8-mavzu. Mikrokontrollerlarni analogli signallari qabul qilish va qayta ishlash. Reja

11-mavzu. Arduino Nano mikrokontrollerida analogli signallarni qayta ishlash algoritmlari va dasturlari.
Reja:

1. 
   Arduino Nano mikrokontrollerida analogli signallarni qayta ishlash algoritmlari va dasturlari.
   
2. 
   Analogli signallarni normalash (map funksiyasi).
   

Tayanch so’z iboralar: Arduino Nano mikrokontrolleri, Analogli sensorlar, Gaz sensori.
Kalit so'zlar: analog sensor, rms , analog signal, ADC, quvvat monitoringi, algoritm.
Zamonaviy elektr sensorlar bizning real dunyomizdan turli xil jismoniy miqdorlar, jarayonlar yoki xususiyatlarni o'lchashda muhim rol o'ynaydi, keyinchalik ular qayta ishlanishi va yakuniy foydalanish mumkin bo'lgan raqamli ma'lumotlarga aylantirilishi mumkin bo'lgan elektr signallariga aylantiriladi [1]. Garchi hozirgi vaqtda analog sensorlar ham, raqamli sensorlar ham keng qo'llanilsa-da, qaysi turdagi sensorlar yaxshiroq yoki eng ko'p afzalliklarga ega ekanligi to'g'risida yakuniy chegara yo'q, chunki har bir o'lchash jarayoni ma'lum xususiyatlarga ega ma'lum turdagi sensorni talab qiladi. Har xil turdagi signal chiqishi bo'lgan sensorlar o'rtasidagi umumiy o'xshashlik sifatida biz raqamli sensorlar aniqroq ekanligini eslatib o'tamiz, ular faqat cheklangan yoki diskret sonli taxminiy o'qish qiymatlarini taqdim etishi mumkin (ichki/tashqi ADC diapazoni bilan shartlangan), ular juda qimmat bo'lishi mumkin, shuningdek, elektr tokining ortiqcha yuklanishi yoki qisqa tutashuvlarda osongina shikastlanishi mumkin; analog sensorlar har doim ham aniq emas, ba'zan ularni apparat/dasturiy vositalar yordamida kalibrlash kerak, ular deyarli cheksiz o'qish qiymatlari to'plamini taqdim etishi mumkin, ular oddiy, arzon va mustahkam, lekin ba'zida signalni filtrlash yoki konditsionerlash uchun qo'shimcha sxemalar talab qiladi va ADC yanada murakkab tizimlarda [2]. Ushbu maqolaning maqsadi tarmoqdan tashqari uy xo'jaliklarida elektr energiyasi iste'molini monitoring qilish tizimlari uchun qo'llaniladigan amaliy qo'llash algoritmini sinab ko'rish va ishlab chiqishdir . Tajribalarni o'tkazish uchun biz birlamchi faza pallasida seziladigan oqim yoki kuchlanishga mutanosib o'qiladigan kuchlanishni chiqaradigan kichik induktiv transformatorlarga asoslangan ikkita arzon narxlardagi oqim va kuchlanish sensorlarini tanladik. Ushbu ikkita element yordamida biz ushbu elektr tarmog'idagi quvvat sarfini hisoblashimiz mumkin. Tizim ma'lumotlarni qayta ishlash uchun Atmega328 mikrokontrolleridan foydalanadigan Arduino ma'lumotlar yig'ish platasiga asoslangan . Ichki 10-bitli ADC moduli yordamida mikrokontroller analog kirishlardan signal ma'lumotlarini oladi va o'zgartiradi. Signalni qayta ishlash uchun jalb qilingan modullarning batafsil grafik diagrammasi 1-rasmda eng yaxshi tasvirlangan. 1- rasm. Analog signalni qayta ishlash uchun ishlatiladigan elektron modullarning blok-sxema tasviri, ishlab chiqarish bosqichidan raqamli ma'lumotlarni konvertatsiya qilish bosqichiga; Shunday qilib, bizda quyidagi modullar mavjud: analog sensorni ko'rsatadi , b-elektron signalni konditsioner sxemasini ifodalaydi, c- 210 o'lchamlarini ifodalaydi, mikrokontrollerning ADC moduli, d-raqamli ma'lumotlarni ADC dan raqamli ma'lumotlarga moslashtirilgan holda o'zgartiradigan mikrokontrollerni ifodalaydi . algoritm degani. Ushbu turdagi elektron platadan foydalanish imkoniyati shundan iboratki, uni monitoring qurilmasidan to'liq avtomatlashtirilgan tizimga ko'tarish mumkin bo'lib, u uy xo'jaligining energiya samaradorligini oshirishi mumkin, ba'zi katta quvvat sarflaydigan qurilmalarning ish vaqtini rejalashtirish orqali. Qayta tiklanadigan energiya manbasidan energiya ishlab chiqarishning eng yuqori cho'qqisida egasining nazoratiga muhtoj.

