Датчик вертикального положения

Форум РадиоКот • Просмотр темы — Что за деталь? «Датчик вертикального положения прибора»

Что такое инклинометр и зачем он нужен

Но есть и более сложное оборудование. К числу таковых разработок относится наклонометр, который еще называют инклинометром. Для чего необходимо такое устройство? На самом деле этот тип приборов позволяет определить угол наклона того или иного объекта, но уже относительно гравитационного поля Земли. В реальной практике такое оборудование широко распространено в строительстве. Еще наклонометры активно используются при эксплуатации различных сооружений и зданий. Не менее полезны эти устройства бывают в процессе бурения скважин.

Но стоит учитывать, что существует несколько типов этого оборудования. Какие же виды приборов бывают? Сегодня выделяются инклинометры:

Каждый из этих типов имеет свои уникальные особенности. Ртутные разновидности работают на основе колбы, заполненной ртутью. А вот маятниковые версии функционируют за счет маятника или отвеса. С помощью сохранения таких элементов в вертикальном положении вне зависимости от угла наклона можно получить необходимые сведения.

Ручные модели инклинометров работают на основе установленной внутри прибора трубки, заполненной жидкостью, и воздушного пузыря. При колебании инструмента пузырь определяет угол наклона с помощью шкалы. Электронные версии наиболее точные, так как в их основе лежит гироскоп.

Датчик наклона позволяет определить положение и обнаружить отклонение в вертикальной плоскости. Он определяет, находится ли сам датчик полностью в вертикальном положении или наклонён.

Это свойство делает его очень полезным, например, в игрушках, роботах и других устройствах, для работы которых важна ориентация относительно вертикали.

Принцип работы датчика наклона

Датчик наклона представляет собой цилиндр с катающимся внутри проводящим ток шариком и оснащённый снизу двумя проводящими элементами (контактами).

Когда датчик находится полностью в вертикальном положении шарик падает на дно цилиндра и замыкает контакты.

Когда датчик наклонён шарик не касается контактов, цепь размыкается и ток не протекает.

Таким образом датчик наклона работает как выключатель, который включается и выключается в зависимости от ориентации относительно вертикали. Он будет передавать устройству на платформе Arduino цифровой сигнал: ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ уровень сигнала.

Подключение датчика наклона

Подключения датчика наклона к плате Arduino довольно простое. Нужно просто подсоединить один вывод датчика к цифровому выводу платы Arduino, а другой вывод заземления (GND) — к выводу заземления (GND) платы.

При таком подключении необходимо активировать встроенный подтягивающий резистор на микросхеме платы Arduino для цифрового вывода, к которому подключён датчик. Другой вариант — включить в схему подтягивающий резистор на 10 кОм.

Компоненты для проекта

Для этого примера нужно просто добавить светодиод к схеме из раздела «Подключение датчика».

Код проекта светодиода чувствительного к наклону

Далее нужно загрузить следующий код в плату Arduino.

Демонстрация работы готового устройства

И вот, что вы получите в результате.

Самые популярные материалы в блоге

Вольтик — это слаженная команда амбициозных и заядлых инженеров. Мы создали этот проект с целью вовлечения вас, талантливых и начинающих профессионалов, в увлекательный мир мейкерской микроэлектроники!

Сб мар 05, 2016 23:23:31

Всем привет!Есть компонент, который погорел. Не могу найти его, потому что не могу понять по какому ключевику искать. Это датчик вертикального положения из инфракрасного обогревателя. Мы его конечно же уже просто убрали, но если получится найти подобный примитив, то было бы классно!Гугление по ключевикам «примитивный датчик положения»/»датчик вертикали»/»поплавковый выключатель» и все комбинации из этих ключевиков не помогают.

DSC_0300.JPG

(247.25 KiB) Скачиваний: 791

DSC_0302.JPG

(87.49 KiB) Скачиваний: 751

DSC_0298.JPG

(65.04 KiB) Скачиваний: 724

DSC_0294.JPG

(23.54 KiB) Скачиваний: 755

Последний раз редактировалось cmygeHm Сб мар 05, 2016 23:28:32, всего редактировалось 1 раз.

Сб мар 05, 2016 23:26:11

Любой тумблер без фиксации с грузиком на ручке .

