехода на частоту вращения ниже, или остановки.

Индуктивные

Индуктивный датчик бесконтактный работает за счет изменений в электромагнитном поле.

Основные узлы индуктивного датчика изготовлены из латуни либо полиамида. Узлы связанны между собой. Конструкция надежна, способна выдерживать большие нагрузки.

Генератор создает электромагнитное поле.
Триггер Шмидта перерабатывает информацию, и передает другим узлам.
Усилитель способен передавать сигнал на большие расстояния.
Светодиодный индикатор помогает контролировать его работу и отслеживать изменение настроек.
Компаунд — фильтр.

Работа индуктивного прибора начинается с момента включения генератора, создается электромагнитное поле. Поле влияет на вихревые токи, которые меняют амплитуду колебаний генератора. Но генератор первый реагирует на изменения. Когда в поле попадает двигающийся металлический предмет, сигнал подается на блок управления.

После поступления сигнала, происходит его обработка. Величина сигнала зависит от объема предмета, и от расстояния, разделяющего предмет и прибор. Затем происходит преобразование сигнала.

Емкостные

Емкостной датчик внешне может иметь обычный плоский или цилиндрический корпус, внутри которого штыревые электроды, и диэлектрическая прокладка. Одна из пластин стабильно отслеживает перемещение предмета в пространстве, в результате изменяется емкость. С помощью этих приборов измеряют угловое и линейное перемещение предметов, их размеры.

Емкостные изделия простоты, обладают высокой чувствительностью и малой инерционностью. Внешнее влияние электрических полей влияет на чувствительность прибора.

Оптические

Оптические датчики называют глазами авторизованного производства. В основном это фотодатчики, работающие в инфракрасной области. Они способны:

Измерять положение, перемещение предметов, после концевых выключателей.
Выполнять бесконтактное измерение.
Выявить положение предметов двигающихся на большой скорости.

Барьерный

Барьерный оптический датчик обозначают латинской буквой «Т». Этот оптический прибор двухблочный. Используется для обнаружения предметов попавших в зону обзора между передатчиком и приемником. Зона действия до 100м.

Рефлекторный

Буквой «R» обозначается рефлекторный оптический датчик. Изделие рефлекторное вмещает в одном корпусе передатчик и приемник. Рефлектор служит отражением луча. Чтобы обнаружить предмет с зеркальной поверхностью в датчике устанавливают поляризационный фильтр. Дальность действия до 8м.

Диффузионный

Датчик диффузионный обозначается буквой «D». Корпус прибора моноблочный. Этим приборам не требуется точная фокусировка. Конструкция рассчитана на работу с предметами, находящиеся на близком расстоянии. Дальность действия 2 м.

Лазерные

Лазерные датчики обладают высокой точностью. Они могут определить место, где происходит движение и дать точные размеры объекта. Приборы эти небольших габаритов. Потреблении энергии приборами минимальное. Изделие моментально способно выявить чужого и сразу включить сигнализацию.

Основа работы лазерного прибора — измерить расстояние до предмета с помощью треугольника. Излучается лазерный луч из приемника с высокой параллельностью, попадая на поверхность предмета, отражается. Отражение происходит под определенным углом. Величина угла зависит от расстояния, на котором находится предмет. Отраженный луч возвращается в приемник. Считывает информацию интегрированный микроконтроллер – он определяет параметры объекта и его расположение.

Ультразвуковые

Ультразвуковые датчики – это сенсорные приборы, которые используются для преобразования электрического тока в волны ультразвука. Их работа основана на взаимодействии колебаний ультразвука с контролируемым пространством.

Работают приборы по принципу радара — улавливают объект по отраженному сигналу. Звуковая скорость постоянная величина. Прибор способен вычислить расстояние до объекта в соответствии с диапазоном времени, когда вышел сигнал и вернулся.

Микроволновые

Микроволновые датчики движения излучают высокочастотные электромагнитные волны. Изделие чувствительно к изменению отражаемых волн, которые создаются объектами в контролируемой зоне. Объект же может быть теплокровным, живым, или просто предметом. Важно чтобы объект отражал радиоволны.

Используемый принцип радиолокации, позволяет обнаружить объект и вычислить скорость его перемещения. При движении срабатывает прибор. Это эффект Допплера.

Магниточувствительные

Этот вид приборов изготавливают двух видов:

на основе механических контактов;
на основе эффекта Холла.

Первый может работать при переменном и постоянном токе до 300V или при напряжении близком к 0.

Изделие на основе эффекта Холла чувствительным элементом отслеживает изменение характеристик при действии внешнего магнитного поля.

Контактный

Контактные датчики — это изделия параметрического типа. Если наблюдаются трансформации механической величины, у них изменяется электрическое сопротивление. В конструкции изделия два электрода, которые обеспечивают контакт входа приемника с грунтом. Емкостной преобразователь состоит из двух металлических пластин, держат они два оператора, установленных на удалении друг от друга. Одной пластиной может быть корпус приемника.

Контактный угловой датчик называют энкодер, используется для определения угла поворота вращающегося предмета. Нейтральный отвечает за режимом работы двигателя.

Ртутный

Ртутные датчики положения имеют стеклянный корпус и по размерам схожи с неоновой лампой. Имеется два вывода-контакта с капелькой ртутного шарика внутри стеклянной вакуумной, запаянной колбы.

Используется автомобилистами для контроля угла наклона подвески, открытия капота, багажника. Используют его и радиолюбители.

Сферы применения

Области использования миниатюрных устройств обширны:

Используют в машиностроении для сборки, тестирования, упаковки, сварки, заклепки.
В лабораториях применяют для контроля, измерения.
Автомобильной технике, в транспортной промышленности, подвижной технике. Наиболее популярен датчик нейтральной передачи для МКПП. Во многих системах управления автомобилей присутствуют датчики. Они есть в механизме рулевого управления, клапана, педали, в подкапотных системах, в системах управления зеркалами, креслами, откидными крышами.
Применяют их в конструкциях роботов, в научной сфере и сфере образования.
Медицинской технике.
Сельском хозяйстве и спецтехнике.
Деревообрабатывающей промышленности.
Металлообрабатывающей области, в станках металлорежущих.
Проволочном производстве.
Конструкциях прокатных станов, в станках с программным управлением.
Системы слежения.
В охранных системах.
Гидравлических и пневматических системах.

Сбор показаний датчиков и их отображение / Хабр

Людям нравятся красивые презентации. Красивые картинки, немного текста, меняющиеся слайды. Красивая картинка позволяет быстро передать информацию человеку, сообщить самое важное. Мы все это знаем. Я вот думаю, как «скрестить ежа и ужа»?

Как наглядно на мониторе компьютера представить процессы, происходящие внутри микроконтроллера или ПЛИС? Или как показать, что происходит внутри всей системы автоматики, реализованной на микроконтроллере или ПЛИС?

Вообще-то правильный ответ я знаю – нужно использовать SCADA системы.
SCADA – это supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных. Но мы не ищем легких путей, мы хотим немножко изобрести своего велосипеда.

Хочу поделиться своим простым методом отображения данных, получаемых от датчиков и сенсоров из платы управления.

Тут, прежде всего, нужно разделить три компоненты:

протокол передачи данных. Нужно как-то кодировать передаваемую от контроллера к компьютеру информацию.

firmware в системе автоматики, в микроконтроллере или ПЛИС. Этот модуль должен собарать показания датчиков и передавать их на компьютер для отображения в «красивом виде»
программное обеспечение визуализации. Показывает состояние и значения датчиков. Может строит какие-то графики.

Вот так, по порядку попробую рассказать.

Протокол передачи данных.

В настоящее время физических возможностей подключить какое-то устройство к компьютеру или ноутбуку фактически осталось только две: сетевое подключение через Ethernet/WiFi или USB. Практически ушли в прошлое «настоящие» параллельные и последовательные порты. С ними было просто. Конечно их еще можно найти, если поискать. Но лучше в эту сторону и не думать.

Ethernet пока отставляю в сторону. Для передачи по сети нужно в контроллере иметь драйвера стека TCP/IP, как правило это тянет за собой наличие ОС, обычно Linux или ucLinux. Потом потребуется интерфейс настройки сети: а какой IP адрес? А статический или динамический? А какая маска и gateway? В общем не очень просто в реализации и настройке.

USB кажется гораздо проще, хотя и тут много подводных камней: а какой класс/субкласс устройства? А нужно ли ему драйвера или используются стандартные драйвера той же Windows?
И опять возвращаемся «на круги своя» — проще всего использовать последовательный порт через USB. В простейшем случае есть шнуры типа USB2Serial. Ну или как отличный вариант для разработчика плат и контроллеров – различные микросхемы FTDI.

ОК, все же выбираем последовательный порт через USB. А раз так, то значит пересылка данных может быть в виде последовательности символов. Значит дальше еще проще: показания датчиков можно передавать в виде строк вида «НАЗВАНИЕ_ДАТЧИКА=ЗНАЧЕНИЕ»

При таком подходе мы сможем легко увеличивать количество опрашиваемых сенсоров, и легко менять их тип. Состояние концевика или геркона будет передваться, например, в виде строк «but0=1» или «but1=0». Значение температуры можно передавать в виде строки «t0=36,6». Строки проще всего разделять символами «перевода каретки»: 0x0D 0x0A.