1-rasm. Signalni qayta ishlash uchun modullar
Arduino platasining kirish analog signalini chiqish raqamli ma'lumotlariga aylantirishda qanday ishlashini tushunishimiz kerak . Shakl 2. Arduino uchun 2,5VDC ofset moslashuvi bilan AC analog signal namoyishi . Ishlab chiqaruvchining ma'lumotlar varaqlariga ko'ra, Arduino platasi va Atmega328 mikrokontrolleri faqat ijobiy kuchlanish bilan ishlaydi (eng yuqori kuchlanish moslamasi 5VDC, eng past kuchlanish moslamasi esa 0VDC), shuning uchun 10 bitli ADC qiymatlari, degan xulosaga kelish mumkin. 0 dan 1024 gacha, 0VDC dan 5VDC gacha bo'lgan mos yozuvlar kuchlanishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Analog signal ham ijobiy, ham salbiy o'zgaruvchan qiymatlardan iborat bo'lganligi sababli, sensor ulangan elektr uzatish liniyasi chastotasiga mos ravishda 50 Gts chastotada hosil bo'lganligi sababli, bizning tajribamizda signal ofsetini o'zgartirish uchun kuchlanish bo'luvchisi qo'llaniladi. 0VDC dan 2,5VDC gacha. Shunday qilib, AC signali ofset qiymati bilan ifodalangan DC komponentiga ega bo'ladi va shuning uchun ADC 2,5VDC dan yuqori va past yoki 512 raqamli qiymatdan yuqori va past o'zgaruvchan ijobiy qiymatlarni o'qiydi (2-rasm).

2-rasm. Arduino uchun 2,5VDC ofset moslashuvi bilan AC analog signal namoyishi .

3-rasm. Ikki analog signal qiymatini kuchlanish, oqim va quvvat sarfini ko'rsatish uchun raqamli raqamli qiymatlarga aylantirish uchun hisoblash bloklari bilan algoritm diagrammasi tavsifi.
(11) ga muvofiq quvvat sarfini ko'rsatish uchun mikrotrollerga yuklanadigan algoritmni yaratdik (3-rasm) :
6-rasm. Ikki analog signal qiymatini kuchlanish, oqim va quvvat sarfini ko'rsatish uchun raqamli raqamli qiymatlarga aylantirish uchun hisoblash bloklari bilan algoritm diagrammasi tavsifi.
Tarmoqdan tashqarida bo'lgan uy xo'jaligining energiya iste'molini o'qish uchun arzon narxlardagi elektr analog sensorlar yordamida arzon narxlardagi , qulay, elektron yig'ish kartasiga mos keladigan algoritmni ishlab chiqish edi. Asl hissalar: - Bizning amaliy tajribamiz uchun qaysi turdagi sensorlar eng mos kelishini aniqlash. - Muayyan vazifaga moslashtirilgan elektron sxemani loyihalash. - Signalni qabul qilish va talqin qilish uchun simulyatsiya jarayonini o'tkazish . - Nazariy simulyatsiya natijalarini tasdiqlovchi hisoblash usulini ishlab chiqish. - Kirish analog qiymatlarini ro'yxatga olingan quvvat sarfi, kuchlanish va tok kuchi uchun raqamli qiymatlarga aylantiruvchi murakkab hisoblash algoritmini yaratish. - o'lchovlarni o'tkazish va natijalarni sharhlash. Ishlab chiqilgan algoritm va hisoblash usuli har qanday boshqa turdagi analog sensorlar va ilovalar uchun , masalan, biometrika kabi, talablarga muvofiq dastlabki kodga kichik o'zgartirishlar kiritilgan holda osonlik bilan ishlatilishi mumkin [5]. Shuningdek, butun tizimning qo'llanilishi shundan dalolat beradiki, jihozlarning rejalashtirilgan iste'moli va ishlashini nazorat qilish uchun Arduino chiqish pinlaridan foydalangan holda energiya samaradorligi uchun avtomatlashtirish algoritmi ham ishlab chiqilishi mumkin.
AnalogWrite() ning eng oddiy qo'llanilishi LED yorug'ligini o'zgartirishdir. 3-rasmda ko'rsatilganidek, raqamli chiqish uchun LEDni ulang, so'ngra uning yorqinligini o'zgartirish uchun analogWrite() dan foydalaning. Biroq, u chiziqli miqyosda o'zgarmasligini sezasiz.

Rasm8.3. Raqamli chiqish uchun ishlatganingiz bilan bir xil sxema bilan LEDni xiralashtirishingiz mumkin. Faqat LED ulangan pinda analogWrite() dan foydalaning.