Сб мар 05, 2016 23:33:07

бабай писал(а):Любой тумблер без фиксации с грузиком на ручке .

Спасибо! То что нужно, не знал, «тумблеры без фиксации» называются «тумблерами без фиксации»

Сб мар 05, 2016 23:53:22

бабай писал(а):тумблер без фиксации

А такие бывают?

Вс мар 06, 2016 00:34:00

Андрюша пошутил ?

Вс мар 06, 2016 00:50:23

Отнюдь.Мне показалось, что «тумблер без фиксации» — взаимоисключающее понятие.

Выключателем может называться коммутационный аппарат, имеющий как минимум два своих контактов («включено» и «отключено») и способный изменить это положение под действием внешних сил на другое положение контактов («включено» или «отключено») на сколь угодно малое или большое значение времени.

Вс мар 06, 2016 01:30:09

(от англ. tumble — опрокидываться), малогабаритный механический переключатель. Применяется главным образом для коммутации цепей управления в электро- и радиотехнических приборах и устройствах.

Как видишь никаких упоминаний о фиксации .

вот например http://keptm.ru/product/item/5114-3709

Вс мар 06, 2016 01:39:14

Вс мар 06, 2016 01:51:23

Вы так далеко в «импорт» заглянули.. Есть ближе- тумблер П2Т, в частности-П2Т-5, П2Т-6, П2Т-11, П2Т-12, П2Т-17, П2Т-18, П2Т-23, П2Т-24 — тумлеры с ОДНИМ фиксированным положением- «ВЫКЛ»http://lib.chipdip.ru/283/DOC000283357.pdf

Вс мар 06, 2016 10:05:22

Как вариант- обычный концевик на соотв. ток, расположеный в ножке обогревателя толкателем к полу.

Вс мар 06, 2016 10:09:00

(я серьёзно).И такая конструкция будет и понадёжнее к тому-же.

Вс мар 06, 2016 10:12:47

Идея не моя

. На работе долго мудохался с китайским тепловентилятором пока не сказали поставить на пол

Вс мар 06, 2016 21:43:05

Пн мар 07, 2016 11:29:18

Во времена самодельных автосигнализаций датчик качания делали из металлической трубки с подвешенным внутри грузиком. Его же можно применить и как датчик вертикали, только диаметр трубки подобрать, чтобы не было ложных срабатываний.

Пн мар 07, 2016 11:33:34

Здесь такой вариант не прокатит.Датчик включен в силовую цепь.Либо использовать промежуточное многотоковое реле.

Вс мар 20, 2016 01:52:29

Вс мар 20, 2016 06:15:41

Сегодня задача определения вертикального положения легко решается с помощью акселерометра.

Пн мар 21, 2016 01:14:56

Пн мар 21, 2016 01:21:54

Где? Я нигде его отдельно не встречал.

Пн мар 21, 2016 01:33:59

phpBB Mobile / SEO by Artodia.

Современные датчики угла наклона

Научные исследования не стоят на месте. Ученые постоянно разрабатывают и создают устройства, которые направлены на улучшение жизни человека. Но некоторые из таких современных разработок заслуживают пристального внимания.

Видео по теме

Если первичная настройка датчика для автосигнализации понятна, стоит подробнее остановиться на том, как вручную задать параметры его чувствительности. Для этого владельцу потребуется доступ к сервисной кнопке самого устройства и брелок пульта дистанционного управления авто:

Важно: Учтите, что, установив значение чувствительности на 0, вы отключите работу датчика наклона.

Важно: Если в режиме настроек вы бездействуете в течение 15 секунд, система выйдет из него сама без сохранения изменений.

Современные модели датчиков позволяют производить их настройку через ПК или телефон посредством GPS, даже не покидая своего дома. Однако, далеко не всегда изменения, внесённые таким образом, надёжно сохраняются системой, потому рекомендуется проводить проверку значений через брелок.

Монтаж датчика

Установка датчика наклона не требует специальных навыков и инструментов, ведь он вполне способен эффективно работать даже из салона автомобиля. Самым важным условием является надёжное закрепление устройства на твёрдой металлической поверхности в машине. Для фиксации датчика можно использовать строительный двухсторонний скотч или стяжку из пластика. Провод от него проводится до самого блока сигнализации и подключается в соответствующий разъём в его корпусе. При этом постарайтесь разместить датчик таким образом, чтобы его кабель не приходилось натягивать в процессе проведения до охранной системы машины.

