MEMS meranie s A/D prevodníkom

Potenciometrické snímače

1. Poskladajte si odporový senzor polohy so stupnicou (ak nemáte, použite senzor v TinkerCADe).
2. Zmerajte prevodovú charakteristiku odporového senzora polohy pomocou ohmmetra (cvičenie 1).
3. Senzor pripojte k A/D prevodníku mikropočítača a pomocou programu nižšie zmerajte prevodovú charakteristiku celého meracieho člena.
4. Prevodovú charakteristiku zlinearizujte a doložte úspešnosť porovnaním metrologických parametrov.

Schéma zapojenia

Schéma zapojenia

• Príklad na pripojenie analógového senzora: http://senzor.robotika.sk/sensorwiki/index.php/Acrob007
• Arduino homepage https://www.arduino.cc/

Meranie charakteristiky senzora mikroprocesorom s A/D prevodníkom

Azda najjednoduchší program na meranie je tento

#define mySensor 0            // 0: potenciometer
                              // 3: senzor sily
                              // 5: senzor ohybu

int adcValue;
float outputValue;

void setup()
{                              // monitor sa otvara dole vpravo 
 Serial.begin(9600);           // typicke rychlosti su 9600 alebo 115200
}
 
void loop()
{
  adcValue = analogRead(mySensor); // read ADC value
  
  outputValue = adcValue;
  
  Serial.println(outputValue);        // prints value over serial

 delay(100);                       // 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 ?? 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. ???? Baud.

Lepší kód na poloautomatické meranie

// Meranie na potenciometrickej doske v.2024
// Tlacitko je na A5 a zapiseme nim meranie
// Potenciometer je na A4 a da sa citat 0/1023
//   pricom ak zmenim prepinacom charakteristiku, tak
//   tym ze je to napatovy delic, funguje stale rovnako

unsigned long int sensorValue;
unsigned      int counter;

void setup() 
{
  Serial.begin(115200);
  
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT);
  pinMode(18, INPUT);
  pinMode(19, INPUT);

  Serial.println("*** MISA measurement (press Red PB to start): ***\n\n");
  counter = 1;
}

void loop() 
{
  digitalWrite(13,HIGH);  // Led ON = Ready
  while ( digitalRead(19)== 1) 
     {/* wait here */}
  
  digitalWrite(13,LOW);  // Led OFF = Measuring...

  /* odmeraj N hodnot a vypocitaj priemer */
  sensorValue = 0;
    for ( int i=1; i<=64; i++) 
      sensorValue += analogRead(A4);
  sensorValue = sensorValue / 64;

  Serial.print(counter++);
  Serial.print(",");
  Serial.println(sensorValue);
  
  delay(500);        // delay in between reads for stability
  
}

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

• https://www.gnu.org/software/octave/doc/interpreter/Polynomial-Interpolation.html
• http://octave.sourceforge.net/optim/function/leasqr.html
• http://octave.sourceforge.net/optim/function/expfit.html
• https://www.gnu.org/software/gsl/manual/html_node/Example-programs-for-Nonlinear-Least_002dSquares-Fitting.html
• https://www.gnu.org/software/octave/doc/interpreter/One_002ddimensional-Interpolation.html#One_002ddimensional-Interpolation

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
• Porovnať namerané výsledky s predošlými

Hodnotenie: 5 bodov

Deadline: 8. 3. 2022

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

Návrat na zoznam cvičení...