Измерение физических величин с помощью датчиков LEGO Mind

Измерение физических величин с помощью датчиков LEGO Mind. Storms и микроконтроллера Arduino Климин Никита 7 A класс МБОУ СОШ № 7 г. Бирск 16 января 2014 Руководители: Дулова И. Е. , Климин А. С. г. Бирск 1

Цель и задачи Цель n Изучение способов измерения физических величин с помощью Arduino и LEGO Mind. Storms Задачи Изучить понятия физической величины и способы её измерения n Измерить некоторые физические величины с помощью LEGO Mind. Storms EV 3 и Arduino UNO n 16 января 2014 г. Бирск 2

Введение n Физическая величина — физическое свойство материального объекта, физического явления, процесса, которое может быть охарактеризовано количественно. 16 января 2014 г. Бирск 3

Основные физические величины Длина § Масса § Время § Сила тока § Температура § Количество вещества § Сила света § Производные физические величины § Площадь § Скорость § Объем и другие. 16 января 2014 г. Бирск 4

Измерение физической величины — совокупность операций для определения отношения одной (измеряемой) величины к другой однородной величине, принятой за единицу, хранящуюся в техническом средстве (средстве измерений). 16 января 2014 г. Бирск 5

Средство измерения Средство измерений — техническое средство, предназначенное для измерений, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины. 16 января 2014 г. Бирск 6

Погрешность измерения — оценка отклонения измеренного значения величины от её истинного значения. Погрешность измерения является характеристикой (мерой) точности измерения. Виды погрешности • Абсолютная погрешность • Относительная погрешность • Приведенная погрешность 16 января 2014 г. Бирск 7

Arduino UNO 14 цифровых входов n 6 аналоговых входов n 16 января 2014 г. Бирск 8

Ультразвуковой датчик n n n Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR 04 16 января 2014 г. Бирск Диапазон измерения расстояния: 2– 400 см Точность измерения: 3 мм Эффективный угол измерения: 15 градусов 9

Принцип работы HC-SR 04 Сенсор излучает короткий ультразвуковой импульс, который отражается от объекта и принимается сенсором. Измеренное расстояние до объекта пропорционально ширине эха: S=F/58 где: S - дистанция в сантиметрах, F - длина импульса в микросекундах 16 января 2014 г. Бирск 10

Датчик температуры и влажности n n Датчик температуры и влажности DHT 11 16 января 2014 г. Бирск n Определение влажности: 20 -80% (точность 5%) Определение температуры: 0 -50°C (точность 2%) Частота опроса: не более 1 Гц 11

Датчик давления n n 1 г. Па (гектопаскаль)=100 Па (паскалей) Датчик давления BMP 085 16 января 2014 Диапазон измерений: 300… 1100 г. Па (+9000…-500 м над уровнем моря) Точность измерения: ± 2. 5 г. Па г. Бирск 12

Датчик Холла (магнитного поля) n 16 января 2014 г. Бирск Определение уровня магнитного поля 13

Датчик движения HC-SR 501 n n Дальность обнаружения: до 7 метров Регулировка чувствительности и времени срабатывания Датчик движения HC-SR 501 с линзой Френеля 16 января 2014 г. Бирск 14

LEGO Mindstorms EV 3 Интеллектуальный программируемый блок § Операционная система — Linux § Процессор — ARM 9 § FLASH память — 16 Мб § Оперативная память — 64 Мб § Слот расширения SD § USB 2. 0 § 4 порта на вход § 4 порта на выход § Динамик 16 января 2014 г. Бирск 15

Инфракрасный датчик Ловит сигнал на расстоянии до 2 м Используется для получения команд на расстоянии Может находить источник ИК сигнала 16 января 2014 г. Бирск 16

Ультразвуковой датчик Измеряет дистанцию от 1 до 250 см Точность: ± 1 см 16 января 2014 г. Бирск 17

Датчик цвета (освещенности) Распознает шесть цветов, а так же отсутствие цвета. Может быть использован в качестве датчика освещенности, путем определения интенсивности света. Частота сканирования 1 к. Гц. 16 января 2014 г. Бирск 18

Датчик касания (кнопка) Определяет, нажата его кнопка или нет, а также способен определить количество нажатий, как одиночных, так и множественных. 16 января 2014 г. Бирск 19

Гироскопический датчик В режиме измерения угла измеряет с точностью ± 3 градуса В режиме гироскопа измеряет до 440 градусов в секунду Частота сканирования 1 к. Гц 16 января 2014 г. Бирск 20

Большой серводвигатель 160 -170 об/мин Крутящий момент 20 Н/см Датчики оборота (точность 1 градус) 16 января 2014 г. Бирск 21

Средний серводвигатель 240 -250 об/мин Крутящий момент 8 Н/см Датчики оборота (точность 1 градус) 16 января 2014 г. Бирск 22

Практическая часть n Веб-сервер на основе Arduino UNO + Ethernet Shield с датчиками: ¨ Датчик температуры ¨ ¨ ¨ Датчик влажности Ультразвуковой датчик Датчик дождя Датчик влажности почвы Датчик Холла Датчик движения 16 января 2014 г. Бирск 23

Внешний вид схемы 16 января 2014 г. Бирск 24

Плата Arduino UNO + Ethernet 16 января 2014 г. Бирск 25

Датчики 16 января 2014 г. Бирск 26

Отображение результатов 16 января 2014 г. Бирск 27

LEGO Mind. Storms EV 3 16 января 2014 г. Бирск 28

Выводы n n n Физические величины можно измерять различными способами Существуют различные электронные датчики, с помощью которых можно измерять различные физические величины Каждый датчик имеет свой диапазон измеряемых значений и погрешность. 16 января 2014 г. Бирск 29

Литература n n Климин Н. А. , Исследование принципов механики на примере конструктора LEGO, 2013, Совенок-2013 Исследование как метод познания, Часть II, с. 212213 Michael Gasperi, Philippe Hurbain, Building Robots with LEGO MINDSTORMS, 2007. – 295 p. Соммер У. , Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino, – СПб, БХВ-Петербург, 2012, — 256 с. ил. Monk S. , 30 Arduino projects for the evil genius, — Mc. Grow Hill, 2010, 191 p. 16 января 2014 г. Бирск 30

Спасибо за внимание! 16 января 2014 г. Бирск 31