Так, на первых порах даже и программа визуализации на компьютере не нужна. Можно просто запустить программу терминала вроде Putty и смотреть на показания датчиков из контроллера.

Контроллер.

Мой контроллер выполнен на базе ПЛИС Altera Cyclone III. На самом деле это известная разработчикам плата Марсоход2. Я уже писал про некоторые проекты, выполненные на ней. Например, когда-то мы сделали на этой плате на чистой ПЛИС FM радио передатчик. А еще мы сделали на ней USB Tracker. Есть и другие проекты.

Вот такая плата:

На плате уже есть 2 кнопочки – это первые два датчика для моих экспериментов.
Еще я подключил микросхему термометра ds18b20 – это второй датчик.
Можно еще использовать АЦП платы для измерения чего-то-пока-не-знаю-чего. Пока здесь просто переменный резистор вместо датчика.

Важно, что на плате уже стоит микросхема FTDI FT2232HL, которая обеспечивает связь с компьютером через USB в виде виртуального последовательного порта. Скорость передачи аж 12Мбит/сек. Это условно 1,2 Мбайта/сек. Если, например, плата опрашивает датчики каждые 100 миллисекунд, то получается можно за каждый опрос передавать компьютеру более 100Кбайт данных. Вполне прилично.

Сейчас не буду рассказывать о проекте для платы и ПЛИС Cyclone III. Для этого есть отдельная статья. В этой статье подробно рассказано, как опрашиваются данные и передаются результаты в компьютер через последовательный порт. Лучше перейдем к рассмотрению 3-ей компоненты – программы визуализации значений датчиков, которая работает на компьютере.

Программа визуализации данных.

Тут хотелось все сделать быстро и просто. На чем писать программу, чтоб было просто написать, менять, дополнять?

Я выбираю Питон, хотя честно говоря опыта нет. Просто кажется, что это будет хорошо. Как сказал один из хабражителей (извините, не помню кто) – дополнительно хотелось бы «потреннировать своего питона».

Итак, поскольку программа будет графическая, то попробую встроенный в питон Tkinter. Для работы с последовательным портом буду использовать pyserial.

Хочется написать эдакий набор классов — для каждого типа датчиков свой класс.

Самый простой класс – двоичный датчик. Это может быть кнопка, концевик, геркон. Его значения 0 или 1. Соответствующий этому датчику питоновский класс BinSensor отображает всего 2 состояния. Предлагаю каждому состоянию нарисовать свое изображение. Изображение прикрепляется к фиксированным координатам окна программы поверх фонового изображения.

Как только пришло значение «0» показываем первую картинку. Если пришло значение «1», то показываем вторую картинку. Изображения могут быть любыми — все зависит от нашей фантазии.

Вот этот класс:

#!/usr/bin/env python

import Tkinter
from Tkinter import *

root = Tk()

class BinSensor:
  def __init__(self,name,img0,img1,x,y):
    self.name=name
    self.x=x
    self.y=y
    self.img0=PhotoImage(file=img0)
    self.img1=PhotoImage(file=img1)
    self.val=0
    self.label_img=Label(root,image=self.img0)
    self.label_img.place(x=self.x,y=self.y)
  def set(self,state):
    if(self.val==state): return
    self.val=state
    if( int(state)==0 ):
      self.label_img.configure(image=self.img0)
    else:
      self.label_img.configure(image=self.img1)

В функцию __init__, которая вызывается при создании экземпляра класса, передаются параметры:
Name – название датчика
Img0 и img1 – имена файлов картинок, используемых для отображения состояния датчика.
X и y – координаты окна, где будет отображаться датчик.

При создании объекта датчика сразу создается Label с картинкой и размещается в окне Tkinter.

Функция set принимает параметр строку – это новое состояние датчика «0» или «1». В зависимости от нового значения картинка внутри Label переконфигурируется, меняется на другую. В общем это и все.

Аналогичным образом реализуется второй класс vBarSensor.

class vBarSensor:
  def __init__(self,name,scale,min,max,x,y,w,h):
    self.name=name
    self.scale=scale
    self.x=x
    self.y=y
    self.h=h
    self.val=min
    self.min=min
    self.max=max
    self.delta=max-min
    h2=self.h*(self.val-self.min)/self.delta
    h0=self.h-h2
    self.canv0 = Canvas(root, width = w, height = h0, bg = "lightblue", bd=1, relief='ridge')
    self.canv1 = Canvas(root, width = w, height = h2, bg = "red", bd=1, relief='ridge')
    self.barLabel = Label(root, text = "0")
    self.canv0.place(x=self.x,y=self.y)
    self.canv1.place(x=self.x,y=self.y+h0)
    self.barLabel.place(x=self.x,y=self.y+h+5)
  def set(self,newval):
    #newval is signed hex string like "83A5"
    val=int(newval,16)
    if(val>0x7fff): val=-val
    val=val/self.scale
    if(self.val==val): return
    self.val=val
    h2=self.h*(self.val-self.min)/self.delta
    h0=self.h-h2
    self.barLabel.configure(text=str(self.val))
    self.canv0.configure(height = h0)
    self.canv1.configure(height = h2)
    self.canv1.place(y=self.y+h0)

Этот класс графически представляет датчик типа термометра. Значения из датчика могут меняться в некотором диапазоне. Так же при создании экземпляра этого класса нужно указать имя датчика. Кроме этого у термометра есть возможное минимальное и максимальное значение, и еще указываем координаты столбика в окне визуализации, ширину и высоту столбика.

Столбик термометра как бы состоит из двух частей нижняя красная и верхняя светлая.
Можно было бы создать один Tkinter canvas и на нем нарисовать эти столбики, но почему-то я сделал не так. Сделал два canvas разного цвета и в функции set() меняю им вертикальный размер. В принципе это не важно. Работает. Кстати, если хочется видеть именно изображение термометра в окне визуализации, то его можно нарисовать на фоновом изображении окна, а поверх него разместить экземпляр

vBarSensor.

Наверное будет симпатично.

Написал еще один класс GridDisplay для отображения показаний датчика и изменении их во времени. Его исходный код приводить здесь не буду, чтобы не перегружать статью излишними подробностями. Кому будет нужно скачает с сайта весь проект, вместе с исходниками для ПЛИС для Altera Quartus II.

А вот главную программу alls.py пожалуй покажу. Здесь не очень много всего:

#!/usr/bin/env python

import sensor
from sensor import *

import serial
from serial import *

class AllSensors:
  def __init__(self):
    #open serial port
    self.s=serial.Serial("COM27",115200,timeout=10)
    #load background image
    self.bgnd=PhotoImage(file="bgnd.gif")
    self.label_bgnd=Label(root,image=self.bgnd)
    self.label_bgnd.place(x=0,y=0)
    #add all sensors and indicators
    self.all=[]
    self.all.append( BinSensor("b0","f0.gif","f1.gif",32,32) )
    self.all.append( BinSensor("b1","f0.gif","f1.gif",32,128) )
    self.all.append( vBarSensor("a0",1,0,255,128,32,32,160) ) 
    self.all.append( GridDisplay("t0",16,-55,125,10,16,180,32,256,160) ) 
  def set(self,name,val):
    for sens in self.all:
      if(sens.name==name):
        sens.set(val)
        return
  def setline(self,line):
    p=line.split("=")
    if(len(p)==2):
      self.set( p[0], p[1] )
  def run(self):
    while(1):
      line=self.s.readline()
      line=line.rstrip()
      #print(line)
      self.setline(line)
      root.update()

a=AllSensors()
a.run()

В этой программе открываю последовательный порт для чтения. Загружаю фоновое изображение в окно. Создаю список всех имеющихся датчиков. Далее читаю строки з порта, разбираю их и по имени датчика передаю соответствующему экземпляру классов новое значение.

Запустить программу из Python легко: «import alls», где alls — это имя главной программы файл alls.py. Вот так сейчас выглядит моя программа:

Вот видео, которое показывает, как все это работает (только не пугайтесь, я там фен включаю для нагрева датчика температуры, так что звук лучше прикрутить):

Теперь, когда «скелет» приложения работает, то можно приступать к детальному рисованию плана помещения и установленных в нем датчиков.

виды, принцип работы, схема подключения, как проверить

Работа на промышленных предприятиях требует внедрения автоматической системы управления. С этой целью применяется разное оборудование, способное обеспечить бесперебойное функционирование производственных машин. Для контроля металлических объектов не редко используют бесконтактные индуктивные датчики, обладающие как положительными, так и отрицательными качествами. Но главное, что они отличаются небольшими размерами и прекрасно выполняют возложенные функции, поэтому пользуются популярностью и у производителей бытовой и даже медицинской техники.

