MEMS cvičenie 2: Rozdiel medzi revíziami

Verzia z 13:26, 2. marec 2020

Poznamky 2020: https://www.qsl.net/om3cph/sw/pot.html https://electronics.stackexchange.com/questions/231522/improving-the-linearity-of-a-potentiometer-after-loading http://www.geofex.com/article_folders/potsecrets/potscret.htm

Potenciometrické snímače

Poskladajte si odporový senzor polohy so stupnicou.
Zmerajte prevodovú charakteristiku odporového senzora polohy pomocou ohmmetra.
Senzor pripojte k A/D prevodníku mikropočítača a pomocou programu nižšie zmerajte prevodovú charakteristiku celého meracieho člena.
Prevodovú charakteristiku zlinearizujte a doložte úspešnosť porovnaním metrologických parametrov.

Príklad na pripojenie analógového senzora: http://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php/Acrob007
Riadiaca doska Acrob http://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php/Acrob
Technická dokumentácia http://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php/Acrob_technical_description
Arduino homepage https://www.arduino.cc/

#define positionSensor 5       // define your pin here

int adcValue;
float outputValue;

void setup()
{
 Serial.begin(9600);           // typical values are 9600 or 115200
}
 
void loop()
{
 adcValue = analogRead(positionSensor); // read ADC value

 /*  =======  replace this section with your code ===== */

 outputValue = adcValue;       

 /*  ================================================== */

 Serial.println( outputValue );  // prints value over serial

 delay(100);                     // delay in milliseconds

}

Pripojenie LED a LCD displeja a lokálne zobrazenie meranej veličiny

V tejto časti cvičenia zobrazíme meranú veličinu na miestnom LCD displeji mikropočítača.

Programovateľný LCD displej

LCD zobrazovač. Klávesnica.
Obšírnejšie informácie o displejoch (prednáška z predmetu MMP)

LCD Modul

Vlastnosti:

2x8 LCD Displej bez podsvetlenia
4 Tlačítka
Trimer na zmenu kontrastu

Technické parametre:

Napájanie: 5 V @ 15 mA
Pripojenie: 4-Bit parallel interface (Hitachi HD44780 compatible)
Rozmery: 60 x 50 x 20 mm
Pracovná teplota: 0 až +70 °C

Najprv sa snažte pochopiť, ako je vytvorený vzorový program, ako sa konfiguruje pripojenie LCD k portom, skontrolujte konfiguráciu. Potom modifikujte program z predošlého cvičenia tak, aby sa meraná hodnota polohy potenciometra zobrazila na displeji. Zobrazte aj inžinierske jednotky.

Literatúra

Katalógové listy
- Radič Hitachi HD44780
- Displej 2x16 DEM 16216 SYH-LY
- Displej 2x16 DEM 20231 SYH-PY
- 2x16 Parallel LCD datasheet
- Podrobné manuály sú aj u výrobcu Hantronix.

Peter Ouwehand: How to control a HD44780-based Character-LCD
Ian Harries: HD44780-Based LCD Modules'
Tomáš Dresler: Inteligentní displeje a jejich připojení k PC. [hw.cz]
Nuts & Volts: Demystifying Character Based LCDs
Stamp Works - pp. 73 and more [1]

Arduino

Nasledovný príklad je pre Arduino.

Pozn.: Ak budete vypisovať najprv štvorciferné číslo a potom trojciferné, nezabudnite to štvorciferné najprv vymazať, inak vám tam posledná cifra bude "visieť". Vymazať sa dá napríklad takto:

  //        12345678
 lcd.print("        ");

LCD Library

/*
  LiquidCrystal Library - Hello World
 
 Demonstrates the use a 8x2 LCD display.  
 
   The circuit:
 * LCD RS pin to digital pin 3
 * LCD R/W pin to digital pin 2
 * LCD Enable pin to digital pin 1
 * LCD D4 pin to digital pin 4
 * LCD D5 pin to digital pin 5
 * LCD D6 pin to digital pin 6
 * LCD D7 pin to digital pin 7                    
 */

#include <LiquidCrystal.h>           // include the library 

// initialize the library with the numbers of the interface pins
//  LiquidCrystal(RS, RW, EN, D4, D5, D6, D7) 
LiquidCrystal lcd( 3,  2,  1,  4,  5,  6,  7);

void setup() {
  // set up the LCD's number of columns and rows: 
  lcd.begin(8, 2);
  // Print a message to the LCD.
  lcd.print("Ahoj!");
}

void loop() {
  // set the cursor to column 0, line 1
  // (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // print the number of seconds since reset:
  lcd.print(millis()/1000);
  // print the status of buttons:
  lcd.setCursor(6, 0);
  lcd.print(ReadButtons(),HEX);
  
}


/* ------------------------------------------------------- */
/*  Read and debounce the LCD AppMod buttons               */
/*                                                         */
/*  Returns 0 if nothing  is pressed                       */
/*  Returns 1 if button A is pressed                       */
/*  Returns 2 if button B is pressed                       */
/*  Returns 4 if button C is pressed                       */
/*  Returns 8 if button D is pressed                       */
/*  Returns combination if more is pressed (e.g. 6 for B+C)*/
/*                                                         */
/* ------------------------------------------------------- */

unsigned char ReadButtons()
{
  DDRD  = 0b00001110;                // make LCD bus inputs
  unsigned char state = 0xFF;           // assume nothing pressed
  
  for(int scan = 1; scan<=10; scan++)
  {
   state = state & ((PIND&0xF0)>>4); // make sure button held
   delay(5);                     // debounce 10 x 5 ms
  }

