ทำความเข้าใจเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

มีวัตถุประสงค์เพื่ออธิบายการทำงานของเซ็นเซอร์อุตสาหกรรมและครัวเรือนทั่วไป "คำแนะนำ" นี้จะสอนวิธีใช้เซ็นเซอร์ที่มีจำหน่ายทั่วไปในเชิงพาณิชย์ในการใช้งานจริงโดยใช้แบบฝึกหัดและการทดลองเชิงปฏิบัติ

บทเรียนนี้จะครอบคลุมสั้น ๆ เกี่ยวกับวงจรที่สามารถรับรู้สิ่งต่อไปนี้:

• การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
• การถูกสัมผัส (การสัมผัสทางผิวหนังแบบ Capacitive)
• ถูกสัมผัส (สวิตช์และปุ่ม)
• การเปลี่ยนแปลงของแสง
• การเปลี่ยนแปลงของเสียง
• การเปลี่ยนแปลงในการเร่งความเร็ว (การเคลื่อนไหวและแรงโน้มถ่วง)

นอกจากนี้ยังครอบคลุมถึงฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่จำเป็น สถานที่ซื้อ / ดาวน์โหลดรายการ วิธีตั้งค่าวงจรสำหรับเอาต์พุตตัวเลข วิธีอ่านเอาต์พุตตัวเลข และภูมิหลังเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเซ็นเซอร์แต่ละตัว

มาเริ่มกันเลย!

ขั้นตอนที่ 1: ทดสอบอย่างละเอียด - การซื้อและดาวน์โหลดสภาพแวดล้อม

คุณจะเห็นตลอดทั้ง Instructable ว่ารายละเอียดของบทเรียนนี้ได้รับการทดสอบอย่างละเอียดโดยวัยรุ่นที่มาเยี่ยมชมมหาวิทยาลัยในท้องถิ่นซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของความสนใจในเมคคาทรอนิกส์ (หุ่นยนต์และการผลิต)

คุกกี้ Oreo มีประโยชน์ แต่ไม่จำเป็น

ชาว Adafruit ผลิตบอร์ดที่เราจะใช้ในวันนี้เรียกว่า "Circuit Playground - Classic" และได้ทดสอบวิธีการใช้งานอุปกรณ์อย่างละเอียดถี่ถ้วนแล้ว คุณสามารถดูบางส่วนเหล่านี้ได้ในหน้า "เรียนรู้" ของพวกเขาที่นี่ ซึ่งค่อนข้างจะติดตามการทดลองในห้องปฏิบัติการที่สอนได้และขั้นตอนย่อยคร่าวๆ นี้ โดยได้รับความอนุเคราะห์จากหน้า "เรียนรู้" ของ Adafruit https://learn.adafruit.com/circuit-playground -และ-บลูทูธ-พลังงานต่ำ

ชิ้นส่วนที่คุณต้องการนั้นเรียบง่าย ราคาไม่แพง และใช้งานง่ายสำหรับผู้ทดลองจากกลุ่มอายุที่หลากหลาย แม้แต่เด็กมัธยมต้น (อาจจะอายุ 12 ปี)