Общее описание и назначение

Индуктивным датчиком принято называть устройство, способное преобразовывать механические перемещений контролируемых объектов в электрический сигнал. Представляет собой одну или несколько катушек индуктивности, объединенных с магнитопроводом и подвижным якорем, который регистрирует измерения линейного или углового размера и, перемещаясь, влияет на показатель индуктивности, изменяя ее в одну или другую сторону. Благодаря такой особенности, бесконтактные датчики активно используются в качестве элементов контроля положения металлических объектов.

Виды

По схеме построения индукционные датчики принято разделять только на 2 отдельных вида: одинарные и дифференцированные.

Одинарные

Устройства только с одним магнитопроводом. Такая схема обычно применяется при разработке бесконтактных выключателей.

Дифференциальные

Отличаются наличием сразу 2-ух магнитопроводов, каждый из которых специально сделанных в виде «ш». Это позволяет взаимокомпенсировать воздействие, оказываемое на сердечник, повышая таким образом точность производимых измерений. По сути, схема представляет из себя систему из 2-ух датчиков, соединенных общим якорем.

Устройство и схема

Индукционный датчик, как и любое электронное устройство, состоит из связанных друг с другом узлов, обеспечивающих бесперебойность его работы. В качестве основных элементов аппарата можно выделить следующее.

Генератор

Ключевой задачей генератора является создание магнитного поля, на основе которого, в частности, строится принцип действия индукционного датчика, а также образуются зоны активности с объектом.

Триггер Шмидта

Триггер Шмидта представляет собой отдельный элемент, основным назначением которого считается обеспечение гистерезиса в процессе переключения устройства.

Усилитель

Усилительное устройство используется в качестве элемента, способного повышать значение амплитуды импульса, что позволяет сигналу быстрее достигать необходимого параметра.

Специальный индикатор

Диодный индикатор, свидетельствующий о фактическом состоянии контроллера. Кроме того, светодиод используется для обеспечения достаточного контроля функционирования индукционного датчика, а также, чтобы обеспечить достаточную оперативность в процессе настройки.

Компаунд

Компаунд предназначается для защиты устройства, поскольку может предотвратить попадание жидкости, в частности воды, внутрь корпуса индукционного датчика, а также снижает риск загрязнения оборудования, так как пыль может спровоцировать его поломку.

Принцип работы

Принцип действия основывается на изменениях амплитудного значения колебаний генераторного узла при попадании в активную зону устройства объекта определенных размеров. В процессе подачи электропитания на концевик оборудования в районе его чувствительной части формируется изменяющееся магнитное поле. Оно наводит в находящемся в рабочей зоне датчика материале вихревые токи, ведущие к изменению амплитуды электромагнитных колебаний.

В результате начнет вырабатываться выходной сигнал, который в процессе может изменяться в зависимости от фактического расстояния между устройством и объектом контроля.

Параметры

Чтобы контролировать функциональность индукционного датчика, а также определять уровень его сигналов, надо разбираться в параметрах устройства.

Напряжение питания

Представляет собой диапазон допустимого напряжения, в рамках которого устройство работает корректно.

Минимальный ток переключения

Это минимально возможное значение электрического тока, которое обязательно должно поступать к датчику для обеспечения его работы.

Рабочие расстояния

Это максимально допустимое расстояние от устройства до железного квадрата миллиметровой толщины. При этом данное значение уменьшается, если используется другой материал.

Частота переключения

Это максимально возможное количество переключений, которые можно сделать в течение одной секунды.

Способ подключения

Вариант подключения любого бесконтактного датчика зависит от примененной в процессе его производства схемы построения.

Трехпроводные

Трехпроводные имеют 3 проводника, 2 из которых предназначаются для обеспечения устройства питанием, а третий применяется для подключения к нагрузке. Она, в зависимости от использованной при разработке структуры, может подсоединяться к аноду либо катоду источника напряжения электрического тока.

Четырехпроводные

Четырехпроводные индукционные датчики отличаются наличием четырех проводников: 2 провода идут на питание, а другие 2 — на загрузку.

Двухпроводные

Двухпроводные устройства подключаются прямо в нагрузочную цепь. Это самый элементарный вариант, но и он обладает отдельными особенностями. Данный способ для нагрузки требует номинальное сопротивление, если же его значение окажется больше или меньше, тогда индукционный датчик не сможет корректно работать.

Внимание! При подключении устройства к источнику постоянного тока следует помнить о полярности выводов.

Пятипроводные

Пятипроводной отличается от четырехпроводного только наличием пятого проводника, который позволяет выбирать режим работы устройства.

Цветовая маркировка

Все электротехническое оборудование, в том числе проводники, обязательно имеет цветовую маркировку. Ее принято наносить для удобства последующих монтажных работ и дальнейшего обслуживания. Это правило должно соблюдаться и в случае с индукционными датчиками. Их выходные проводники маркируются следующими цветами:

минус обычно указывается синим;
плюс — красным;
выход — черным;
белый — дополнительный выход или же вход управления, что определяется типом используемого датчика.

Погрешности

Погрешности в процессе преобразования диагностических значений оказывают влияние на способности индукционных датчиков выдавать достоверную информацию. К основным из них можно отнести следующие.

Электромагнитная

Данную погрешность принято учитывать только в качестве случайной величины. Как правило, она возникает в ходе индуцирования ЭДС в индукционной катушке в результате внешнего воздействия сторонними магнитными полями. Это происходит в процессе производства из-за силовых электроустройств. Они образуют магнитные поля, что впоследствии и формирует электромагнитную погрешность.

От температуры

Эта погрешность тоже выступает в качестве случайного значения, поскольку работа большого числа элементов индукционного датчика напрямую зависит от температурных показателей, поэтому это ключевая величина, которая даже учитывается в процессе проектировки подобного оборудования.

Магнитной упругости

Обычно такая погрешность может проявляться как следствие нестабильности деформации магнитопровода устройства в процессе сборки самого датчика, а также при деформационных изменениях во время работы. Кроме того, оказываемое нестабильным электронапряжением воздействие на магнитопровод оборудования вызывает снижение качества передаваемого сигнала на выходе.

Деформация элементов

Данная погрешность, как правило, проявляется в результате воздействия измеряющей силы на значение деформации частей индукционного датчика, а также под влиянием усилий, оказываемых на нестабильные деформирующие процессы. Кроме того, не меньшее влияние на нее могут оказывать люфты и зазоры, образовавшиеся в подвижных элементах конструкции устройства.

Кабеля

Такая погрешность обычно проявляется от непостоянного значения сопротивления, в случае деформации самого провода и под влиянием температуры. Также подобным образом может сказаться наводка внешними полями ЭДС в кабеле.

Старение

Данная погрешность может проявляться при износе движущихся элементов самого устройства, а также в случае постоянно изменяющихся магнитных свойств используемого магнитопровода. Ее принято считать, строго говоря, случайным значением. В процессе определения данной погрешности учитывают кинематику конструкции индукционного датчика, а во время проектирования подобного оборудования максимальный эксплуатационный срок рекомендуется определять только при работе в обычном режиме, чтобы при этом износ не успел превысить установленного значения.

Технологии

Погрешности технологии проявляются в случае отклонений от технического процесса производства, при явном разбросе технических параметров катушек и остальных элементов во время сборки, влиянии допущенных зазоров при соединении устройства. Для ее измерения принято использовать механическое измерительное оборудование.

Сферы использования

Возможная область применения индукционных датчиков настолько велика, что позволяет использовать их не только в быту и автомобилестроении, но и в промышленности с робототехникой, а также медицине.

Медицинские аппараты

Индуктивные датчики широко используются при производстве медицинского оборудования, поскольку магнитные свойства устройства позволяют регистрировать легочную вентиляцию, параметры вибрации, а также снимать баллистокардиограммы.

Бытовая техника

В бытовом плане датчики могут выступать в качестве приспособления контроля водоснабжения, уровня освещения и положения двери (закрыта или открыта), поэтому используются при производстве, к примеру, стиральных машин и другой бытовой техники. Кроме того, устройства применяются в процессе создания элементов «умного дома».

Автомобильная промышленность

Используется индукционный датчик и в автостроении, выступая в роли контроллера, определяющего положение коленчатого вала. При приближении металлического объекта, в данном случае, зуба шестерни, к устройству, генерируемое встроенным постоянным магнитом магнитное поле увеличивается, что приводит к наведению в катушке переменного напряжения.

Внимание! Некоторые производители для повышения эффективности стараются изменить конструкцию индукционного датчика, к примеру, используя внешние магниты для его активации.

Робототехническое оборудование

В случае с робототехникой, индуктивным датчикам нашли применение в производстве беспилотных аппаратов и промышленных роботов для повышения их чувствительности к препятствиям и способности распознавать объекты, а также устройствах, для которых важна самобалансировка.

Промышленная техника регулирования и измерения

Широко используются в работе систем транспортеров, упаковочных аппаратов и сборочных линий, а еще в составе всех видов станкового оборудования и запорной арматуры. Также индуктивные датчики помогают контролировать мелкие и крупные элементы промышленной техники (зубцы шестеренок, стальные флажки, штампы), объекты производства (металлические изделия, листы металла, крышки) и т.п. Кроме того, при их подключении к импульсным счетчикам можно в результате получить элементарное, но крайне эффективное считывающее устройство.