Зачем нужен датчик наклона

Применение сигнализаций не является чем-то новым и уже не одно десятилетие охраняет автомобили по всему миру от злоумышленников. Однако, для того, чтобы защитная система сработала, она должна быть оборудована соответствующими датчиками, которые отслеживают состояние машины. Одним из них является и датчик наклона, который представляет собой сверхчувствительное устройство, способное фиксировать малейшие изменения положения автомобиля. Таким образом, оно может распознать следующие ситуации:

Сегодня датчик наклона для автосигнализации служит одним из основных достоверных источников сведений о состоянии машины. Без него охранная система автомобиля способна реагировать лишь на такие воздействия, как удар, попытку силового взлома и механические нагрузки на поверхность кузова. Обратной стороной является срабатывание сигнализации при близких раскатах грома, что также происходит по причине фиксирования мощных звуковых колебаний, воздействующих на кузов машины.

Датчики наклона принцип действия

Определение положения объекта относительно плоскости Земли является важной задачей во многих технических приложениях. Используя ускорение свободного падения, обусловленное наличием гравитационного поля Земли, датчик наклона на основе твердотельного акселерометра позволяет определить угол относительно плоскости Земли с точностью до 0,5 градуса. В данной статье рассматривается задача построения такого датчика, а также некоторые аспекты его применения.

Введение

Датчик наклона используется человечеством уже тысячи лет. Самым элементарным приспособлением для этого можно считать отвес, т.е. груз, привязанный к нити. С помощью такого датчика возводились постройки ещё тысячи лет назад. Более сложным и точным устройством является уровень – ёмкость с жидкостью (обычно водой), в которой плавает пузырёк воздуха. Всевозможные приспособления такого типа, позволяющие выровнять уровень относительно Земли, находят широкое применение и сегодня. Однако в ряде случаев необходимо не просто выровнять объект, а знать численное значение угла его наклона относительно Земли, для чего существуют механические угломеры различной конструкции, в основе которых лежит использование силы земного притяжения. Электронные угломеры имеют массу преимуществ перед традиционными механическими устройствами: прямой интерфейс с цифровой системой позиционирования, более точные показания, большая разрешающая способность и т.д. К сожалению, представленные сегодня на рынке электронных приборов цифровые датчики угла имеют относительно высокую цену (от $300). В данной статье рассматривается задача самостоятельного изготовления простого в настройке датчика наклона на основе акселерометра фирмы Analog Device, содержащего минимум деталей и обеспечивающего точность измерения 0,5 градуса.

Рисунок 1 — Структурная схема ADXL202

Основы измерения угла наклона

Существует много типов датчиков угла наклона: жидкостные, твердотельные, на основе гироскопного эффекта и т.д. Для многих современных систем позиционирования применяются гироскопы, которые представляют собой датчики с вращающимся рабочим телом большой массы, позволяющим избежать влияния переменного ускорения объекта на результаты измерения. Однако такие датчики обладают рядом существенных недостатков, основным из которых является их высокая стоимость. Другими существенными недостатками таких датчиков является медленная прецессия осей вращения и необходимость регулярной калибровки в течение срока эксплуатации. Современное развитие микромеханики позволило сконструировать миниатюрные твердотельные датчики ускорения, которые по своим рабочим характеристикам идентичны жидкостным датчикам, но при этом обладают рядом преимуществ: ударо- и вибростойкостью, широким диапазоном рабочих температур, миниатюрностью и.т.д.

Конструкция датчика угла наклона

Рисунок 2 — Сигнал с датчика

Интеграция всех необходимых элементов в одном корпусе позволяет создавать дешёвые, быстро настраиваемые датчики с минимумом дополнительных деталей. Предлагаемая принципиальная схема датчика приведена на рис. 3. ШИМ-сигналы с обоих датчиков подаются на входы контроллера, который вычисляет отношение Т1/Т2. Для определения ускорения применяется выражение:

где Toff = Т1/Т2 при нулевом наклоне (ускорении), S – коэффициент шкалы (в среднем S = 12,5%). Резистором R1 устанавливается период T2 следования импульсов согласно выражению:

Так, при R1 = 125 кОм получаем частоту следования 1 кГц, т.е. T2 = 1 мс. Акселерометр рассчитан на работу при T2, лежащем в интервале 0,5. 10 мс. Величина периода T2 медленно изменяется в зависимости от температуры, поэтому её измерение можно проводить раз в 10. 15 мин. При конструировании датчика резистор R1 необходимо располагать как можно ближе к микросхеме для минимизации паразитной ёмкости на этом выводе.