1. ขั้นแรก ซื้ออุปกรณ์อย่างน้อยหนึ่งเครื่องที่นี่: https://www.adafruit.com/product/3000 และอะแดปเตอร์ USB เป็น Micro-B USB เพื่อเชื่อมต่อกับพีซีของคุณที่นี่ https://www.adafruit.com/ สินค้า/898. ค่าใช้จ่ายทั้งหมดต่ำกว่า 40 ดอลลาร์พร้อมค่าจัดส่ง แต่คุณอาจพบว่าถูกกว่า
2. เมื่อคุณซื้อและรับสาย Circuit Playground และ USB ราคาไม่แพง คุณจะต้องเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล (PC) ที่มี Integrated Development Environment (IDE) สำหรับอุปกรณ์ประเภท Arduino
3. ในตัวอย่างนี้ เรากำลังใช้ IDE arduino-1.8.4-windows แต่ตัวอื่นๆ ก็ใช้ได้เช่นกัน อย่าลืมติดตั้งไดรเวอร์ทั้งหมด (ในกรณีนี้ adafruit_drivers_2.0.0.0
4. เมื่อคุณติดตั้ง IDE แล้ว คุณสามารถเปิด IDE ชื่อ "Arduino" ได้
5. ภายใต้ File -> Preferences ให้ใส่ "Additional Board Manager URL" ต่อไปนี้ https://adafruit.github.io/arduino-board-index/pac… จากนั้นให้พูดว่า OK จากนั้นปิดและเปิด IDE อีกครั้ง
6. ตอนนี้เชื่อมต่ออุปกรณ์ Circuit Playground กับ Micro USB ดูว่ามันเปิดเครื่องและรันโปรแกรมเริ่มต้น "Circuit Playground Firmata" โดยแสดงลำดับแสงสีรุ้ง คุณสามารถทดสอบว่าสวิตช์ใกล้กับแจ็คเสียบแบตเตอรี่จะกลับลำดับ และปุ่มใดปุ่มหนึ่งจะเล่นโน้ตสำหรับทุกสี
7. คุณจะต้องรับ Circuit Playground Library จากนั้นเปิดเครื่องรูด Circuit PLAYground Library ลงในเอกสาร -> Arduino -> โฟลเดอร์ไลบรารี "Adafruit_CircuitPlayground-master" เมื่อคลายซิปแล้ว ให้ลบส่วนต่อท้าย "-master" ออกจากชื่อโฟลเดอร์ หยุดและรีสตาร์ท IDE และโหลด Circuit Playground Board Type ภายใต้ Tools -> Boards -> Board Manager จากนั้นค้นหาประเภท "Contributed" และคีย์เวิร์ด "Adafruit AVR" สิ่งนี้จะช่วยให้คุณติดตั้ง "บอร์ด Adafruit AVR" (เวอร์ชันล่าสุด) หลังจากนั้นคุณควรหยุดและรีสตาร์ท IDE
8. ตอนนี้คุณพร้อมที่จะทดสอบ Circuit Playground ด้วยโปรแกรมสาธิตแล้ว เชื่อมต่อกับ Circuit Playground ที่เชื่อมต่อผ่าน USB ไปที่ Tools -> Boards และเลือก Circuit Playground ไปที่เครื่องมือ -> พอร์ต และตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณเลือกพอร์ต COM ที่เหมาะสม (พอร์ตที่เชื่อมต่อกับ USB Blaster) ดาวน์โหลดโปรแกรมสาธิตดังนี้: เลือก: ไฟล์ -> ตัวอย่าง -> Adafruit Circuit PLAYground -> สาธิตแล้วคอมไพล์และอัปโหลด (สามารถใช้ปุ่ม "ลูกศรชี้ขวา" เพื่อทำทั้งหมด)
9. ทดสอบโปรแกรมสาธิตโดยทำตามขั้นตอนเหล่านี้: ดูว่า Circuit Playground กะพริบเป็นลำดับสีรุ้ง เปิดสวิตช์ตัวเลื่อนแล้วดูว่ามีการเล่นโน้ตหรือไม่ (โปรดปิดมันกลับคืนมา มิฉะนั้น มันจะรบกวนทุกคนรอบตัวคุณอย่างแน่นอน) ดูว่า LED ดาวน์โหลดสีแดงกะพริบอัตราการจับเวลา
10. ตอนนี้คุณสามารถสื่อสารกับ Circuit Playground ผ่าน Text Interface คลิกที่ปุ่ม "Serial Monitor" ใน IDE ดูเหมือนแว่นขยายที่มุมขวาบนของหน้าต่างโปรแกรมสาธิต คุณอาจต้องการปิดการเลื่อนอัตโนมัติเพื่อให้ดูดีขึ้น

คุณพร้อมที่จะทดลองและเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ต่างๆ ทั้งหมดแล้ว!