Индукционные датчики следующего поколения

Благодаря новым разработкам в этой области, были созданы усовершенствованные модели индукционных датчиков следующего поколения. Принцип работы остался прежним, однако подверглась тщательной переработке конструкция устройства. В результате датчики теперь оснащаются тонкими платами, распечатанными на 3D-принтерах, и современной цифровой электроникой. Кроме того, их производят на гибких подложках, что избавляет от необходимости использования традиционных кабелей и разъемов. Так что пользоваться устройствами можно даже в тяжелых погодных условиях.

К преимуществам новых разработок можно отнести следующее:

снижение стоимости и веса, более компактные размеры;
возможность выбора практически любых форм-факторов;
повышение точности реагирования на металлические объекты;
возможность проведения замеров, связанных со сложной геометрией, в двух или трех измерениях;
упрощение конструкции;
возможность устанавливать несколько индукционных датчиков близко друг к другу из-за высокой электромагнитной совместимости.

Все это позволило увеличить эффективность и доступность устройства, а также расширить сферу его применения.

возвращение квадратурных энкодеров / Хабр

Это уже третья статья, рассказывающая о квадратурных декодерах, на сей раз с применением к управлению бесколлекторными двигателями.
Задача: есть обычный китайский бесколлекторник, нужно его подключить к контроллеру Copley Controls 503. В отличие от копеечных коптерных контроллеров, 503й хочет сигнал с датчиков холла, которых на движке нет. Давайте разбираться, для чего нужны датчики и как их ставить.
В качестве иллюстрации я возьму очень распространённый двигатель с двенадцатью катушками в статоре и четырнадцатью магнитами в роторе. Вариантов намотки и количества катушек/магнитов довольно много, но суть всегда остаётся одной и той же. Вот фотография моего экземпляра с двух сторон, отлично видны и катушки, и магниты в роторе:

Чтобы было ещё понятнее, я нарисовал его схему, полюса магнитов ротора обозначены цветом, красный для северного и синий для южного:

На датчики холла пока не обращайте внимания, их всё равно нет 🙂

Что будет, если подать плюс на вывод V, а минус на вывод W (вывод U не подключаем ни к чему)? Очевидно, будет течь ток в катушках, намотанных зелёным проводом. Катушки намотаны в разном направлении, поэтому верхние две катушки будут притягиваться к магнитам 1 и 2, а нижние две к магнитам 8 и 9. Остальные катушки и магниты в такой конфигурации роли практически не играют, поэтому я выделил именно магниты 1,2,8 и 9. При такой запитке мотора он очевидно крутиться не будет, и будет иметь семь устойчивых положений ротора, равномерно распределённых по всей окружности (левая верхняя зелёная катушка статора может притягивать магниты 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13).

Давайте записывать наши действия вот в такую табличку:

Угол поворота ротора	U	V	W
0°	n.c.	+	—

А что будет, если теперь подать плюс на U и минус на W? Красные катушки притянут к себе магниты 3,4,10 и 11, таким образом чуть-чуть повернув ротор (я по-прежнему выделяю магниты, за которые ротор тянет):

Давайте посчитаем, на сколько повернётся ротор: между щелями магнитов 1-2 и 3-4 у нас 51.43° (=360°*2/7), а между соответствующими щелями в статоре 60° (=360°/12*2). Таким образом, ротор провернётся на 8.57°. Обновим нашу табличку:

Угол поворота ротора	U	V	W
8.57°	+	n.c.	—

Теперь сам бог велел подать + на U и — на V!

Угол поворота ротора	U	V	W
17.14°	+	—	n.c.

Теперь опять пора выровнять магниты с зелёными катушками, поэтому подаём напряжение на них, но красный и синий магниты поменялись местами, поэтому теперь нужно подать обратное напряжение:

Угол поворота ротора	U	V	W
25.71°	n.c.	—	+

C оставшимися двумя конфигурациями всё ровно так же:

Угол поворота ротора	U	V	W
34.29°	—	n.c.	+

Угол поворота ротора	U	V	W
42.85°	—	+	n.c.

Если мы снова повторим самый первый шаг, то наш ротор провернётся ровно на одну седьмую оборота. Итак, всего у нашего мотора три вывода, мы можем подать напряжение на два из них шестью разными способами 6 = 2*C²₃, причём мы их все уже перебрали. Если подавать напряжение не хаотично, а в строгом порядке, который зависит от положения ротора, то двигатель будет вращаться.

Запишем ещё раз всю последовательность для нашего двигателя:

Угол поворота ротора	U	V	W
0°	n.c.	+	—
8.57°	+	n.c.	—
17.14°	+	—	n.c.
25.71°	n.c.	—	+
34.29°	—	n.c.	+
42.86°	—	+	n.c.

Есть один нюанс: у обычного коллекторного двигателя за переключение обмоток отвечают щётки, а тут нам надо определять положение ротора самим.
Теперь давайте поставим три датчика холла в те чёрные точки, обозначенные на схеме. Давайте договоримся, что датчик выдаёт логическую единицу, когда он находится напротив красного магнита. Всего существует шесть (сюрприз!) возможных состояний трёх датчиков: 2³ — 2. Всего возможных состояний 8, но в силу расстояния между датчиками они не могут все втроём быть в логическом нуле или в логической единице:

Обратите внимание, что они генерируют три сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 1/3 периода. Кстати, электрики используют слово градусы, говоря про 120°, чем окончательно запутывают нубов типа меня. Если мы хотим сделать свой контроллер двигателя, то достаточно читать сигнал с датчиков, и соответственно переключать напряжение на обмотках.

Для размещения датчиков я использовал вот такую платку, дизайн которой взял тут. По ссылке лежит проект eagle, так что я просто заказал у китайцев сразу много подобных платок:

Эти платки несут на себе только три датчика холла, больше ничего. Ну, по вкусу можно поставить конденсаторы, я не стал заморачиваться. Очень удобно сделаны длинные прорези для регулировки положения датчиков относительно статора.

Постойте, но ведь это очень похоже на квадратурный сигнал с обычного инкрементального энкодера!

Ещё бы! Единственная разница, что инкрементальные энкодеры дают два сигнала, сдвинутые друг относительно друга на 90°, а у нас три сигнала, сдвинутые на 120°. Что будет, если завести любые два из них на обычный квадратурный декодер, например, той же самой синей таблетки? Мы получим возможность определять положение вала с точностью до четырёх отсчётов на одну седьмую оборота, или 28 отсчётов на оборот. Если вы не поняли, о чём я, прочтите принцип работы квадратурного декодера в первой статье.

Я долго думал, как же мне использовать все три сигнала, ведь у нас происходит шесть событий на одну седьмую оборота, мы должны иметь возможность получить 42 отсчёта на оборот. В итоге решил пойти грубой силой, так как синяя таблетка имеет кучу аппаратных квадратурных декодеров, поэтому я решил в ней завести три счётчика:

Видно, что при каждом событии у нас увеличиваются два из них, поэтому сложив три счётчика, и поделив на два, мы получим равномерно тикающий определитель положения вала, с точностью до 6*7 = 42 отсчёта на оборот!

Вот так выглядит макет подключения датчиков Холла к синей таблетке:

В некоторых приложениях (например, для коптеров) все эти заморочки не нужны. Контроллеры пытаются угадать происходящее с ротором по току в катушках. С одной стороны, это меньше заморочек, но с другой стороны, иногда приводит к проблемам с моментом старта двигателя, поэтому слабоприменимо, например, в робототехнике, где нужны околонулевые скорости. Давайте попробуем запитать наш движок от обычного китайского коптерного ESC (electronic speed controller).

Мой контроллер хочет на вход PPM сигнал: это импульс с частотой 50Гц, длина импульса задаёт обороты: 1мс — останов, 2мс — максимально возможные обороты (считается как KV двигателя * напряжение).

Вот здесь я выложил исходный код и кубовские файлы для синей таблетки. Таймер 1 генерирует PWM для ESC, таймеры 2,3,4 считают соответствующие квадратурные сигналы. Поскольку в прошлой статье я крайне подробно расписал, где и что кликать, то здесь только даю ссылку на исходный код.

На вход моему ESC я даю пилообразное задание скорости, посмотрим, как он его отработает. Вывод синей таблетки лежит тут, а код, который рисует график, тут.

Поскольку у меня двигатель имеет номинал 400KV, а питание я подал 10В, то максимальные обороты должны быть в районе 4000 об/мин = 419 рад/с. Ну а вот и график подоспел:

Видно, что реальные обороты соответствуют заданию весьма приблизительно, что терпимо для коптеров, но совершенно неприменимо во многих других ситуациях, почему, собственно, я и хочу использовать более совершенные контроллеры, которым нужны сигналы с датчиков холла. Ну и бонусом я получаю угол поворота ротора, что бывает крайне полезно.

Я провёл детство в обнимку с этой книжкой, но раскурить принципы работы бесколлекторников довелось только сейчас.

Оказывается, что шаговые моторы и вот такое коптерные моторчики — это (концептуально) одно и то же. Разница лишь в количестве фаз: шаговики (обычно, бывают исключения) управляются двумя фазами, сдвинутыми на 90°, а бесколлекторники (опять же, обычно) тремя фазами, сдвинутыми на 120°.