Рисунок 3 — Принципиальная схема датчика угла наклона

Для снижения уровня шума в ADXL202 применяется низкочастотный фильтр. Полоса пропускания данного фильтра на уровне –3 дБ определяется значением ёмкости внешних конденсаторов Cx и Cy согласно формуле:

Вычисление угла наклона

Угол наклона датчика пропорционален ускорению, действующему на его подвижную часть, и вычисляется по формуле:

При микроконтроллерной реализации данного алгоритма для вычисления угла наклона необходимо использовать разложение функции arcsin(А) в ряд Тейлора:

arcsin(А) = A + A 3 /6 + 3A 5 /40 + 5A 7 /112 + 35A 9 /1152 +.

φ выражается в радианах. Можно показать, что для вычисления угла наклона с точностью до 0,5° достаточно ограничить ряд первыми четырьмя членами. Получение более стабильных и точных результатов можно обеспечить использованием усреднения показаний датчика методом скользящего среднего. При реализации на основе дешёвого 8-битного микроконтроллера целесообразно выбрать число усредняемых измерений кратным степени двойки, тогда операция деления переходит в более простую операцию сдвига.

Компактный алгоритм вычисления угла наклона

Существует много устройств, где не требуются очень точные измерения угла наклона, но необходим максимально простой и компактный алгоритм обработки. В этом случае возможно использование алгоритма вычисления значения угла наклона, основанного на элементарном двоичном делении, что удобно при применении дешёвых 8-битных микроконтроллеров (PIC, Atmel и т.д). Рассмотрим первое выражение. При стабильных внешних условиях величина Т2 не изменяется. Тогда при S = 12,5% выражение можно преобразовать к виду:

В диапазоне ±35° каждый градус наклона будет соответствовать ускорению примерно в 16 мg, где g — ускорение свободного падения. Используя это, при соответствующем выборе величины Т2 можно получить существенное сокращение вычислительных затрат за счёт применения двоичного деления. Например, пусть Т2 = 500 мкс, тогда при вертикальном положении датчика имеем изменение показаний ΔТ1 = (500 мкс) × 12,5% = 62,5 мкс, а изменение на 1 мкс соответствует 16 мg. Таким образом, изменение Т1 на 1 мкс соответствует наклону в 1°. Соответственно может быть использована любая кратная 500 мкс величина Т2 (например, 1000 мкс, 2000 мкс и т.д.). Наиболее существенной ошибкой в этом случае является ошибка в определении величины коэффициента шкалы S. Для различных экземпляров датчиков значение S может изменяться от 10%/g до 15%/g, что приводит к ошибке ±8° при наклоне датчика ±40°. Другим источником ошибок является неточность задания Т2. Ошибка задания Т2 в 1% приводит к ошибке в 1% при вычислении угла. Данные ошибки могут быть устранены точным подбором Т2 (для получения отношения 16 мg/мкс) с помощью выражения Т2 = 1 / 0,016 S. Например, при S = 10% получаем Т2 = 1 / (0,10 × 0,016) = 625 мкс. Увеличение Т2 до значения 625 мкс в этом случае устранит ошибки, вносимые коэффициентом шкалы S. Для точного подбора значения величины Т2 рекомендуется использовать схему, приведённую на рис. 4.