ขั้นตอนที่ 2: ตรวจจับอุณหภูมิ

ดูค่า "อุณหภูมิ" บนเอาต์พุตข้อความของจอภาพอนุกรมของคุณ มันจะมีค่าอุณหภูมิห้องสักแห่งในช่วงทศวรรษที่ 30 ฉันวัดได้ 39.43 องศาเซลเซียส

เทอร์มิสเตอร์ที่ใช้วัดอุณหภูมิแสดงอยู่ในภาพ มันคือเซ็นเซอร์ A0 และมีกราฟิกของเทอร์โมมิเตอร์อยู่ข้างๆ

ค่อยๆ วางนิ้วหัวแม่มือไว้เหนือเซ็นเซอร์อุณหภูมิและบันทึกว่าต้องใช้เวลากี่วินาทีกว่าจะถึงอุณหภูมิสูงสุด จดบันทึกสิ่งนี้รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

เพื่อให้ได้อุณหภูมินิ้วสูงสุด ใช้เวลา _ วินาที

อุณหภูมิสูงสุดที่มันมาถึงในที่สุดคืออะไร? _ ค

ค่านี้ในฟาเรนไฮต์คืออะไร? _ F. คำแนะนำ: F = (C * 1.8) + 32

อุณหภูมินี้อุ่นหรือเย็นกว่าอุณหภูมิร่างกายปกติหรือไม่? _

การใช้เทอร์โมมิเตอร์นี้กับนิ้วโป้งของใครบางคนจะเป็นตัวบ่งชี้ไข้ที่ดีเพื่อบอกว่าพวกเขาป่วยหรือไม่?

ทำไม? _

เทอร์มิสเตอร์เป็นตัวต้านทานชนิดพิเศษที่เปลี่ยนความต้านทานตามอุณหภูมิ ภาพหนึ่งในขั้นตอนนี้แสดงแผนภาพวงจรเทอร์มิสเตอร์ทั่วไป ·

ในวงจรที่แสดง ค่าที่อ่านได้จากโวลต์มิเตอร์คืออะไร? _ ข้อแนะนำ: ใช้กฎตัวแบ่งแรงดัน Vout = (5V * R1 Ohms) / (R1 Ohms + Thermistor Ohms)

หากเทอร์มิสเตอร์มีอัตรา "การเปลี่ยนแปลงความต้านทาน 1.5% ต่อองศา C" - ความต้านทานของเทอร์มิสเตอร์จะเป็นอย่างไรหากอุณหภูมิสูงถึง 30 องศาเซลเซียส? _ คำแนะนำ: เนื่องจากเป็นการเปลี่ยนแปลง 5 องศา และแต่ละองศาจะเปลี่ยนความต้านทาน 1.5% เราจึงได้เทอร์มิสเตอร์โอห์ม = (5 * 0.015) + 10,000 โอห์ม

ที่อุณหภูมิ 32 องศาเซลเซียส ค่าที่อ่านได้จากโวลต์มิเตอร์คืออะไร? _ คำใบ้: ตอนนี้การเปลี่ยนแปลงคือ 7 องศา

เซ็นเซอร์อุณหภูมิสามารถใช้ในประเภทของการผลิตได้ที่ไหน?

ขั้นตอนที่ 3: เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ Capacitive

ภาพถ่ายแสดงให้เห็นว่าขั้วต่อใด (หรือ “แผ่นอิเล็กโทรด”) ที่ใช้ตรวจจับการสัมผัสได้ พวกเขาเรียกว่าเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive เนื่องจากใช้ร่างกายมนุษย์เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่าตัวเก็บประจุ

เพื่อความปลอดภัย เราต้องการให้กระแสไฟฟ้าต่ำมาก ด้วยเหตุผลนี้ การเชื่อมต่อภายนอกทั้งหมดไปยังแพดผ่านตัวต้านทาน 1 เมกะโอห์มไปยังพื้นที่ส่วนกลาง (พิน #30 ของชิป) ดังนั้นความต้านทานรวมระหว่างแพดสองแผ่นคือ 2 เมกะโอห์ม

• หากแรงดันไฟสูงสุดระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดสองแผ่นคือ 5 โวลต์ และความต้านทานเท่ากับ 2 เมกะโอห์ม กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านระหว่างแผ่นอิเล็กโทรดสองแผ่นจะเป็นเท่าใดหากเกิดการลัดวงจร _ (ห้ามลัดวงจร)
• "Capsense" คือตัวเลขที่แสดงโดยส่วนต่อประสานข้อความ ในกรณีใดตัวเลขจะมากกว่า เมื่อสัมผัสเซ็นเซอร์ หรือเมื่อไม่ได้สัมผัส _
• บันทึกตัวอย่างตัวเลขบางส่วนเมื่อไม่ได้สัมผัสเซ็นเซอร์: _
• บันทึกตัวอย่างตัวเลขบางส่วนเมื่อสัมผัสเซ็นเซอร์: _
• คุณสังเกตเห็นความแตกต่างอะไรเมื่อสัมผัสเซ็นเซอร์หลายตัวพร้อมกัน? _
• จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณถือของที่เป็นโลหะและสัมผัสเซ็นเซอร์ด้วยสิ่งนั้น _
• จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณถือสิ่งของที่ไม่ใช่โลหะและสัมผัสเซ็นเซอร์ด้วยสิ่งนั้น _
• เนื่องจากเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว จึงมีความทนทานต่อการสั่นสะเทือนมาก นอกจากนี้ยังสามารถเคลือบด้วยสารเคลือบกันน้ำได้อีกด้วย เหตุใดทั้งสองด้านจึงอาจมีประโยชน์ในสภาพแวดล้อมการผลิต _

ขั้นตอนที่ 4: ปุ่มแบบดั้งเดิมและสวิตช์ตัวเลื่อน

ปุ่มกดและสวิตช์ดูเรียบง่ายและ "ทุกวัน" ที่เรามองข้ามไปเมื่อนำมาใช้เป็นเซ็นเซอร์ แป้นพิมพ์เป็นตัวอย่างที่ดี เมื่อเราต้องการพิมพ์อย่างรวดเร็ว ให้มีการกดแป้นที่ "ผิด" เพียงไม่กี่ครั้ง และมีอายุการใช้งานยาวนานหลายปี – สวิตช์เชิงกล (หนึ่งตัวอยู่ใต้ปุ่มบนแป้นพิมพ์ทุกปุ่ม) เป็นวิธีที่จะไป

วงจรที่เราใช้อยู่ในปัจจุบันมีสวิตช์ "ไม่ต่อเนื่อง" สามปุ่ม ซึ่งหมายความว่าปุ่มที่คุณปล่อยปุ่มจะเด้งกลับไปที่ตำแหน่งเดิม (ด้วยกลไกสปริงโหลด) วงจรยังมีเซ็นเซอร์สำหรับสวิตช์สไลด์สองตำแหน่งโดยเฉพาะ อาจต้องใช้ความพยายามบ้างในการเลื่อน แต่อย่าทำลายกระดานที่พยายามทำเช่นนั้น เลื่อนไปด้านข้างให้แน่นกว่าที่คุณกดลง เซนเซอร์ชนิดนี้มีความเสถียรมาก เสถียรหมายความว่าเมื่อคุณเลื่อนไปที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งคุณสามารถคาดหวังอย่างเต็มที่ว่าจะสามารถเดินออกไปและกลับมาอีกครั้งในภายหลังและคาดว่ามันจะยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิมแม้ว่าจะอยู่บนพื้นผิวที่สั่นสะเทือน ฯลฯ

คุณเคยเห็นสวิตช์แบบสไลด์ในการผลิตหรือแม้แต่บ้านของคุณที่ไหน?

_

ดูข้อความที่ส่งออกและค้นหาข้อมูลเซ็นเซอร์ ในกรณีนี้ เซนเซอร์อาจไม่แสดงผลตัวเลขแต่เป็นอย่างอื่น

สวิตช์ "สไลด์" ควรระบุตำแหน่ง เซ็นเซอร์ "สไลด์" ใช้ค่าใดในสองตำแหน่ง

_

มีอย่างอื่นเกิดขึ้นในตำแหน่งสไลด์หนึ่งในสองตำแหน่ง นั่นคืออะไร?

