MEMS cvičenie 2: Rozdiel medzi revíziami

Aktuálna revízia z 09:22, 27. november 2022

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

Poznamky 2022: https://stackoverflow.com/questions/7091294/how-to-build-a-lookup-table-in-c-sdcc-compiler-with-linear-interpolation

Na tomto cvičení je cieľom pripojiť odporový senzor k Arduinu a vylepšiť jeho prevodovú charakteristiku vybranou metódou a zlinearizovanú hodnotu zobraziť na nejakom miestnom displeji (LED, LCD a pod.) prípadne ju odoslať po sériovej linke do PC (v simulátore TinkerCAD).

Obsah

1 Potenciometrické snímače
2 Linearizácia prevodovej charakteristiky
3 Úlohy

Potenciometrické snímače

Poskladajte si odporový senzor polohy so stupnicou (ak nemáte, použite senzor v TinkerCADe).
Zmerajte prevodovú charakteristiku odporového senzora polohy pomocou ohmmetra (cvičenie 1).
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.

Schéma zapojenia

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

Na pridanie do TinkerCAD triedy (classroom) použite tento link. Ak od vás program pýta vstupný kód, je to B5ZT5MYJJNZP

Ak sa vám nezobrazuje vložený simulátor správne, použite prosím, tento link.

#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

}

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
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...

