MEMS meranie s A/D prevodníkom

Note: v.2025

Potenciometrické snímače

Senzor z predošlého cvičenia pripojte k A/D prevodníku mikropočítača a pomocou programu nižšie zmerajte prevodovú charakteristiku celého meracieho člena.
Namerané hodnoty pri oboch polohách prepínača (B aj A) vyhodnoťte podľa STN EN 60 770.
Aktuálnu zmeranú hodnotu zobrazte na miestnom LED displeji.

Meranie charakteristiky senzora mikroprocesorom s A/D prevodníkom

Azda najjednoduchší program na meranie je tento

#define mySensor 4                  // 4: potenciometer

  int adcValue;
float outputValue;

void setup()
{                              
 Serial.begin(57600);               // typicke rychlosti su  9600 alebo 57600
}
 
void loop()
{
  adcValue = analogRead(mySensor);  // read ADC value
  
  outputValue = adcValue;           // information processing (if necessary)
  
  Serial.println(outputValue);      // prints result over serial

 delay(500);                        // delay in milliseconds
}

Funkcia analogRead() zavolá A/D prevodník integrovaný na čipe, ktorý prevedie vstupné napätie v rozsahu 0 - 5 V na celé číslo v rozsahu 0 - 1023 (zodpovedajúce 10-bitovému prevodníku). Ak chceme zobraziť hodnotu napätia a nie číslo z prevodníka, zmeníme kód na riadku 15 napr. nasledovne:

 outputValue = adcValue * 5 / 1023;

Funkcia Serial.println() potom vyšle výsledné číslo po sériovej linke do PC, kde si ich odchytíme v terminálovom okne. Pozor, prenosová rýchlosť v termináli musí byť zhodná s tou, ktorú sme nastavili funkciou Serial.begin, t.j. 57 600 Baud.

Uvedený kód môžeme ďalej vylepšovať - napríklad odstránime časť šumu na vstupe tak, že meranie spravíme viackrát a spriemerujeme. Napríklad takto:

 /* odmeraj N (64) hodnot a vypocitaj priemer */
  outputValue = 0;
    for ( int i=1; i<=64; i++) 
      outputValue += analogRead(mySensor);
  outputValue = outputValue / 64;

Hint: viete, prečo je lepšie počítať priemer zo 16, 32 alebo 64 hodnôt a nie z 10 alebo 100?

Ďalšie zlepšenie by mohlo byť pridanie indikácie pripravenosti na meranie LED diódou a spustenie samotného merania tlačidlom (je pripojené na A5, resp. D19)

/* Zadefinovanie tlacitka */
#define PUSHBUTTON 19


/* Do casti setup() treba pridat konfiguraciu a uvodny vypis */
  
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(PUSHBUTTON, INPUT_PULLUP);

  Serial.println("*** MISA measurement (press Red PB to start): ***\n\n");


/* Do casti loop(), ktora sa opakuje pridame indikaciu LED a cakanie na tlacitko */

  digitalWrite(LED_BUILTIN,HIGH);            // Led ON = Ready

  while ( digitalRead(PUSHBUTTON)== 1)       // Wait for press
        {    /* just wait here */    }
  
  digitalWrite(LED_BUILTIN,LOW);             // Led OFF = Measuring...

  /* a tu uz nasleduje meranie a odoslanie hodnoty */

Zobrazenie hodnoty na LED displeji

Postupujte podľa návodu MEMS displej LED a zobrazte na displeji hodnotu meranej veličiny. Pre prepínač v polohe B by to mohla byť viac-menej priamo hodnota na stupnici potenciometra.

Rozličné informácie zobrazené na displeji.

Grafické priebehy na PC (Serial Plotter)

Serial Plotter je trocha sofistikovanejší program ako Terminal, jeho úlohou je zakresliť graficky všetky prijaté informácie. Každý prijatý riadok predstavuje jeden bod na diagrame. Správne časovanie musíte zabezpečiť sami, program nepridáva časové značky k prijatým dátam. Neposielajte hodnoty príliš často, aby sa nepreplnil vstupný buffer.

Nepovinná časť (kliknutím rozbaliť / zbaliť)

Ak chcete zakresliť časový priebeh signálu zo snímača, najjednoduchšie je posielať priamo čísla v ASCII formáte, pričom ich môže byť aj viac, oddelených čiarkami - každé sa zobrazí inou farbou. Každá jedna takáto n-tica hodnôt musí končíť znakom pre nový riadok (CR+LF). Ak budete používať Arduino, tak príkazmi Serial.Write posielajte čísla a čiarky, ak chcete riadok ukončiť, použijete Serial.prinln(), napríklad takto:

  Serial.print(counter++);
  Serial.print(",");
  Serial.println(sensorValue);

alebo aj takto:

  char buffer[20];                     // Used for sprintf
  sprintf(buffer, "%d,%d,%d",adcValue1, adcValue2, adcValue3);  
  Serial.println(buffer);              // Send the value using serial to PC

Pre micro:bit v knižnici Serial použite bloky Serial Write Number pre čísla, Serial Write String pre čiarky a Serial Write Line pre ukončenie riadka.

Úlohy

Úlohy, ktoré treba odovzdať:

Graf 1: prevodové charakteristiky B aj A
Chyby podľa EN 60 770
- Nepresnosť
- Meraná chyba
- Nelinearita
- Hysteréza
- Neopakovateľnosť
Graf 2: chybové krivky

Návrat na zoznam cvičení...