_

ป.ล. เพื่อเป็นการเอื้อเฟื้อต่อทุกคน โปรดเลื่อนสวิตช์ไปที่ตำแหน่ง "น่ารำคาญน้อยกว่า" ทันทีที่คุณอ่านส่วนนี้เสร็จ

ขั้นตอนที่ 5: เซ็นเซอร์วัดแสง

เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์อุณหภูมิ วงจรเซ็นเซอร์วัดแสงบนบอร์ด "สนามเด็กเล่น" ใช้วงจรแบ่งแรงดันไฟฟ้า โดยที่ไฟ 5 โวลต์ที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์จะถูกสับเป็นสองส่วน โดยใช้เซ็นเซอร์และตัวต้านทานค่าคงที่ เซนเซอร์แสงจะใช้ "โฟโต้ทรานซิสเตอร์" แทน "เทอร์มิสเตอร์" ซึ่งจะเปลี่ยนความต้านทานตามปริมาณแสงที่กระทบ คุณสามารถเห็นโฟโต้ทรานซิสเตอร์ “A5” ถัดจากกราฟิคของดวงตาบนแผงวงจร

หากเซ็นเซอร์วัดแสงชี้ไปที่เพดานห้อง (ไปทางไฟ) ค่าของ “Light Sensor” ควรเป็นหลักร้อย

คุณสังเกตค่า "Light Sensor" อย่างไรเมื่อ "ตา" ชี้ไปที่เพดานห้อง?

_

แล้วถ้าคุณชี้ "ตา" ไปที่พื้น คุณสังเกตเลขอะไร? _

แล้วถ้าคุณชี้ "ตา" ในมุมต่างๆ ระหว่างเพดานกับพื้นล่ะ? – อธิบายสิ่งที่คุณสังเกตเห็น รวมถึงค่าของตัวเลขที่คุณสังเกต และสิ่งที่คุณทำเพื่อให้ได้ตัวเลขเหล่านั้น _

แล้วถ้าคุณชี้เซ็นเซอร์ไปที่ผ้าสีเข้ม (แต่ไม่สัมผัส) คุณสังเกตเป็นตัวเลขอะไร _

ใช้นิ้วปิด (เซ็นเซอร์ใกล้ "ตา") เพื่อลดตัวเลขลง ทำมัน? _

โปรดทราบว่านิ้วของคุณเป็นแบบกึ่งโปร่งใส ดังนั้นไฟที่สว่างของ LED ที่เรืองแสงสามารถส่องผ่านนิ้วของคุณได้ คุณสามารถใช้อะไรอีกเพื่อปกปิดเซ็นเซอร์เพื่อให้ได้ตัวเลขที่ต่ำกว่า _

เซ็นเซอร์วัดแสงอาจค่อนข้างจู้จี้จุกจิก – ไม่ได้ให้การอ่านที่แน่นอนตามที่คุณคาดหวังเสมอไป และขึ้นอยู่กับการสะท้อนแสง ความโปร่งใส มุมของแสง และความสว่างของแสงเป็นอย่างมาก ระบบการมองเห็นของการผลิตพยายามที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดเหล่านี้โดยการควบคุมตัวแปรเหล่านี้อย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น เครื่องสแกนบาร์โค้ดอาจใช้แถบเลเซอร์สีเดียวที่เน้นความสว่างเพื่อลดผลกระทบของแสงในห้อง ในอีกตัวอย่างหนึ่ง สายพานลำเลียงกล่องนมใช้เซ็นเซอร์วัดแสงแบบ "ประตูโรงรถ" โดยจะนับกล่องนมโดยการนับจำนวนครั้งที่แสงผ่านเข้ามาระหว่างกันได้

ให้ตัวอย่างที่แตกต่างจากการผลิต บ้าน หรือธุรกิจที่มีการควบคุมตัวแปรแสงบางส่วนเหล่านี้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์เซ็นเซอร์แสงที่ดีขึ้น (นอกเหนือจากตัวอย่างที่ฉันได้กล่าวไปแล้วในที่นี้):