Разумеется, есть и другие, чисто практические отличия: шаговики рассчитаны на увеличение удерживающего момента и повторяемость шагов, в то время как коптерные движки на скорость и плавность вращения, что сказывается на количестве обмоток, подшипниках и т.п. Но в итоге обычный бесколлекторник можно использовать в шаговом режиме, а шаговик в постоянном вращении, управление у них будет одинаковым.

Update: красивая анимация от Arastas:

Восьмиканальный датчик линии (Zelo-модуль) [Амперка / Вики]

Езда по линии — самое зрелищное и азартное соревнование по робототехнике. Следуя по чёрной линии, робот должен быстрее всех добраться до финиша. В этом ему помогает датчик линии: при помощи оптических сенсоров робот «видит» чёрную линию и следует по ней. Чем точнее датчик, тем быстрее робот преодолеет дистанцию и придёт к финишу.

Установите на «Робоняшу» сборку из аналоговых датчиков линии, и ваш робот станет чемпионом в этом виде соревнований. Ни одна линия не ускользнёт от его восьмиканального зрения.

Видеообзор

Как это работает

На борту модуля расположено восемь датчиков линии. Кроме чёрного и белого цвета, каждый сенсор способен распознать 4096 оттенков серого. Благодаря такой чувствительности робот лучше определяет границу перехода от линии к фону и быстрее реагирует на повороты.

Сенсоры линии подключены к отдельному 32-разрядному микроконтроллеру STM32F030F4P6 с вычислительным ядром ARM Cortex M0. Контроллер считывает данные с восьми датчиков линии и передаёт их управляющей платформе по интерфейсу I²C/TWI. Адрес модуля по умолчанию 0x42, но его можно изменить, если захотите подключить несколько модулей.

Интенсивность излучения и чувствительность фотоприёмников можно программно регулировать.

Примеры работы для Arduino

Подключение датчика

К платформе Arduino сенсорный модуль удобнее подключать через плату расширения: например, через Troyka Shield.

При помощи трёхпроводных шлейфов подключите модуль к питанию V и G и к пинам шины I²C — SDA и SCL.

Получение данных с датчиков линии

Для запуска примеров скачайте и установите библиотеку I2CioExpander.

Попробуем получить значения с датчиков сборки и вывести полученные значения на монитор serial-порта. Для этого создадим объект для работы с датчиком, выставим чувствительность фотоприёмников и настроим яркость свечения инфракрасных светодиодов.

folowSensorSimple.ino

// библиотека для работы с модулями I²C
#include <Wire.h>
// библиотека для работы cо сборкой датчиков линии
#include <Octoliner.h>
 
// создаём объект для работы с датчиками линии
Octoliner octoliner(42);
 
void setup() {
  // открываем Serial-порт
  Serial.begin(115200);
  // начало работы с модулями I²C
  Wire.begin();
  // начало работы с датчиками линии
  octoliner.begin();
  // выставляем чувствительность фотоприёмников в диапазоне от 0 до 255
  octoliner.setSensitivity(200);
  // выставляем яркость свечения ИК-светодиодов в диапазоне от 0 до 255
  octoliner.setBrightness(255);
}
 
void loop() {
  // считываем значение с датчиков линии
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    // выводим значения в Serial-порт
    Serial.print(octoliner.analogRead(i));
    Serial.print("\t");
  }
  Serial.println();
  // ждём пол секунды
  delay(500);
}

Поиск линии

Теперь научим датчики определять нахождение линии. Будем использовать диапазон от –1 до 1:

–1 — линия в крайнем левом положении модуля.
1 — линия в крайнем правом положении модуля.
0 — линия посередине модуля.

folowSensorMapLine.ino

// библиотека для работы с модулями I²C
#include <Wire.h>
// библиотека для работы cо сборкой датчиков линии
#include <Octoliner.h>
 
// создаём объект для работы с датчиками линии
Octoliner octoliner(42);
 
void setup() {
  // открываем Serial-порт
  Serial.begin(115200);
  // начало работы с модулями I²C
  Wire.begin();
  // начало работы с датчиками линии
  octoliner.begin();
  // выставляем чувствительность фотоприёмников в диапазоне от 0 до 255
  octoliner.setSensitivity(200);
  // выставляем яркость свечения ИК-светодиодов в диапазоне от 0 до 255
  octoliner.setBrightness(255);
 
}
 
void loop() {
  // массив для хранения показателей с датчиков линии
  int dataSensors[8];
  // считываем значение с датчиков линии
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    // выводим значения в Serial-порт
    dataSensors[i] = octoliner.analogRead(i);
    Serial.print(octoliner.analogRead(i));
    Serial.print("\t");
  }
  Serial.println(octoliner.mapLine(dataSensors));
  Serial.println();
  // ждём пол секунды
  delay(500);
}

Для плавной езды по линии рекомендуем использовать сборку датчиков совместно с ПИД-регулятором.

Примеры работы для Espruino

Схема устройства

К платформе Iskra JS сенсорный модуль удобнее подключать через плату расширения: например, через Troyka Shield.

При помощи трёхпроводных шлейфов подключите модуль к питанию V и G и к пинам шины I²C — SDA и SCL.

Получение данных с датчиков линии

Напишем программу, которая поможет получить значения с датчиков сборки и вывести полученные значения на консоль. Для этого подключим модуль работы со сборкой датчиков, выставим чувствительность фотоприёмников и настроим яркость свечения инфракрасных светодиодов.

folowSensorSimple.js

I2C1.setup({sda: SDA, scl: SCL, bitrate: 100000});
// подключаем модуль работы с октролайнером
var octoliner = require("@amperka/octoliner").connect({i2c:I2C1, address:42});
// устанавливаем чувствительность датчиков линии
octoliner.setSensitivity(0.8);
// устанавливаем уровень подсветки
octoliner.setBrightness(1);
 
setInterval(()=>{
  for(var i = 0; i < 8; ++i){
  // в цикле считываем все 8 датчиков и выводим из значения
    console.log(octoliner.analogRead(i));
  }
},500);

Поиск линии

Теперь научим датчики определять нахождение линии. Будем использовать диапазон от –1 до 1:

–1 — линия в крайнем левом положении модуля.
1 — линия в крайнем правом положении модуля.
0 — линия посередине модуля.

folowSensorMapLine.js

I2C1.setup({sda: SDA, scl: SCL, bitrate: 100000});
// подключаем модуль работы с октолайнером
var octoliner = require("@amperka/octoliner").connect({i2c:I2C1, address:42});
// устанавливаем чувствительность датчиков линии
octoliner.setSensitivity(0.8);
// устанавливаем уровень подсветки
octoliner.setBrightness(1);
 
setInterval(()=>{
  console.log(octoliner.mapLine(octoliner.getBinaryLine()));
},500);

Для плавной езды по линии рекомендуем использовать сборку датчиков совместно с ПИД-регулятором.

Элементы платы

Плата крепится к роботу при помощи шести ушек, которые сделаны под размер винтов М3.

Микроконтроллер STM32F030F4P6

Мозг сенсорной сборки — мощный 32-разрядный микроконтроллер STM32F030F4P6 с вычислительным ядром ARM Cortex M0. Контроллер считывает данные с восьми датчиков линии и передаёт управляющей платформе по интерфейсу I²C/TWI.

Микросхема MCP6004

На борту модуля расположены два четырёхканальных операционных усилителя MCP6004, при помощи которых можно отрегулировать чувствительность сразу восьми сенсоров.

Понижающий DC-DC

Преобразователь NCP582LSQ33 с выходом 3,3 В обеспечивает питание логической части модуля. Максимальный выходной ток 150 мА.

Светодиодная индикация

На плате расположены два светодиода — индикаторы данных и питания.

Имя светодиода	Назначение
ACT	Отвечает за обмен данными между управляющей платформой и сенсорной сборкой. При обмене данными индикатор мигает.
PWM	Показывает чувствительность датчиков: чем больше чувствительность, тем ярче горит светодиод.

Troyka-контакты

На модуле выведен разъём Troyka-контактов:

Питание (V) соединяет с рабочим напряжением микроконтроллера.
Земля (G) соединяет с пином GND микроконтроллера.
Сигнальный (D) — пин данных шины I²C. Подключается к SDA-пину микроконтроллера.
Сигнальный (C) — пин тактирования шины I²C. Подключается к SCL-пину микроконтроллера.

Входной сенсорный канал

На модуле расположено восемь датчиков линии на оптопаре TCRT5000.

Оптопара TCRT5000 — это светодиод и фототранзистор, собранные в одном корпусе. Светодиод излучает инфракрасный свет, длина волны 950 нм. Световой поток отражается от поверхности и попадает на фототранзистор, где преобразуется в электрический сигнал. Чем светлее поверхность, тем больше отражается света. Чем темнее — тем меньше.