@@ Riadok 1: / Riadok 1: @@
-<!--
 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
--->
-Na tomto cvičení je cieľom pripojiť odporový senzor k Arduinu a zobraziť jeho zlinearizovanú hodnotu na nejakom miestnom displeji (LED, LCD a pod.) prípadne ju
+Poznamky 2022: https://stackoverflow.com/questions/7091294/how-to-build-a-lookup-table-in-c-sdcc-compiler-with-linear-interpolation
-odoslať po sériovej linke do PC (v simulátore TinkerCAD).
+Na tomto cvičení je cieľom pripojiť odporový senzor k Arduinu a vylepšiť jeho prevodovú charakteristiku vybranou metódou a zlinearizovanú hodnotu zobraziť
+na nejakom miestnom displeji (LED, LCD a pod.) prípadne ju odoslať po sériovej linke do PC (v simulátore TinkerCAD).
@@ Riadok 23: / Riadok 23: @@
 * Arduino homepage https://www.arduino.cc/
-Na pridanie do TinkerCAD triedy (classroom) použite [https://www.tinkercad.com/joinclass/1R5VXPBESZZT tento link]. Ak od vás program pýta vstupný kód, je to 1R5VXPBESZZT
+Na pridanie do TinkerCAD triedy (classroom) použite [https://www.tinkercad.com/joinclass/B5ZT5MYJJNZP tento link]. Ak od vás program pýta vstupný kód, je to B5ZT5MYJJNZP
@@ Riadok 31: / Riadok 31: @@
 </html>
-Ak sa vám nezobrazuje vložený simulátor správne, použite prosím, [https://www.tinkercad.com/things/6Pg8q4b7Kst-misa-basicdemo/editel?sharecode=skOOqybTv7dIz26TpdC7Eigv5BGxx1k0V5tL7xRWX7k tento link].
+Ak sa vám nezobrazuje vložený simulátor správne, použite prosím, [https://www.tinkercad.com/things/6Pg8q4b7Kst tento link].
 <!-- Note to self: generovane linky z TinkerCADu expiruju po 336 hodinach - 14 dni -->
 <source lang="cpp">
+#define mySensor 0            // 0: potenciometer
-#define positionSensor 0       // define your pin here 0
+                              // 3: senzor sily
+                              // 5: senzor ohybu
 int adcValue;
@@ Riadok 43: / Riadok 44: @@
 void setup()
-{
+{                              // monitor sa otvara dole vpravo
-  Serial.begin(9600);           // typical values are 9600 or 115200
+  Serial.begin(9600);           // typicke rychlosti su 9600 alebo 115200
 }
 void loop()
 {
- adcValue = analogRead(positionSensor); // read ADC value
+  adcValue = analogRead(mySensor); // read ADC value
- /*  =======  replace this section with your code ===== */
- outputValue = adcValue;
- /*  ================================================== */
- Serial.println( outputValue );  // prints value over serial
- delay(100);                     // delay in milliseconds
-}
-</source>
-== Pripojenie LCD a LED displeja a lokálne zobrazenie meranej veličiny ==
-V tejto časti cvičenia zobrazíme meranú veličinu na miestnom LED alebo LCD displeji mikropočítača. Z tejto časti vám nevyplýva žiadna úloha, len si pozrite príklady
-aby ste ich vedeli prípadne implementovať na svojom vlastnom reálnom Arduine s nejakým displejom.
-=== Sedemsegmentový zobrazovač ===
-<html>
-<iframe width="725" height="453" src="https://www.tinkercad.com/embed/7X46oojlMjd?editbtn=1" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no"></iframe>
-</html>
-<BR>
-Ak sa vám príklad nezobrazí správne priamo tu, použite [https://www.tinkercad.com/things/7X46oojlMjd-misa-7-segment-4-digit-led-display/editel?sharecode=4ygjI4gH8xhMVXSfDyxGeZS8eGEbDSuEEmrfXKvw_to tento odkaz].
-<BR>
-<BR>
-<html>
-<iframe width="725" height="453" src="https://www.tinkercad.com/embed/gjGgeC1wSPg?editbtn=1" frameborder="0" marginwidth="0" marginheight="0" scrolling="no"></iframe>
-</html>
-Ak sa vám príklad nezobrazí správne priamo tu, použite [https://www.tinkercad.com/things/gjGgeC1wSPg-misa-lcddemo/editel?sharecode=In_RCwIxVqMhXSORfP1HGFq724LNdf4-8hn1Yr6oN0g tento odkaz].
-== Programovateľný LCD displej ==
-* LCD zobrazovač. Klávesnica. <BR>[http://ap.urpi.fei.stuba.sk/mmp/prednaska02.pdf Obšírnejšie informácie o displejoch] (prednáška z predmetu MMP)
-<!--
-=== LCD Modul ===
-[[Obrázok:ParallaxLCDAppMod.jpg|left]]
-'''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
-[[Obrázok:Acrob_LCD_Schematic.png|center]]
-[[Obrázok:Acrob_LCD_Schema2.png|800px|center]]
-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 [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/mmp/HD44780.pdf HD44780]
-** Displej 2x16 [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/mmp/DEM16216SYH-LY.pdf DEM 16216 SYH-LY]
-** Displej 2x16 [http://ap.urpi.fei.stuba.sk/mmp/DEM20231SYH-PY.pdf DEM 20231 SYH-PY]
-** 2x16 Parallel LCD [http://www.parallax.com/Portals/0/Downloads/docs/prod/audiovis/lcd2x16par.pdf datasheet]
-** Podrobné manuály sú aj u [http://www.hantronix.com/page/index/products/character výrobcu Hantronix].
-* Peter Ouwehand: '''[http://home.iae.nl/users/pouweha/lcd/lcd.shtml How to control a HD44780-based Character-LCD]'''
-* Ian Harries: ''[http://www.doc.ic.ac.uk/%7Eih/doc/lcd/ HD44780-Based LCD Modules]'''
-* Tomáš Dresler: '''[http://www.hw.cz/ART632-Inteligentni-displeje-a-jejich-pripojeni-k-PC.html Inteligentní displeje a jejich připojení k PC]'''. [hw.cz]
-* Nuts & Volts: [http://www.parallax.com/dl/docs/cols/nv/vol1/col/nv31.pdf Demystifying Character Based LCDs]
-* Stamp Works - pp. 73 and more [http://www.parallax.com/Portals/0/Downloads/docs/books/sw/Web-SW-v2.1.pdf]
-=== 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("        ");
-* [https://www.arduino.cc/en/Reference/LiquidCrystal LCD Library]
-<source lang="c">
-/*
-  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++)
+   outputValue = adcValue;
-  {
-   state = state & ((PIND&0xF0)>>4); // make sure button held
-   delay(5);                     // debounce 10 x 5 ms
-  }
-  DDRD  = 0b11111110;				 // return bus to outputs
-   return(state);
+   Serial.println(outputValue);        // prints value over serial
-}
-</source>
-Misc:
-* [http://www.geocities.com/dinceraydin/djlcdsim/djlcdsim.html LCD Display Simulator]
-* [http://www.geocities.com/dinceraydin/lcd/charcalc.htm Custom Character Calculator]
-Prečo je takto napísaná a ako vlastne funguje lepšie zistíte, keď si preštudujete schému zapojenia:
-[[Obrázok:LCD_App_Mod_Schematic.png|center|450px]]
-== 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: [https://www.arduino.cc/ Arduino]
-* Knižnica SevSeg: https://github.com/sparkfun/SevSeg
-Ukážkové programy:
-<source lang=c>
-#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
-}
-</source>
-<source lang="c">
-#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];
-//-------------------------------------------------------------------------------------------
+ delay(100);                       // delay in milliseconds
-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;
 }
-//-------------------------------------------------------------------------------------------
 </source>
-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
--->
@@ Riadok 398: / Riadok 128: @@
 * Graf 2: chybové krivky (viď obr.)
 * Program pre mikroprocesor na linearizáciu
+* Porovnať namerané výsledky s predošlými
 [[Súbor:Example2-1.png|500px]]
@@ Riadok 403: / Riadok 134: @@
 Hodnotenie: 5 bodov
-Deadline: <FONT COlor="red">'''1. 3. 2021 '''</font>
+Deadline: <FONT COlor="red">'''8. 3. 2022 '''</font>