Лабораторные стенды в рамках исследований и экспериментов. Разработка на основе аппаратно-вычислительной платформы

Усиливаются усилителем сигналы, которые получаются от пьероэлементов, а позже через компаратор превращается в цифровой, и подается на реле, построенный «сигнал беды», через размыкание контактов (имеют ввиду электронный ИК датчик, что обнаруживает перемещение и присутствие животного при коммутирующего питания электроприбора)

Иногда датчиками движения по ошибке называют акселерометры; на самом деле акселерометры не могут ощутить прямолинейное равномерное перемещение, так как испытывают по вертикали ориентирование оси по состоянию покоя.

Инженерные системы в странах СНГ для проектирования новой реконструкции помещений и постройки, так как по проблемам энергосбережения выделяют все больше внимание. Соответственно, существует значимый интерес к разработкам уже испытанным методами, что позволяет иметь значительную экономию энергии.

Энергосберегающие мероприятия, внедряемые в Германии, хорошо зарекомендовали себя и на отечественных объектах. Да, нашло широкое применение в системах внутреннего освещения зданий автоматическое управление с использованием специальных датчиков. Германия далеко продвинулась в этом направлении: в стране на федеральном уровне принят закон, регламентирующий обязательную установку в домах датчиков присутствия и движения с целью экономии электрической энергии, затрачиваемой на искусственное освещение.

Без реализации этих энергосберегающих требований невозможно спроектировать новое здание или провести реконструкцию существующего. Их выполнение несложно, так как рынок предлагает широкий выбор датчиков движения, присутствия, сумеречных датчиков и сопутствующего оборудования, необходимого для автоматической регулировки освещения в домах.

1.6 Установка Arduino IDE

Скачать последнюю версию со страницы загрузки arduino.cc. где можно выбрать между установщиком (.exe) и Zip-пакетами. Когда загрузка завершится, продолжим установку и, разрешим процесс установки драйверов, после предупреждения от операционной системы.

Рисунок.1.6.1 – Первый этап установки

Рисунок.1.6.2 – Второй этап. Выбор каталога

Рисунок.1.6.3 – Третий этап. Запуск программы

Рисунок.1.6.4 – Пораттивная версия Arduino IDE 2.0.4

Процесс извлечет и установит все необходимые файлы для правильной работы программного обеспечения Arduino (IDE). Текст руководства по началу работы с Arduino находится под. В руководстве пользователя примеры кода что является достоянием общества.

РАЗДЕЛ 2. Разработка проектировочного разноцветного стенда на RGB

2.1. Постановка задания

Теперь для эксперимента будем использовать RGB-светодиоды. Вспомним, что помощью красного (Red), серого (Green), синего (Blue), можно получить любой цвет смешиванием. Светодиод RGB имеет отличия от других тем, так как имеет 3 маленьких кристаллика R, G, B, что синтезируют любой необходимый цвет или его оттенок. А вот, RGB-светодиоды имеют 4 вывода (показано на Рис. 2.1). Можно подключить RGB-светодиод к самой аппаратной части платы Arduino и заставить по цвету радуги переливаться. На рис. 2.2.8 отображается схема подключения RGB-светодиода к плате Arduino.

Рисунок.2.1 – Вывод RGB-светодиода

ПО своей сути, радуга состоит из множеств цветов, а вот 7 цветов были только придуманы потому, что они больше всего устойчивы и определяются восприятием глаза.

В задачи работы входит правильный выбор программного обеспечения и аппаратного для лабораторного стенда на основе эффективных алгоритмов получения и создания соответствующего программного обеспечения для обработки цветов светодиодов на компьютере, подключенном к плате. Для данного проекта нам понадобятся детали, которые присутствуют в наборе «Базовый», а также «Изучаем Arduino»:

– Arduino Uno;

– RGB-светодиод – 2 шт (1 запасной);

– Резисторы 220 Ом – 4 шт;

– Кабель USB;

– Провод «папа-папа» – 8 шт;

– Плата для прототипирования;

– Потенциометр.

2.2. Эскизный проект стенда

Список этих 7 основных цветов радуги с разложением по компонентам R, G и B представлен в Табл. 2.2.1

Таблица 2.2.1 – Основные цвета радуги RGB

– Красный цвет учтём как начальная точка отсчета (255, 0, 0).

– Теперь красной составляющей R нужно уменьшить значение до зеленого цвета (0, 255, 0).

– Далее увеличиваем красной составляющей R до значений цвета фиолетового (255, 0, 255).

– Равномерно уменьшим G (количество зеленовато) аж до значений цвета синего (0, 0, 255).

– Равномерно синей составляющей B нужно увеличить его значение до цвета голубого (0, 255, 255).