Показания датчика зависят не только от цвета линии, но и от расстояния сенсора до поверхности. Если расстояние менее 3 мм, то перегородка между ИК-излучателем и приёмником мешает транзистору принимать отражённый свет. При расстоянии более 15 мм отражённый свет рассеивается и не доходит до приёмника.

Принципиальная и монтажная схемы

Характеристики

Напряжение питания: 3.3–5 В
Микроконтроллер: STM32F030F4P6
Интерфейс: I²C
Адрес по умолчанию: 0x42
Тип сенсора: оптопара TCRT5000
Количество каналов: 8

Ресурсы

принцип работы, устройство, какие бывают, как проверить, как выбрать

При упоминании прибора под названием «датчик движения», в первую очередь возникают ассоциации с охраной банков, музеев и секретных объектов. Воображение рисует картинку пересекающихся лазерных лучей, через которые виртуозно пробирается шпион или грабитель.

Отчасти, это верно, поскольку некоторые виды датчиков обнаружения движения используются в охранных комплексах. Однако по мере удешевления технологии, эти устройства стали доступными для широких масс. Тем более что принцип работы датчика движения никогда не являлся секретом, и от использования его в домашних условиях удерживала только высокая стоимость.

Для чего нужен датчик движения

В шпионских боевиках он показан, как грозный страж, включающий пулеметы при проникновении на важный объект. Может быть, такая система и существует, проверять не будем. На самом деле, датчики движения регистрируют любые виды перемещения объектов, и сообщают информацию в некую электронную систему.

Что происходит дальше

В зависимости от того, как устроен алгоритм работы, после срабатывания сенсора может произойти следующее:

включение (отключение) освещения;
запуск вентиляции;
начало (прекращение) работы некоего механизма;
включение отопительной системы;
срабатывание охранной тревоги;
старт видеозаписи;
передача информации на центральный пульт управления объектом либо механизмом.

Список можно продолжить, но из него уже понятно назначение прибора: любые его разновидности предназначены для подключения некоего алгоритма при появлении в секторе обзора предмета или живого организма.

Принцип действия датчика движения

За исключением механических приспособлений, вроде натянутой проволоки или веревки (такие типы датчиков движения существовали до изобретения электричества), сенсоры представляют собой электронное устройство. Для того чтобы обнаружить перемещение объекта, необходимо работа по принципу радара. Собственно, радары и эхолокаторы — это разновидности вышеупомянутых датчиков, только покрупнее масштабом. Принцип работы бытового (гражданского) датчика движения также основан на пересечении любого вида излучения. По принципу работы с сигналом, сенсоры бывают трех видов:

Прерывающие (линейные): в основе излучатель линейного сигнала (как правило, лазерный луч), и приемник. Пока фотодатчик фиксирует излучение — прибор в состоянии покоя. При пересечении луча движущимся объектом — устройство подает сигнал.Преимущество такой технологии в простоте реализации. Недостаток — одиночный луч легко обойти. Кроме того, такой сенсор состоит из двух частей, что не всегда удобно.
Отражающие (объемные): в основе лежит принцип работы радара. Излучатель посылает рассеянный или концентрированный сигнал (по выбору заказчика). Если на его пути нет препятствия, датчик в состоянии покоя. Любой попавший в сектор действия предмет, отразит часть излучения.Отраженные волны улавливаются приемником, установленным в том же корпусе, и сенсор переводится в состояние тревоги. Преимущества: широкий сектор обзора, удобно монтировать (электроника в одном корпусе), возможность настройки. Недостаток: нужно отсекать ложные срабатывания, иначе прибор будет функционировать невпопад.
Пассивные: сами ничего не излучают. Как же работают такие датчики движения? Их чувствительные сенсоры улавливают волны, испускаемые другими предметами. Преимущество — простота и дешевизна, отсутствие ненужного волнового фона. Недостаток: улавливают только одушевленные предметы (люди, животные). Большинство сенсоров этого типа настроены на тепловой фон живых существ.

Какой прибор выбрать? Зависит от задач. Для защиты или фиксации появления объекта в коридоре или некоем портале (дверь, проем, окно), подойдет прерывающий комплект сенсоров. Если необходимо зафиксировать перемещение в замкнутом пространстве или на территории — лучше выбрать отражающий или объемный датчик.

Именно по этому принципу работают популярные датчики движения для включения (выключения) света. Только при попадании объекта в сектор действия, не срабатывает сигнал тревоги, а включается освещение.

Информация: Экономистами подсчитано, сколько электроэнергии сохраняет использование датчиков движения для автоматического включения света. Деньги, затраченные на приобретение этого оборудования, окупаются в течение 1–2 лет.

Правда, есть несколько оговорок:

использование сенсора для освещения разумно только на территориях (в помещениях), где редко находятся люди;
при многократном подключении (отключении), люминесцентные и спиральные лампы быстро выходят из строя: лучше использовать LED или галогеновые светильники.

Устройство и технологии датчика движения

Начнем с прерывающих. Как мы уже знаем, прибор состоит из излучателя и приемника. Простейшая реализация — фото пара с линзой, формирующей направленный луч. Однако подобные устройств не применяются уже несколько десятков лет. Какой датчик можно считать современным? Тот, который использует когерентный или поляризованный луч. То есть, лазер.
Для справки: Лазерный луч может быть видимым или невидимым. Это расширяет возможности прибора при использовании в охранных системах.
Вариантов исполнения два: в одном корпусе или с разделенным приемником и передатчиком. В первом случае необходимо электрическое объединение двух узлов в единую электрическую систему. Второй вариант использует отражающую поверхность, и луч возвращается в приемный сенсор, расположенный рядом с излучателем.
Для улицы такое исполнение не подойдет, слишком много потенциальных предметов для срабатывания (птицы, животные). Поэтому необходимо дублировать лучи, расположенные на расстоянии (чтобы не было ложных срабатывания на малые объекты).
Отражающие также являются излучателями, со своим приемником в корпусе. По использованию волн, делятся на три группы:
- Как работает микроволновый датчик движения? Он излучает СВЧ волны, которые формируют вокруг него некий фон из волн высокой частоты. Они отражаются от предметов, и «мозг» датчика запоминает объемную картинку в виде уровня излучения в разных плоскостях. При появлении внутри этого фона постороннего предмета, уровень отраженного излучения меняется. Это фиксируется приемником, и включается сигнал оповещения. После исчезновения объекта, датчик возвращается в состояние покоя.
- Еще один похожий вариант — электромагнитный сенсор. Регистрирует изменение магнитного поля при попадании в сектор объемных предметов. Чувствительность ниже, высокая зависимость от помех.
- Ультразвук. Практическое его применение мы знаем по прибору УЗИ, который применяется в медицине. Бывают и другие варианты использования: датчики движения. Генератор ультразвука постоянно испускает УЗ волны в заданном секторе. Проверить (засечь) работу прибора сложно, поэтому эти виды сенсоров популярны в охранных системах. При возникновении препятствия, звуковые волны возвращаются и регистрируются приемником. Происходит срабатывание датчика.
Несмотря на высокое качество и скрытность, эти виды сенсоров применяются и в системах автоматического включения освещения.
Информация: Единственное ограничение — нежелательно применение на объектах с домашними животными. Некоторые особи негативно реагируют на ультразвук.
Такие датчики отлично работают в помещении и на улице. Выглядят они по-разному, но обязательно с цилиндрическим окошком в корпусе.
Пассивные инфракрасные системы редко применяются в охранной сигнализации, зато активно работают с источниками освещения. Задайтесь вопросом: как выбрать датчик движения для включения света? Он не должен регистрировать неодушевленные предметы (например, автомобили) и птиц с животными. При этом прибор обязан фиксировать появление в зоне действия человека. Получаем единственно верное решение: приемник инфракрасного излучения. Сенсор настраивается на тепло человеческого организма и соответствующий размер источника излучения. Для этого чувствительный инфракрасный сенсор располагается за специальной линзой Френеля, концентрирующей тепло в одной точке. Далее сигнал поступает в электронный блок управления, оснащенный вспомогательными модулями:07
- реле времени задерживает момент включения от случайных кратковременных срабатываний;
- сумеречный выключатель отключает прибор в светлое время суток;
- блок ступеней переключения настраивается под определенный размер «объекта», чтобы кошки и птицы не включали свет.
Комбинированные приборы сочетают в себе сенсоры разных типов, и применяются для решения особо ответственных задач, где не допускаются ошибки в срабатывании.

Можно ли изготовить такой прибор самому, и как его отключить

Любой домашний умелец задается вопросом: как сделать датчик движения своими руками? Саму электросхему управления собрать несложно. Проблема в источнике и приемнике излучения. Проще использовать готовый излучатель волн, просто интегрируя его в свой проект. Наиболее удачными являются датчики для систем на базе Arduino.

Arduino

Еще одна популярная самоделка — лазерная указка с фотоприемником, размещенным на линии пересечения. Но это не более чем развлечение: для серьезных задач такой прибор не подходит.

Еще одна мысль, которая приходит в некоторые беспокойные головы: как отключить датчик движения.

Важное предупреждение: Информация не предназначена для криминального применения!