  DDRD  = 0b11111110;				 // return bus to outputs
  
  return(state);
}

Misc:

Prečo je takto napísaná a ako vlastne funguje lepšie zistíte, keď si preštudujete schému zapojenia:

Sedemsegmentový 4-miestny LED displej

4-miestny 7-segmentový displej
- Product page http://www.gme.sk/hd-m324rd-p512-924
- Datasheet http://www.gme.sk/img/cache/doc/512/924/hd-m324rd-datasheet-1.pdf
- Animácia k 7seg displeju: http://www.uize.com/examples/seven-segment-display.html

Programovanie

Z tejto časti nemusíte mať obavy, programovanie je jednoduché a budeme využívať existujúce programy s knižnicami, ktoré si len zľahka modifikujete pre svoje potreby.

Programovací jazyk aj prostredie: Arduino
Knižnica SevSeg: https://github.com/sparkfun/SevSeg

Ukážkové programy:

#include <SevSeg.h>

SevSeg MyDisp; //Instantiate a seven segment controller object

void setup()
{
  byte numDigits = 4;   
  byte digitPins[] = {2, 3, 4, 5};                    // Digits:   1,2,3,4
  byte segmentPins[] = {6, 7, 8, 11, 12, 13, 14, 15}; // Segments: A,B,C,D,E,F,G,Period

  MyDisp.begin(COMMON_ANODE, numDigits, digitPins, segmentPins);
  MyDisp.setBrightness(80); 
}

void loop()
{
  MyDisp.setNumber(1234,9);  // Second argument is decimal place

  MyDisp.refreshDisplay();   // Must run repeatedly
}

#include "SevSeg.h"
SevSeg myDisplay;

#define FOUR_DIGITS 4
#define A1 2
#define A2 3
#define A3 4
#define A4 5
#define SegA 6
#define SegB 7
#define SegC 8

int value;
int oldvalue;
char tempString[5];

//-------------------------------------------------------------------------------------------

void setup()
{
  value = 0;
  oldvalue = 0;

  myDisplay.Begin(COMMON_ANODE, FOUR_DIGITS, A1, A2, A3, A4, SegA, SegB, SegC, 11, 12, 13, 14, 15);
  myDisplay.SetBrightness(100); //Set the display to 100% brightness level
}
//-------------------------------------------------------------------------------------------
void loop()
{
  value = analogRead(5);                          // measurement
  value = (15*oldvalue + value)/16;               // simple filter
   sprintf(tempString, "%4d",  (long)value, DEC); // create output string
   myDisplay.DisplayString(tempString, 0);        // display value on disp
   oldvalue = value;
    
}
//-------------------------------------------------------------------------------------------

Rozličné neusporiadané linky:

Animácia k 7seg displeju: http://www.uize.com/examples/seven-segment-display.html
Nas displej:
- Product page http://www.gme.sk/hd-m324rd-p512-924
- Datasheet http://www.gme.sk/img/cache/doc/512/924/hd-m324rd-datasheet-1.pdf
Schema zapojenia Arduino https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino-Pro-schematic.pdf

Grafické priebehy na PC --Serial Plotter =

Serial Plotter je trocha sofistikovanejší program ako Terminal, jeho úlohou je zakresliť graficky všetky prijaté informácie. Najjednoduchšie je posielať mu čísla, pričom ich môže byť aj viac, oddelených čiarkami. Každá jedna n-tica hodnôt musí končíť znakom pre nový riadok. V knižnici Serial použite bloky Serial Write Number pre čísla, Serial Write String pre čiarky a Serial Write Line pre ukončenie riadka. Neposielajte hodnoty príliš často, aby sa nepreplnil vstupný buffer.

Graphics in Arduino IDE: http://www.idogendel.com/en/archives/489
https://rheingoldheavy.com/new-arduino-serial-plotter/

Trocha zlozitejsie:

Návrat na zoznam cvičení...

Linearizácia prevodovej charakteristiky

1. Look-up table

 #include <avr/pgmspace.h>

 const PROGMEM int table[] = {11,12,15,...};
 
 return( table[adcValue] );

Viac info tu: https://www.arduino.cc/en/Reference/PROGMEM

2. Po častiach lineárna náhrada

  /* segment 1 */
 if (adcValue > x0) && (adcValue <= x1)
   y = k1 * adcValue + q1;

  /* segment 2 */
if (adcValue > x1) && (adcValue <= x2)
   y = k2 * adcValue + q2;

 return(y)

Dá sa použiť aj funkcia map v Arduine - https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/math/map/

3. Aproximácia funkcie

   y = a2 * adcValue^2 + a1 * adcValue + a0;
   return(y);

http://terpconnect.umd.edu/~toh/spectrum/CurveFitting.html

Úlohy

Úlohy, ktoré treba odovzdať:

Graf 1: prevodové charakteristiky
Chyby podľa EN 60 770
- Nepresnosť
- Meraná chyba
- Nelinearita
- Hysteréza
- Neopakovateľnosť
Graf 2: chybové krivky (viď obr.)
Program pre mikroprocesor na linearizáciu

Hodnotenie: 3 body

Deadline: 27. 2. 2018

Tools: https://inkscape.org/sk/~sincoon/%E2%98%85knob-scale-generator