ขั้นตอนที่ 6: เซ็นเซอร์เสียง

เซนเซอร์เสียงใน "สนามเด็กเล่นวงจร" เป็นระบบไมโครอิเล็กโทรเครื่องกล (MEMS) ที่ค่อนข้างซับซ้อน ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถใช้เพื่อตรวจจับระดับเสียงเท่านั้น แต่ยังสามารถวิเคราะห์ความถี่พื้นฐานได้อีกด้วย คุณอาจเคยเห็นเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแสดงอยู่ในสตูดิโอเพลงหรือแอปเครื่องเล่นเพลง ซึ่งดูเหมือนกราฟแท่งที่มีโน้ตต่ำทางด้านซ้ายและโน้ตที่สูงกว่าทางด้านขวา (เช่นเดียวกับการแสดงอีควอไลเซอร์แบบกราฟิก)

ค่าที่แสดงบนการอ่านข้อความนั้นแท้จริงแล้วคือรูปคลื่นเสียงดิบ เราจะต้องเพิ่มค่าเมื่อเวลาผ่านไปเพื่อค้นหาพลังทั้งหมดของเสียง (ระดับความดังของเสียง)

อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ MEMS นี้สามารถใช้เพื่อกระตุ้นการทำงานของหุ่นยนต์หรืออุปกรณ์อื่นๆ เมื่อมีเสียง หรือเมื่อได้ยินเสียงตามลำดับเฉพาะ นอกจากนี้ MEMS มีขนาดเล็กมาก (เป็นอุปกรณ์ที่อยู่ใต้รูเล็กๆ บนกล่องโลหะ ถัดจากกราฟิก "หู" บนบอร์ด) และใช้พลังงานต่ำ การรวมกันนี้ทำให้อุปกรณ์ MEMS มีประโยชน์อย่างมากสำหรับการตรวจจับเสียง ชีวการแพทย์ ไมโครฟลูอิด เครื่องมือผ่าตัดขนาดเล็ก เซ็นเซอร์วัดการไหลของก๊าซและสารเคมี และอื่นๆ

เนื่องจากเอาต์พุตคือรูปคลื่นเสียง (และไม่ใช่ระดับกำลัง) คุณจะเห็นช่วงค่าน้อยลงเมื่อสิ่งต่าง ๆ เงียบ (~330 เป็นช่วงกลางสำหรับห้องที่เงียบสนิท) และวงสวิงที่กว้างขึ้นสำหรับเสียงดัง (0 ถึง 800 หรือมากกว่านั้น).

บันทึกค่า “เซ็นเซอร์เสียง” เมื่อมีเสียงพื้นหลังของห้องเท่านั้น ค่าอะไรที่คุณสังเกต? จากการ _

คุณสังเกตค่าอะไรถ้าคุณพูดด้วยน้ำเสียงปกติ - ห่างจากเซ็นเซอร์ประมาณ 2 ฟุต? จากการ _

คุณได้รับช่วงค่าที่สูงขึ้นโดยการพูดหรือดีดนิ้ว (หรือปรบมือ) ซ้ำๆ หรือไม่?

ใช่หรือไม่ใช่: _ ความโกรธสำหรับการปรบมือ/สแนปจาก _ ถึง _

ทำไมคุณคิดว่าเป็น? _

ลองใช้เสียงประเภทอื่นและบันทึกสิ่งที่คุณสังเกตเห็น – แต่โปรดอย่าแตะบนกระดาน: _

ป.ล. MEMS ทำงานได้ทั้งสองทิศทาง และสามารถใช้ไฟฟ้าในการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนเครื่องจักรกลขนาดเล็กได้ บริษัทที่ชื่อว่า “Audio Pixels” กำลังทำงานเพื่อจัดกลุ่มอุปกรณ์เหล่านี้เข้าด้วยกันเพื่อสร้างลำโพงขนาดเล็กที่แบนราบอย่างสมบูรณ์ซึ่งสามารถชี้เสียงไปในทิศทางใดก็ได้