Если отключение связано с режимом использования — нет проблем. Просто отсоедините сенсор от блока питания, и он перестанет включать свет. Например, когда объект закрыт. В остальных случаях поступайте так (не для злого умысла):

инфракрасные сенсоры заклеиваются металлическим скотчем;
микроволновый прибор перестает принимать сигналы, если покрыть окошко прозрачным лаком из аэрозольного баллончика;
УЗ датчик экранируется только металлом или металлизированным скотчем в 2–3 слоя.

В любом случае, информация о том, что на объекте не работает датчик движения, будет зарегистрирована владельцем. Кроме того, прежде чем вам удастся отключить сенсор, ваше появление будет зафиксировано.

Какой датчик выбрать

О производителе мы не говорим, это личное предпочтение каждого. Исходя из информации в данной статье, вы можете выбрать тип сенсора по виду излучения, подходящий для ваших целей.

Совет: Не пытайтесь получить высокие показатели качества от прибора в нижнем ценовом сегменте.

Равно как и нет смысла искать универсальный датчик: тип определяется условиями применения.

Видео по теме

принцип работы, виды, сферы применения

Нахождение на охраняемой территории постороннего лица можно зафиксировать различными приборами. Нередко для этой цели используется датчик линейного перемещения, который некоторые называют датчиком движения. Подобные приборы могут иметь различный принцип работы и внешний вид. Однако их объединяет общий результат: когда в зоне их действия начинают перемещаться какие-либо объекты, они отправляют управляющий сигнал на приемное устройство, оповещая об этом пользователя. Каждый вид имеет свои отличительные особенности. Стоит обязательно познакомиться с характеристиками и особенностями каждой из существующих разновидностей, чтобы выбрать наилучший вариант в зависимости от преследуемых целей.

Основные виды

Датчики линейного перемещения могут существенно отличаться по конструктивным особенностям и принципу работы. Производители предлагают различные устройства, каждое из которых ориентировано на эксплуатацию в определенных условиях. Они бывают:

емкостные. Самый простой вариант. Отличается продуманным исполнением, надежностью и доступностью. Для определения факта движения используется измерение зазора между пластинами либо изменение пространственного положения последних относительно друг друга. Изменение положение способствует изменению зоны перекрытия. Она может либо увеличиться, либо уменьшиться. Для повышения производительности и более активной передачи данных некоторые модели оснащаются генераторами импульсов. При их наличии данные передаются с большей скоростью. Емкостные модели часто используются в качестве источника сигнала в резервуарах с топливом. Они выполняют роль бесконтактного выключателя, сигнализирующего о начале рабочего хода и сообщающие об его завершении;
индукционные. Управляющий сигнал формируется в результате изменения индуктивности обмотки. Привлекают высокой точностью получаемых результатов при относительно небольших габаритных размерах. Не предъявляют особых требований к месту установки прибора. Способны работать в любом пространственном положении. Чаще всего индуктивные датчики перемещения устанавливаются на станках, оснащенных программным обеспечением;
оптические. По принципу работы подобные приборы близки к обычному лазерному дальномеру. Позволяют проконтролировать относительно небольшие перемещения. Часто входят в состав охранных систем. Используется как лучевой барьер. Практичен в использовании. Отличается повышенной точностью. Обходится достаточно дорого;
ультразвуковые. Это своеобразные радары, в процессе эксплуатации которых формируются ультразвуковые волны. Столкнувшись с движущейся в зоне действия устройства объектом, ультразвуковая волна возвращается в приемник контроллера и фиксируется. Характеристики отраженной волны позволяют понять, в каком месте находится объект, какие у него параметры;
вихретоковые. В состав подобных приборов входит специальный регистратор с генератором магнитного поля. В процессе эксплуатации регистратором фиксируется величина индукции магнитного поля. Если в зоне действия вихретоковых датчиков перемещения оказывается посторонний объект, возникает побочное магнитное поле, формируемое под действием вихревых токов. В результате взаимодействия побочных магнитных потоков с исходными величина индукции поля изменяется. Даже незначительное отклонение фиксируется с помощью регистратора. По величине изменения удается определить местоположение объекта;
магниторезистивные. Устройство оснащается специальными пластинами, параметры которых меняются под действием магнитного поля. Подобный датчик линейного перемещения подключается по специальной схеме, называемой «мостом». Изменение индукции в окружающем пространстве приводит к изменению сопротивления пластин. Элемент, изготовленный из ферромагнитного материала и связанный с движущимся объектом, постепенно перемещается в пространстве, влияя на величину индукции. По изменившемуся значению определяют местоположение объекта;
потенциометрический. Относится к самым простым контроллерам движения. В его состав входит потенциометр, содержащий регулятор, связанный с движущейся целью, и источник сигнала. Изменение положение ручки потенциометрического датчика изменяет на переменном резисторе разность потенциалов. По данному значению определяют расстояние до объекта;
магнитострикционный. В основу работы устройства данного вида положен эффект магнитострикции, заключающийся в изменении габаритов и объема тела при изменении величины намагниченности. Для реализации данного эффекта в состав прибора введены регистры, состоящие из трубки (волновода), по которому перемещается кольцеобразный магнит. Внутрь трубки помещен провод, соединенный с регистром импульсов и генератором. В процессе эксплуатации устройства происходит сложение полей: генерируемого проводником и создаваемого самим магнитом. Суммарное поле заставляет трубку вращаться, в результате чего она формирует импульсы вращения, поступающие на вход регистратора. Расстояние до кольца определяется по задержке, образующейся между отправлением электроимпульса и приходом импульса от волновода. О расстоянии до перемещающегося объекта говорит положение магнита;
на основе эффекта Холла. По своему принципу функционирования такой датчик линейного перемещения похож на магниторезистивный. Используемый эффект предполагает изменение напряжения проводника в тот момент, когда по нему подается электроток. Их главным преимуществом является стойкость к механическому воздействию и колебанию параметров окружающей среды. Это существенно расширяет возможную область использования.

Преимущества и недостатки

Плюсы и минусы чаще всего оцениваются для конкретной модели. Однако есть общие достоинства и недостатки, характерные для датчиков, независимо от их устройства и принципа действия.

К преимуществам стоит отнести:

Высокую чувствительность. Бывает сложно настроить прибор, чтобы он не реагировал на домашних животных. Датчик срабатывает при наличии незначительного перемещения в выбранной зоне. За счет этого повышается точность обработки или увеличивается степень защищенности охраняемого объекта;
Незначительное энергопотребление. Не стоит опасаться больших счетов на электроэнергию при установке одного или нескольких приборов в доме. Всегда можно подобрать модель с минимальной мощностью при сопоставимых эксплуатационных характеристиках;
Длительный срок службы. Датчики способны прослужить длительное время при условии соблюдения рекомендаций производителя и правильном монтаже;
Простота в эксплуатации. Прибор не предъявляет повышенных требований к квалификации и опыту потребителя. После установки он работает автоматически, не требуя вмешательства и периодической регулировки;
Как правило, небольшие размеры и минимальный вес. Для его установки не требуется много места. В зависимости от наличия свободного места можно выбрать потенциометрический или сделать выбор в пользу устройства другого типа. Учитывая небольшую массу, для размещения прибора подойдет любое основание. При наличии дополнительного крепежа возможна установка под натяжные потолки;
Высокий коэффициент преобразования, благодаря которому повышается корректность выдаваемых сигналов;
Бесконтактный контроль за территорией. У пользователя отпадает необходимость постоянного присутствия. Вся актуальная информация может передаваться через ресурсы удаленного доступа;
Формирование сигнала в режиме реального времени;
Простота монтажа благодаря поставке прибора со всеми необходимыми крепежными элементами.

Из недостатков стоит отметить:

Возможность ложного срабатывания. Некоторые приборы чувствительны к изменению погодных условий, наличию и интенсивности атмосферных осадков;
Снижение коэффициента преобразования в темное время суток;
Высокая стоимость отдельных приборов.

Области применения

Любой датчик линейного перемещения является индикатором с аналогово-цифровым преобразователем. В качестве аналогового сигнала может выступать изменение емкости конденсатора, величины напряжения, параметров вторичной обмотки и других характеристик. Для управления системой, подключаемой к датчику, используется цифровой сигнал.

Величина и количество формируемых сигналов могут отличаться. Для одних систем достаточно двух типов управляющих сигналов: ноли и единица. Подобный принцип действия реализуется в системах:

Охранной сигнализации, в частности датчиках, устанавливаемых на двери. При закрытой двери устройство отправляет системе сигнал «ноль», при открытой — единицу;
управления светом. При отсутствии в помещении людей или иных движущихся объектов отправляется сигнал «ноль». Свет остается выключенным. Как только в помещении начинается какое-либо движение, отправляется единица: свет включается.

В некоторых случаях к точности измерения определенного параметрам предъявляются повышенные требования. В этом случае датчик линейных перемещений не просто информируется о наличии какого-то движения, но и позволяет определить точное пространственное положение некоторого объекта. Такой принцип реализован на станках с числовым программным управлением. Получаемая от датчиков информация используется системой управления для корректировки пространственного положения рабочего инструмента. Это существенно повышает точность механической обработки и качество выпускаемой продукции.