– Теперь, понемножку увеличиваем зеленой составляющей G, значение до тех пор, пока не достигается оранжевого значение (255, 125, 0), а поотом цвета желтого (255, 255, 0).

– Дожидаемся недолгой паузы и дальше переходим к шагу 1.

Составляющими частями аппаратной части, которая проектируется на базе платформы Aruduino, являются:

– МК – это микросхема в какой программа эта может получать сигналы с разных датчиков, обращаться до компьютера или другим устройствам через интерфейс, также выводить обработанную информацию через различные устройства индикации, также управлять действующими устройствами.

– Датчики температуры, давления, освещенности, присутствия, ускорения, расстояния до препятствия и т. д.

– Интерфейсы как достаточно специализированные SPI, I2C, CAN, USB, Bluetooth, Ethernet, WiFi, COM-порт и т. д.

МК может работать напрямую с чем-то из данного списка (нужно всего лишь 2 проводочка для соединения МК и кнопки), а для других – нужны дополнительные детали (их нужно подкручивать моторчиком напрямую подкручивать не получится, нужно какие-то другие усилители-драйверов).

Обвязкой называется дополнительные детали, которые необходимы МК для взаимодействия с внешними процессами. Другими словами, обвязкой считают компоненты (электронные, радиодетали) что нужны в данных условиях для работы МК. Есть то, что очень необходимо для запуска МК, а есть то что только добавляет удобства в функционал.

Рисунок 2.2.2 – Платка Arduino

Самые первенцы Arduino подключались к COM-порту (или как называли UART), согласовывая уровни (МК от 0 до +5 В, а у ПК —12В до +12,), потом было ясно то, что USB все -таки удобнее, и решили поставить преобразователь интерфейса.

Дальше, для Arduino обвязка МК, следующая:

– Линейный стабилизатор, который обеспечивает нормально-стабильное питание для самой МК.

– На плату Arduino можно подать напряжение от 7 до 12В (к примеру 79-вольтовый крона, 12в в автотранспорте.) Стабилизатор не нужное напряжение выгрузит, а ровно 5В пойдет на МК.

– USB-UART преобразователь для того, чтобы можно было через МК обращаться к компьютеру по USB. У МК уже есть UART, а вот USB – не имеет.

И так, для реализации данного небольшого проекта нужно.

Узлы, необходимые для подключений:

Рисунок 2.2.3 – 1 RGB светодиод длина 10 мм

Рисунок 2.2.4 – 3 резистора на 270 Ω (фиолетовая, красная и коричневая полоска)

Резистор можно использовать до 1 кОм (сопротивление), но при этом с повышенным сопротивлением светодиоды светятся не так уж ярко.

Рисунок 2.2.5 – 1 Breadboard

Рисунок 2.2.6 – 3 Коннектори

Рисунок 2.2.7 – 1 плата Arduino Uno R3 или аналог

Рисунок 2.2.8 – Схема соединений

На примере будет отправляться полученные данные с переменного резистора в порт через ПК. Чтобы читать и обрабатывать данные из порта платы нужно использовать команду analogRead и номер порта. Далее все будет понятно.

Также к данному интерфейсу можно подключить ещё датчики, к например аналоговый стек, инфракрасный дальномер, датчик температуры, фоторезистор, фотодиод, и т. д.

2.3. Технический проект

2.3.1 Общая структура системы цифровой обработки RGB светодиода

Схема для подключения:

В RGB светодиода есть четыре ножки: по 1 положительному контактику на соотвествующий светодиод и 1 общий контакт, на который подключат все полюсы светодиодов (отрицательные аноды).

Рисунок 2.3.1.1 – Схема RGB-светодиодов

На RGB светодиоде общий анод определяется 2 по длине контакта. Данный контакт подключаем к GND («земля»). Для каждого по отдельности светодиода нужно свой резистор на 270 Ом для предотвращения возможного протекания чересчур больших токов.

Этот резистор устанавливается в цепь между катодом (зеленый, красный, синий) и управляется через пины на плате Arduino.

Рисунок 2.3.1.2 – Схема соединений RGB-светодиодов

Когда используем RGB-светодиодиод (с общим анодом), а не катода общего, то длинный контакт на светодиоде может подклчится к пину +5 V а не к GND.

Рисунок 2.3.1.2 – Внешний вид макета

2.3.2 Связь Arduino з ПК

На рис. 2.3.2.1 показано: вариант отображения контроллера на плате Arduino. Сам контроллер состоит из следующих основных узлов:

– разъем питания на 6—12 вольт;

– микроконтроллер (Atmega32U2 или Atmega1280);

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Превращение Фурье – это интегральное преобразование одной комплекснозначной функции действительной переменной в другую. Тесно связано с превращением Лапласа.

2

Описывается коэффициентами «амплитуды», при условии разложения функции исходной на элементарные составляющие – гармонические колебания с разными частотами.