Arduino մագնիսաչափ ՝ 5 քայլ (նկարներով)

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:48

Ինչ ենք կառուցում:

Մարդիկ չեն կարող հայտնաբերել մագնիսական դաշտերը, բայց մենք օգտագործում ենք սարքեր, որոնք մշտապես ապավինում են մագնիսներին: Շարժիչները, կողմնացույցները, պտտման տվիչները և հողմային տուրբինները, օրինակ, բոլորը մագնիսներ են պահանջում շահագործման համար: Այս ձեռնարկը նկարագրում է, թե ինչպես կարելի է կառուցել Arduino- ի վրա հիմնված մագնիսաչափ, որը զգում է մագնիսական դաշտը ՝ օգտագործելով Hall- ի էֆեկտի երեք սենսորներ: Տեղակայված մագնիսական դաշտի վեկտորը ցուցադրվում է փոքր էկրանին ՝ օգտագործելով իզոմետրիկ պրոյեկցիան:

Ի՞նչ է Arduino- ն:

Arduino- ն փոքր բաց կոդով օգտագործողի համար հարմար միկրոկոնտրոլեր է: Այն ունի թվային մուտքային և ելքային կապեր: Այն ունի նաև անալոգային մուտքագրման քորոցներ, որոնք օգտակար են սենսորներից մուտքագրումը կարդալու համար: Առկա են Arduino- ի տարբեր մոդելներ: Այս ձեռնարկը նկարագրում է, թե ինչպես օգտագործել կամ Arduino Uno- ն կամ Arduino MKR1010- ը: Այնուամենայնիվ, կարող են օգտագործվել նաև այլ մոդելներ:

Նախքան այս ձեռնարկը սկսելը, ներբեռնեք Arduino- ի զարգացման միջավայրը, ինչպես նաև ձեր հատուկ մոդելի համար անհրաժեշտ գրադարանները: Environmentարգացման միջավայրը հասանելի է https://www.arduino.cc/hy/main/software կայքում, իսկ տեղադրման հրահանգները ՝

Ի՞նչ է մագնիսական դաշտը:

Մշտական մագնիսները ուժ են գործադրում այլ մշտական մագնիսների վրա: Ընթացիկ կրող լարերը ուժ են գործադրում ընթացիկ այլ հաղորդալարերի վրա: Մշտական մագնիսները և հոսող լարերը նույնպես ուժ են գործադրում միմյանց վրա: Այս ուժը մեկ միավորի փորձարկման հոսանքի համար մագնիսական դաշտ է:

Եթե մենք չափում ենք օբյեկտի ծավալը, ապա ստանում ենք մեկ սանդղակային թիվ: Այնուամենայնիվ, մագնիսականությունը նկարագրվում է վեկտորային դաշտով ՝ ավելի բարդ մեծությամբ: Նախ, այն տատանվում է դիրքի վրա ամբողջ տարածության վրա: Օրինակ, մշտական մագնիսից մեկ սանտիմետր հեռավորության վրա գտնվող մագնիսական դաշտը, ամենայն հավանականությամբ, ավելի մեծ կլինի, քան տասը սանտիմետր հեռավորության վրա գտնվող մագնիսական դաշտը:

Հաջորդը, տարածության յուրաքանչյուր կետում մագնիսական դաշտը ներկայացված է վեկտորով: Վեկտորի մեծությունը ներկայացնում է մագնիսական դաշտի ուժը: Ուղղահայաց է ինչպես ուժի, այնպես էլ փորձարկման հոսանքի ուղղությունը:

Մենք կարող ենք մագնիսական դաշտը պատկերել մեկ վայրում ՝ որպես սլաք: Մենք կարող ենք մագնիսական դաշտը պատկերել ամբողջ տարածության վրա ՝ տարբեր վայրերում գտնվող սլաքների զանգվածով, հնարավոր է ՝ տարբեր չափերի և ուղղված տարբեր ուղղություններով: Գեղեցիկ արտացոլումը հասանելի է https://www.falstad.com/vector3dm/ կայքում: Մագնիսաչափը, որը մենք կառուցում ենք, ցուցադրում է մագնիսական դաշտը սենսորների տեղում ՝ որպես սլաք էկրանին:

Ի՞նչ է Hall ազդեցության ցուցիչը և ինչպես է այն գործում:

Hall ազդեցության սենսորը փոքր, էժան սարք է, որը չափում է մագնիսական դաշտի ուժը որոշակի ուղղությամբ: Այն պատրաստված է կիսահաղորդչային կտորից ՝ դիպված ավելորդ լիցքերով: Hall- ի էֆեկտի որոշ տվիչների ելքը անալոգային լարման է: Հոլի էֆեկտի այլ սենսորներն ունեն ինտեգրված համեմատիչ և արտադրում են թվային ելք: Հոլի էֆեկտի այլ սենսորները ինտեգրված են ավելի մեծ գործիքների վրա, որոնք չափում են հոսքի արագությունը, պտտման արագությունը կամ այլ մեծություններ:

Հոլի էֆեկտի հիմքում ընկած ֆիզիկան ամփոփված է Լորենցի ուժի հավասարման միջոցով: Այս հավասարումը նկարագրում է արտաքին էլեկտրական և մագնիսական դաշտի պատճառով շարժվող լիցքի ուժը:

Ստորև բերված նկարը պատկերում է Hall- ի էֆեկտը: Ենթադրենք, մենք ցանկանում ենք մագնիսական դաշտի ուժը չափել կապույտ սլաքի ուղղությամբ: Ինչպես ցույց է տրված նկարի ձախ մասում, մենք կիսահաղորդիչի կտորի միջով ուղղահայաց ենք ուղղում չափվող դաշտի ուղղությանը: Ընթացիկը լիցքերի հոսք է, ուստի կիսահաղորդչում լիցքը շարժվում է որոշակի արագությամբ: Այս լիցքը ուժ կզգա արտաքին դաշտի շնորհիվ, ինչպես ցույց է տրված նկարի միջին մասում: Լիցքերը կտեղափոխվեն ուժի պատճառով և կուտակվում են կիսահաղորդչի եզրերին: Լիցքերը կուտակվում են այնքան ժամանակ, մինչև կուտակված լիցքերի պատճառով ուժը հավասարակշռի արտաքին մագնիսական դաշտի ուժը: Մենք կարող ենք չափել կիսահաղորդիչի լարումը, ինչպես ցույց է տրված նկարի աջ մասում: Չափվող լարումը համաչափ է մագնիսական դաշտի ուժին, և այն ուղղահայաց է հոսանքի և մագնիսական դաշտի ուղղության վրա:

Ի՞նչ է իզոմետրիկ պրոյեկցիան:

Տիեզերքի յուրաքանչյուր կետում մագնիսական դաշտը նկարագրվում է եռաչափ վեկտորով: Այնուամենայնիվ, մեր ցուցադրման էկրանը երկչափ է: Մենք կարող ենք եռաչափ վեկտորը նախագծել երկչափ հարթության մեջ, որպեսզի կարողանանք այն նկարել էկրանին: Դրա իրականացման բազմաթիվ եղանակներ կան, ինչպիսիք են ՝ իզոմետրիկ պրոեկցիան, ուղղագրական պրոյեկցիան կամ թեք պրոյեկցիան:

Իզոմետրիկ պրոյեկցիայում x, y և z առանցքները գտնվում են միմյանցից 120 աստիճան հեռավորության վրա, և դրանք հավասարաչափ առաջ են նայում: Իզոմետրիկ պրոյեկցիայի վերաբերյալ լրացուցիչ տեղեկություններ, ինչպես նաև անհրաժեշտ բանաձևեր կարելի է գտնել թեմայի վերաբերյալ Վիքիպեդիայի էջում:

Քայլ 1: Հավաքեք պաշարները

Arduino և Cable

Արդուինոն մագնիսաչափի ուղեղն է: Այս հրահանգները նկարագրում են, թե ինչպես օգտագործել Arduino Uno կամ Arduino MKR1010: Երկու դեպքում էլ անհրաժեշտ է մալուխ այն համակարգչին միացնելու համար:

Տարբերակ 1. Arduino Uno և USB AB մալուխ

www.digikey.com/product-detail/hy/arduino/A000066/1050-1024-ND/2784006

www.digikey.com/product-detail/hy/stewart-connector/SC-2ABE003F/380-1424-ND/8544570

Տարբերակ 2: Arduino MKR1010 և microUSB մալուխ

www.digikey.com/product-detail/hy/arduino/ABX00023/1050-1162-ND/9486713

www.digikey.com/product-detail/hy/stewart-connector/SC-2AMK003F/380-1431-ND/8544577

TFT էկրան

TFT- ը նշանակում է Thin Film Transistor: Այս 1.44 դյույմանոց էկրանը պարունակում է 128 x 128 պիքսել: Այն փոքր է, պայծառ և գունագեղ: Այն կցված է ճեղքման տախտակին: Այնուամենայնիվ, վերնագրերի կապումներն առանձին են, ուստի դրանք պետք է զոդել: (oldոդման և զոդման սարք են անհրաժեշտ)

www.digikey.com/product-detail/hy/adafruit-industries-llc/2088/1528-1345-ND/5356830

• Անալոգային սրահի էֆեկտ սենսորներ

Պահանջվում է Hall- ի էֆեկտի երեք սենսոր: Ստորև բերված հղումը Allegro- ի A1324LUA-T մասի համար է: Այս սենսորի համար 1 կապը մատակարարման լարումն է, 2 կապը հիմնավորված է, իսկ 3 կապը ելքն է: Հոլի այլ սենսորները նույնպես պետք է աշխատեն, բայց համոզվեք, որ դրանք անալոգային են, այլ ոչ թե թվային: Եթե դուք օգտագործում եք այլ սենսոր, ստուգեք քորոցը և անհրաժեշտության դեպքում կարգավորեք էլեկտրագծերը: (Ես իրականում օգտագործել եմ նույն ընկերության տարբեր սենսորներ փորձարկման նպատակով: Այնուամենայնիվ, այն, ինչ ես օգտագործել եմ, հնացած է, և այս սենսորը դրա փոխարինողն է):

www.digikey.com/product-detail/hy/allegro-microsystems-llc/A1324LUA-T/620-1432-ND/2728144

Փոքր տախտակ և մետաղալար

www.digikey.com/product-detail/hy/adafruit-industries-llc/239/1528-2143-ND/7244929

Մշտական մագնիսներ փորձարկման համար

Սառնարանի մագնիսները լավ կաշխատեն:

Քայլ 2: Լարերի տեղադրում

Sոդեք վերնագրերը էկրանին:

Տեղադրեք սենսորները սեղանի տախտակի մի ծայրում, իսկ հակառակ ծայրում տեղադրեք էկրանը և Arduino- ն: Arduino- ի և ցուցադրման լարերի մեջ հոսանքը առաջացնում է մագնիսական դաշտեր, որոնք մենք չենք ցանկանում, որ սենսորները կարդան: Բացի այդ, մենք գուցե ցանկանանք սենսորները դնել մշտական մագնիսների մոտ, ինչը կարող է բացասաբար ազդել էկրանի և սենսորի լարերի հոսանքի վրա: Այս պատճառներով մենք ցանկանում ենք, որ սենսորները հեռու լինեն ցուցադրումից և Arduino- ից: Նաև այս պատճառներով, այս մագնիսաչափը պետք է հեռու պահել շատ ուժեղ մագնիսական դաշտերից:

Տեղադրեք սենսորները միմյանց ուղղահայաց, բայց հնարավորինս մոտ: Նրբորեն թեքեք սենսորները `դրանք ուղղահայաց ստանալու համար: Յուրաքանչյուր սենսորի յուրաքանչյուր կապում պետք է լինի տախտակի առանձին շարքում, որպեսզի այն առանձին միացված լինի:

MKR1010- ի և Uno- ի միջև լարերը մի փոքր տարբերվում են երկու պատճառով. Նախ, Arduino- ն և ցուցադրումը շփվում են SPI- ի միջոցով: Arduino- ի տարբեր մոդելներ ունեն տարբեր SPIN գծերի հատուկ հատկացված քորոցներ: Երկրորդ, Uno- ի անալոգային մուտքերը կարող են ընդունել մինչև 5 Վ, մինչդեռ MKR1010- ի անալոգային մուտքերը կարող են ընդունել մինչև 3.3 Վ: Hall- ի էֆեկտի սենսորների առաջարկվող լարումը 5 Վ է: Սենսորի ելքերը միացված են Arduino անալոգային մուտքերին, և դրանք կարող են լինել այնքան մեծ, որքան մատակարարման լարումները: Uno- ի համար օգտագործեք տվիչների համար առաջարկվող 5 Վ լարման աղբյուրը: MKR1010- ի համար օգտագործեք 3.3 Վ, որպեսզի Arduino- ի անալոգային մուտքը երբեք չտեսնի ավելի մեծ լարման, քան կարող է գործածել:

Հետևեք ստորև բերված սխեմաներին և հրահանգներին ձեր օգտագործած Arduino- ի համար:

Միացում Arduino Uno- ի հետ

Theուցադրումն ունի 11 կապում: Միացրեք դրանք Arduino Uno- ին հետևյալ կերպ. (NC նշանակում է միացված չէ)

• Vin → 5 Վ
• 3.3 → NC
• Gnd → GND
• SCK → 13
• SO → NC
• SI → 11
• TCS → 10
• RST → 9
• Օդորակիչ/C 8
• CCS → NC
• Lite → NC

Սենսորների Vin- ը միացրեք Arduino- ի 5V- ին: Սենսորի հիմքը միացրեք Arduino- ի գետնին: Սենսորների ելքը միացրեք Arduino- ի A1, A2 և A3 անալոգային մուտքերին:

Միացում Arduino MKR1010- ի հետ

Theուցադրումն ունի 11 կապում: Միացրեք դրանք Arduino- ին հետևյալ կերպ. (NC նշանակում է միացված չէ)

• Vin → 5 Վ
• 3.3 → NC
• Gnd → GND
• SCK → SCK 9
• SO → NC
• SI -MOSI 8
• TCS → 5
• RST → 4
• Օդորակիչ/C 3
• CCS → NC
• Lite → NC

Սենսորների Vin- ը միացրեք Arduino- ի Vcc- ին: Այս կապը գտնվում է 3.3 Վ -ում, ոչ թե 5 Վ -ում: Սենսորի հիմքը միացրեք Arduino- ի գետնին: Սենսորների ելքը միացրեք Arduino- ի A1, A2 և A3 անալոգային մուտքերին:

Քայլ 3: Փորձարկեք ցուցադրումը

Եկեք աշխատենք TFT էկրանը: Բարեբախտաբար, Adafruit- ն ունի օգտվողի համար հարմար գրադարաններ և դրանց հետ աշխատելու հիանալի ձեռնարկ: Այս հրահանգները ուշադիր հետևում են ձեռնարկին ՝

Բացեք Arduino- ի զարգացման միջավայրը: Գնացեք Գործիքներ → Կառավարեք գրադարանները: Տեղադրեք Adafruit_GFX, Adafruit_ZeroDMA և Adafruit_ST7735 գրադարանները: Վերագործարկեք Android- ի զարգացման միջավայրը:

Ամենագրաֆիկական օրինակը ներառված է գրադարանների հետ: Բացեք այն: Ֆայլ → Օրինակներ → Adafruit ST7735 և ST7789 Գրադարան → graphicstest. 1.44 դյույմանոց էկրանին մեկնաբանության տող 95 -ը և չմեկնաբանությունը տող 98 -ը ընտրելու համար:

Օրիգինալ տարբերակ:

94 // Օգտագործեք այս նախաստորագրիչը, եթե օգտագործում եք 1.8 դյույմանոց TFT էկրան.

95 tft.initR (INITR_BLACKTAB); // Init ST7735S չիպ, սև ներդիր 96 97 // Կամ օգտագործեք այս սկզբնականացուցիչը (չմեկնաբանել), եթե օգտագործում եք 1.44 TFT: 98 //tft.initR(INITR_144GREENTAB); // Init ST7735R չիպ, կանաչ ներդիր

44իշտ տարբերակ 1.44 դիսփլեյի համար.