Советы по выбору

Большой ассортимент датчиков, предлагаемых различными производителями доставляет определенные трудности при выборе подходящего варианта. Чтобы не ошибиться, стоит обратить внимание на:

Рабочий цикл. Может варьироваться в большом диапазоне. Чем больше данный параметр, тем дольше прослужит устройство;
Температуру, при которой возможна эксплуатация. Некоторые модели предназначены для эксплуатации исключительно внутри помещений при положительной температуре. Другие можно смело монтировать на улице. Выбирая прибор, надо точно знать его назначение и согласовать диапазон температур, в котором производитель рекомендует эксплуатировать устройство, с температурой в конкретной местности;
Материал корпуса. От этого зависит внешний вид изделия, его срок службы, стоимость и место установки;
Порядок монтажа. Для размещения прибора на подвесном потолке в комплект поставки должен входить специальный крепеж и вес должен быть подходящим;
Порядок подключения к системе электроснабжения, требуемые разъемы. В некоторых случаях при установке могут возникнуть очевидные трудности;
Способ подключения и принцип работы отдельных элементов;
Стоимость. Некоторые производители используют дорогостоящие материалы, существенно повышающие цену модели и незначительно ее эксплуатационные характеристики.

Порядок настройки

Чтобы датчик линейного перемещения справился с поставленной задачей, его надо правильно настроить. Большинство производителей в инструкции по эксплуатации указывают алгоритм действий пользователя, заинтересованного в точной и безупречной работе устройства.

В самом общем случае проверить необходимость поднастройки можно следующим образом:

Готовится электролампа мощностью 200Вт либо прожектор, имеющий достаточную яркость;
Прибор монтируется на место и подключается к системе электроснабжения;
На передающем модуле закрывается крышка;
Лампа подключается к системе электроснабжения;
Световой поток, формируемый лампой, направляется внутрь устройства. Следует добиться фокусировки формируемых бликов оптической системой;
Смотрят на свет. Если он размывается, а размеры превышают 3 мм, значит, без настройки оптической системы не обойтись;
Внимательно изучают инструкцию производителя, выполняя действия в точном соответствии с руководством по эксплуатации, добиваясь рекомендованных параметров. Содержание данного этапа может существенно отличаться для приборов определенного типа;
Закрывают крышку. Отключают датчик от системы электроснабжения;
Проводят повторную проверку, выждав некоторое время. Контролируют ранее перечисленные параметры.

При правильной настройки оптической системы датчик будет работать безукоризненно при любых условиях эксплуатации.

Видео по теме

Хорошая реклама

Как работать с android и SensorSimulator для получения значений датчиков и сохранения их в базе данных

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
О компании

Загрузка…

Авторизоваться зарегистрироваться

android — Проблема с работой датчика — акселерометр

Переполнение стека

Около
Продукты
Для команд

Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
О компании

Датчики

Датчики играют ключевую роль во всех аспектах здравоохранения — профилактике, диагностике, мониторинге заболеваний, мониторинге лечения — и диапазон исследований с использованием датчиков столь же широк. Помимо приложений, связанных со здоровьем, NIBIB финансирует исследования с целью тестирования новых материалов и технологий для построения датчиков, разработки новых датчиков, которые могут способствовать развитию медицинских исследований, а также содействия здоровому независимому образу жизни с помощью домашних и носимых датчиков.

Новые материалы и технологии

Хорошее здоровье требует не только защиты нашего тела, но также и того, что мы вкладываем в наши тела.Исследователи, финансируемые NIBIB, разработали датчик, использующий тонкую мембрану из особого пластика. Исследователи загрузили мембрану соединением, которое создает разницу напряжений на мембране в присутствии OSCS, потенциально смертельного загрязнителя, который иногда встречается в препаратах обычно используемого гепарина, разжижающего кровь. OSCS по своей природе сильно заряжен и взаимодействует с наполненной компаундом мембраной без необходимости применения внешнего электрического тока. Измеряя напряжение, ученые могут быстро идентифицировать образцы, загрязненные OSCS, до введения гепарина пациенту.Реакция между OSCS и мембраной также обратима, поэтому датчики можно использовать повторно.

Аналитик по контролю качества стерилизует оборудование в изоляторе.
Источник: Sanofi / Eric Larrayadieu (Interlinks Image), через Flickr CC-BY-NC-ND 2.0

Другой грант NIBIB поддержал исследования по разработке прибора для обнаружения и мониторинга уровни паровой фазы пероксида водорода (VPHP). VPHP намного сильнее, чем тип перекиси водорода, обычно используемый при оказании первой помощи, но имеет аналогичное применение: для дезинфекции и стерилизации оборудования и помещений фармацевтического производства.После процедур стерилизации производители должны обеспечить снижение уровня VPHP до минимума для защиты рабочих и качества продукции. Исследователи разработали датчик, в котором используется новый тип высокоэффективного и чрезвычайно чувствительного лазера для непрерывного мониторинга уровней VPHP на протяжении всего процесса стерилизации. Датчик также может определять, сколько VPHP было поглощено упаковкой и другими материалами на объекте, такими как стерильные изоляторы или другие защитные барьеры.

Расширение медицинских исследований

Многие болезни развиваются и прогрессируют в результате неправильной регуляции или дисфункции ряда гормонов, нейротрансмиттеров или других важных химических веществ организма.Отслеживание такой химической активности является ключом к раскрытию процессов заболевания, но современные датчики обычно ограничены по количеству химических веществ, которые можно анализировать за один раз, или требуют, чтобы эти химические вещества были помечены первыми, что значительно увеличивает время, стоимость и сложность обнаружения. . Исследователи, финансируемые NIBIB, стремятся улучшить биосенсоры различными способами, например, создавая новые типы покрытий, улучшающих чувствительность, селективность и стабильность сенсора; и разработка основанной на флуоресценции стратегии для обнаружения белков в живых организмах в реальном времени.

Здоровый независимый образ жизни

Экологические и мобильные датчики уже стали частью повседневной жизни многих людей. Например, смесители, которые автоматически запускаются, когда вы кладете под них руки, и отключаются, когда вы закончите мытье. Свет, который включается, когда вы входите в комнату. Носимые браслеты, которые отслеживают вашу повседневную активность, возможно, даже координируют свою работу со смартфоном, чтобы вы могли отслеживать данные с течением времени или делиться информацией с другими.NIBIB поддерживает инициативы по разработке улучшенных датчиков и связанных информационных технологий для домашнего и мобильного использования, которые будут поддерживать хорошее самочувствие и способствовать скоординированному ведению хронических заболеваний. Например, одна исследовательская группа работает над улучшением способности «умных домов» анализировать данные датчиков в реальном времени и распознавать изменения в моделях активности жителя, которые могут сигнализировать об изменениях в самочувствии, таких как падение или нарушение здоровья. график приема пищи.

Иллюстрация «умного дома», показывающая некоторые типы датчиков окружающей среды, которые могут быть полезны в повседневной жизни.Источник: Дайан Кук, Вашингтонский государственный университет, .

Как работают датчики кислорода, объяснение менее чем за 5 минут

Проверьте свет двигателя

Техническое обслуживание

Датчики кислорода

изготовлены из химически активных материалов, что ограничивает их срок службы. В стороне из-за механических повреждений, таких как короткое замыкание нагревательных элементов или физическое повреждение, эти датчики обычно служат около 80 000 миль. Если двигатель имеет механическую неисправность например, прокладка головки (охлаждающая жидкость) или проблема, вызывающая расход масла (кольца, направляющих клапана), это резко сократит срок службы датчика.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

При замене кислородного датчика обязательно используйте высококачественный OEM (оригинальный Производитель оборудования) часть. Более дешевые датчики не такие точные и недолговечные до тех пор, пока датчик OEM будет, и может вызвать проблемы с производительностью, а также выбросы проблемы. Утечки вакуума в системе впуска, могут давать ложные показания датчика и вызывают плохую работу двигателя.

История

По мере развития системы впрыска топлива изменялся и датчик кислорода.Развитие от однопроводной сети датчик, который заземлен через внешний корпус, к четырехпроводному датчику, который заземлен снаружи а встроенный нагреватель помогает датчику правильно работать в холодном состоянии. Датчики кислорода были разработаны для измерения эффективности каталитического нейтрализатора. Поместив кислородный датчик в выхлопной системе перед преобразователем (первичный или передний) и один за ним (вторичный или нижестоящий) компьютер может видеть, сокращает выбросы в соответствии с проектом, при этом настраиваясь на оптимальную производительность.Ранние системы использовали только один первичный датчик и настраивали весь двигатель на основе при этом показании, в то время как новые системы впрыска топлива используют множество датчиков для оптимизации система подачи топлива.

Эти ранние датчики должны были нагреться, прежде чем они стали активными, что означает, что они не работали, пока не достигли рабочей температуры в выхлопной системе. Будучи чрезвычайно простыми, они работали с основными системами впрыска топлива автомобиля. время, которое имело чрезвычайно низкую скорость передачи данных (скорость обработки информации в компьютере) По мере совершенствования технологии датчики также нуждались в улучшении.