Рисунок 3 — Схема подбора значения периода T2

Калибровка датчика

Для вычисления индивидуального для каждого датчика значения коэффициентов Toff и S необходимо проводить его предварительную калибровку. Архитектура ADXL202 такова, что калибровка может проводиться программно с помощью микроконтроллера. Вычисленные коэффициенты необходимо сохранить в энергонезависимой памяти контроллера и использовать в дальнейших вычислениях. Калибровка датчика проводится в два этапа: 1. Датчик располагается параллельно поверхности Земли. Считываются показания датчика, и вычисляется значение Toff. 2. Для калибровки значения S измеряют показания датчика при ускорениях ±1g, чувствительность определяется по двум измерениям. При калибровке ось акселерометра направляют вертикально к Земле. Измеряются показания X1 при 1g, далее датчик поворачивается на 180° и снимаются показания X2 при –1g. Тогда:

Например, пусть при измерениях получено X1 = 55%, X2 = 32%, тогда:

Заключение

Приведённая схема проста в изготовлении и настройке, позволяет проводить программную калибровку датчика, требует минимального количества внешних деталей и позволяет обеспечить точность измерения угла наклона 0,5° в двух плоскостях. Не требовательная к внешним условиям, устойчивая в работе и имеющая малые габариты, она может найти применение в системах ориентации, стабилизации, контроля и управления различных подвижных объектов.

Настройка

Несколько сложнее для пользователя будет провести первичное программирование устройства для его подключения к автомобильной сигнализации:

Датчик наклона автомобиля

Существует широкий перечень систем и механизмов, которые используются в современных автомобилях для обеспечения их безопасности. Потеря машины всегда больно бьёт по бюджету и образу жизни своего владельца, вне зависимости от её причины. Такое устройство, как датчик наклона, входит в список тех устройств, что призваны защитить машину от угона и ряда других нежелательных ситуаций.

Конструкция датчика и принцип работы

Несмотря на разнообразие датчиков наклона, которым изобилуют рынки автомобильных комплектующих, конструкции этих устройств практически идентичны между собой. Внешне их корпус представлен в виде небольшой коробки размерами не более крупной монеты. Внутри этого блока располагается микромеханическая ёмкостная сборка с высоким уровнем чувствительности к акселерации. Там же установлена микросхема, которая занимается обработкой первоначальных сигнальных импульсов и передачей данных микроконтроллеру для преобразования в ШИМ. Помимо этого, в её функции входит термокомпенсация для предотвращения срабатывания сигнализации при резком перепаде температуры окружающей среды.

В состав также входят полупроводниковые материалы в основе конденсаторов, расположенных по осям X, Y и Z, которые позволяют отслеживать уровень ускорения авто. В основе этой схемы лежит использование электродов с подвижной массой, способной свободно сдвигаться с нейтральной позиции при оказании воздействия на кузов машины. Таким образом, как только автомобиль наклоняется под определённым углом, электроды сдвигаются в сторону одного из конденсаторов, повышая его ёмкость. Данное изменение тут же передаётся по одному из трёх выделенных каналов первичным аналоговым сигналом на микросхему, которая производит его дальнейшую обработку.

Одним из обязательных условий работоспособности датчика наклона автомобиля является полная герметичность подвижного элемента, не позволяющая воздействию окружающей среды влиять на него. Нарушения целостности корпуса устройства может привести к нарушению чувствительности подвижного элемента и серьёзно снизить точность фиксации изменений наклона кузова машины.

Зачем нужны датчики наклона

К примеру, существуют специальные приборы, позволяющие определить степень отклонения объекта от своего положения. Такие аппараты принято называть датчиками угла наклона. Их часто применяют при разработке система автоугона. Но что же представляет собой датчик угла наклона, который устанавливается на различные автомобили? На самом деле этот элемент представляет собой сверхчувствительное устройство. Оно активно реагирует на изменение положения тела. Но не просто так, а относительно заранее заданной оси. Соответственно, приспособление позволяет подавать сигнал, если происходит перемещение объекта в пространстве.

Каков же принцип работы такого датчика? На самом деле объяснить механизм функционирования этого устройства очень легко. Если угол наклона или положение объекта меняется, в элемент поступает соответствующий импульс. Он же подает сигнал в центр установки, после чего оповещение отправляется на дистанционное устройство.

Популярные модели

Большинство датчиков наклона не отличаются высокой ценой, потому среди них не составит сложности выбрать ту модель, которая придётся по вкусу. Тем автовладельцам, которые не хотят тратить время на изучение характеристик всех устройств, представленных в магазинах, стоит обратить внимание на несколько признанных фаворитов:

Более дорогие модели датчиков для автомобильных сигнализаций включают в себя дополнительный функционал, вроде возможности удалённого контроля режима работы через смартфон.