ขั้นตอนที่ 7: มาตรความเร่ง

มาตรความเร่งยังเป็นประเภทของ MEMS และอุปกรณ์เหล่านี้มีให้ในบอร์ด "สนามเด็กเล่น" ชิป LIS3DH ซึ่งอยู่ใกล้กับกึ่งกลางของบอร์ดถัดจากกราฟิก XYZ ให้ความสามารถในการวัดความเร่งในทุกทิศทางเป็นผลรวมเวกเตอร์ของการเร่งความเร็วในทิศทาง X, Y และ Z

เนื่องจากแรงโน้มถ่วงนั้นเหมือนกับแรงที่สัมผัสได้จากการเร่งความเร็ว (ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์) แม้ในขณะที่ยืนอยู่บนโลกใบนี้ อุปกรณ์วัดความเร่ง 9.8 เมตรต่อวินาทีต่อวินาที (9.8 m/s2)

คุณสามารถหมุนอุปกรณ์เพื่อให้ได้แรงทั้งหมดในทิศทาง "X"

พยายามเอียงอุปกรณ์เพื่อให้อัตราเร่งทั้งหมดอยู่ในทิศทาง X (โปรดใช้สาย USB แบบสั้นเมื่อบิดสิ่งต่างๆ ไปรอบๆ) คุณสังเกตเห็นค่าอะไร X: _ Y: _ Z: _

ตอนนี้เอียงอุปกรณ์เพื่อรับแรงโน้มถ่วงเกือบทั้งหมด (ความเร่ง) ในทิศทาง Y คุณสังเกตเห็นค่าอะไร X: _ Y: _ Z: _

สุดท้าย วางตำแหน่งอุปกรณ์เพื่อให้ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงถูกแบ่งระหว่างทิศทาง X และ Y และเกือบ 0 ในทิศทาง Z (อยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่างสองตำแหน่งก่อนหน้า) คุณสังเกตเห็นค่าอะไร X: _ Y: _ Z: _

ใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัสเพื่อเพิ่มเวกเตอร์ X และ Y ของการเร่งความเร็วจากการวัดครั้งก่อน คุณสามารถเพิกเฉยเครื่องหมายลบได้ หมายความว่าอุปกรณ์นั้นกลับหัวไปในทิศทางนั้น อัตราเร่งรวมเท่าไร? _ จำได้ว่าความเร่งรวม = √(X2 + Y2)

ทดลองในครั้งต่อไปก็ต่อเมื่อคุณเป็นสามมิติ! เอียงอุปกรณ์เพื่อให้ความเร่งจากแรงโน้มถ่วงถูกแบ่งระหว่างทิศทาง X, Y และ Z คุณสังเกตค่าอะไร

X: _ Y: _ Z: _ อัตราเร่งทั้งหมด = _

อย่างที่คุณเห็น คุณสามารถใช้มาตรความเร่ง (ด้วยแรงโน้มถ่วง) เพื่อวัดความเอียงหรือตำแหน่งของบอร์ดได้ หากคุณกำลังสร้างแขนหุ่นยนต์ด้วยกริปเปอร์ คุณจะวางเซ็นเซอร์มาตรความเร่งไว้ที่ใด และเพราะเหตุใด _

นอกจากความเอียงและทิศทางของจุดศูนย์กลางโลกแล้ว มาตรความเร่งยังสามารถวัดความเร่งได้อย่างเป็นธรรมชาติ ค่อยๆ ขยับบอร์ดไปมา (โปรดใช้สาย USB แบบสั้นเมื่อบิดสิ่งต่างๆ ไปมา) คุณสังเกตเห็นค่าอะไร

ทิศทางที่ย้าย: _ X: _ Y: _ Z: _

ย้ายทิศทาง: _ X: _ Y: _ Z: _

ขั้นตอนที่ 8: คุณทำเสร็จแล้ว

ขอแสดงความยินดีที่ทำตามขั้นตอนเหล่านี้ทั้งหมดและทำความเข้าใจเกี่ยวกับเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์!

แสดงความคิดเห็นเพื่อส่งคำติชมถึงฉันเกี่ยวกับสิ่งที่คุณคิดว่าควรปรับปรุง และแจ้งให้เราทราบด้วยหากคุณได้ใช้เซ็นเซอร์เพิ่มเติมของ Circuit Playground Classic!

Paul Nussbaum ปริญญาเอก