94 // Օգտագործեք այս նախաստորագրիչը, եթե օգտագործում եք 1.8 դյույմանոց TFT էկրան.

95 //tft.initR(INIT_BLACKTAB); // Init ST7735S չիպ, սև ներդիր 96 97 // Կամ օգտագործեք այս սկզբնականացուցիչը (չմեկնաբանել), եթե օգտագործում եք 1.44 TFT: 98 tft.initR (INITR_144GREENTAB); // Init SST35R չիպ, կանաչ ներդիր

Էկրանը հաղորդակցվում է SPI- ի միջոցով, իսկ տարբեր մոդելներ Arduinos- ն օգտագործում են տարբեր հատուկ կապում որոշ հաղորդակցության գծերի համար: Ամենագրաֆիկական օրինակը ստեղծվել է Uno կապում աշխատելու համար: Եթե օգտագործում եք MKR1010- ը, 80 -րդ և 81 -րդ տողերի միջև ավելացրեք հետևյալ տողերը.

MKR1010- ի ուղղումներ.

80

#սահմանել TFT_CS 5 #սահմանել TFT_RST 4 #սահմանել TFT_DC 3 #սահմանել TFT_MOSI 8 #սահմանել TFT_SCLK 9 Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735 (TFT_CS, TFT_DC, TFT_MSTI, TFT_MTI, 81 բոց p = 3.1415926;

Պահեք փոփոխված գրաֆիկական ամենապարզ օրինակը: Միացրեք Arduino- ն համակարգչին, եթե դեռ դա չեք արել: Գնացեք Գործիքներ → Տախտակ և Գործիքներ → Պորտ ՝ ստուգելու համար, որ համակարգիչը կարող է գտնել Arduino- ն: Գնացեք ուրվագիծ → Վերբեռնում: Եթե օրինակը աշխատի, էկրանին կցուցադրվեն տողեր, ուղղանկյուններ, տեքստ և ամբողջական ցուցադրումը: Adafruit ձեռնարկը տալիս է ավելի շատ մանրամասներ, եթե անհրաժեշտ է անսարքությունների վերացում:

Քայլ 4: Մագնիսաչափի ծածկագիր

Ներբեռնեք կցված կոդը և բացեք այն Arduino զարգացման միջավայրում:

Այս ծրագիրը օգտագործում է վեց գործառույթ.

Setup () նախաստորագրում է ցուցադրումը:

Loop () պարունակում է ծրագրի հիմնական հանգույցը: Այն սևացնում է էկրանը, գծում առանցքները, կարդում մուտքերը և գծում մագնիսական դաշտի վեկտորը ներկայացնող սլաքը: Այն ունի մեկ վայրկյան թարմացման արագություն, որը կարող է փոխվել ՝ փոխելով 127 -րդ տողը:

DrawAxes3d () գծում և պիտակավորում է x, y և z առանցքները:

DrawArrow3d () ընդունում է x, y և z մուտքագրումը `0 -ից մինչև 1023 -ը: Այս արժեքներից այն հաշվարկում է տարածության սլաքի վերջնական կետերը: Հաջորդը, այն օգտագործում է isometricxx () և isometricyy () գործառույթները `էկրանին վերջնական կետերը հաշվարկելու համար: Վերջապես, այն գծում է սլաքը և տպում է էկրանի ներքևի լարումները:

Isometricxx () -ը գտնում է իզոմետրիկ նախագծման x կոորդինատը: Այն վերցնում է մի կետի x, y և z կոորդինատները և էկրանի վրա վերադարձնում համապատասխան x պիքսելների տեղը:

Isometricyy () գտնում է իզոմետրիկ պրոեկցիայի y կոորդինատը: Այն վերցնում է մի կետի x, y և z կոորդինատները և էկրանի վրա վերադարձնում համապատասխան y պիքսելների գտնվելու վայրը:

Նախքան ծածկագիրը գործարկելը, մենք պետք է նշենք, թե որ կապերն օգտագործել ցուցադրման հետ SPI հաղորդակցության համար, և մենք պետք է նշենք սենսորների աղբյուրի լարումը: Եթե օգտագործում եք MKR1010- ը, մեկնաբանեք 92-96 և 110 տողերը: Այնուհետև մեկնաբանեք 85-89 և 108 տողերը: Եթե օգտագործում եք Uno- ն, մեկնաբանեք 85-89 և 108 տողերը: Այնուհետև չմեկնաբանեք 92-96 տողերը, ինչպես նաև 110 տողը:

Վերբեռնեք կոդը, Էսքիզ → Վերբեռնեք:

Դուք պետք է x, y և z առանցքները տեսնեք կարմիր գույնով: Կանաչ սլաքը, որի ծայրը կապույտ շրջան է, սենսորների մոտ ներկայացնում է մագնիսական դաշտի վեկտորը: Լարման ցուցանիշները ցուցադրվում են ներքևի ձախ մասում: Երբ մագնիսը մոտեցնում եք սենսորներին, լարման ցուցանիշները պետք է փոխվեն, և սլաքի չափը պետք է աճի:

Քայլ 5: Ապագա աշխատանք

Հաջորդ քայլը կլինի սարքի չափագրումը: Սենսորների տվյալների թերթիկը տեղեկատվություն է տալիս, թե ինչպես փոխարկել սենսորի լարման արժեքները մագնիսական դաշտի ուժի: Կալիբրացիան կարող է հաստատվել `համեմատելով ավելի ճշգրիտ մագնիսաչափի հետ:

Մշտական մագնիսները փոխազդում են ընթացիկ հաղորդալարերի հետ: Էկրանի մոտ և Arduino- ում լարերը առաջացնում են մագնիսական դաշտեր, որոնք կարող են ազդել սենսորների ընթերցումների վրա: Բացի այդ, եթե այս սարքը օգտագործվում է ուժեղ մշտական մագնիսի մոտ չափումներ կատարելու համար, փորձարկվող սարքի մագնիսական դաշտը փոխազդում է, աղմուկ է մտցնում և, հնարավոր է, վնասում է Arduino- ին և էկրանին: Պաշտպանությունը կարող է այս մագնիսաչափը դարձնել ավելի ամուր: Arduino- ն կարող է դիմակայել ավելի մեծ մագնիսական դաշտերին, եթե այն պաշտպանված է մետաղյա տուփի մեջ, և ավելի քիչ աղմուկ կներկայացվի, եթե պաշտպանված մալուխները սենսորները միացնեն մերկ լարերի փոխարեն:

Մագնիսական դաշտը դիրքի գործառույթ է, ուստի այն տարբեր է տարածության յուրաքանչյուր կետում: Այս սարքը օգտագործում է երեք տվիչ ՝ մեկը մագնիսական դաշտի x, y և z բաղադրիչը չափելու համար: Սենսորները գտնվում են միմյանց մոտ, բայց ոչ մի կետում, և դա սահմանափակում է մագնիսաչափի թույլատրելիությունը: Coolարմանալի կլիներ, որ մագնիսական դաշտի ընթերցումները պահպանվեին տարբեր կետերում, այնուհետև ցուցադրվեին դրանք որպես սլաքների զանգված համապատասխան վայրերում: Այնուամենայնիվ, դա նախագիծ է մեկ այլ օրվա համար:

Հղումներ

Տեղեկատվություն Adafruit Arduino Graphics գրադարանների մասին

https://learn.adafruit.com/adafruit-1-44-color-tft-with-micro-sd-socket/overview

Մագնիսական դաշտի պատկերացում

https://www.falstad.com/vector3dm/

Տեղեկատվություն Հոլի էֆեկտի և Հոլի էֆեկտի տվիչների մասին

• https://sensing.honeywell.com/index.php?ci_id=47847
• https://www.allegromicro.com/~/media/Files/Datasheets/A1324-5-6-Datasheet.ashx

Տեղեկատվություն իզոմետրիկ պրոեկցիայի վերաբերյալ

• https://hy.wikipedia.org/wiki/3D_projection
• https://hy.wikipedia.org/wiki/Isometric_projection