Hardware | Programování | Pojďme programovat elektroniku

Pojďme programovat elektroniku: Vyzkoušíme ultrazvukový dálkoměr, detektor pohybu, deště a další kouzla

  • Vyzkoušíme si senzory na pokročilých sběrnicích
  • Budeme ultrazvukem měřit vzdálenost
  • Detekujeme déšť i pohyb

Zatímco rodiče pomalu nakupují nové penály, tužky, propisky, kružítka, pravítka, aktovky s pokémony a datové tarify pro své ratolesti, do Česka v záplavě ostatních cetek přicestoval i kontejner plný laciných senzorů, a tak se konečně můžeme vrhnout na pokračování našeho seriálu o domácím programování drobné elektroniky.

Dnes si vyzkoušíme, jak vlastně získat údaje z některého z mnoha čidel, které dnes můžete společně s nejrůznějšími mikropočítači pořídit v kdejakém českém e-shopu pro kutily, anebo na eBayi a celém zástupu asijských katalogů od Banggoodu po DealExtreme.

Klepněte pro větší obrázek
Prototypovací počítače v praxi: Intel Edison, Intel Galileo, Arduino Uno (na něm dnes budeme vše stavět), SmartEverything pro bezdrátový protokol Sigfox, NodeMCU s Wi-Fi, armový Photon s Wi-Fi a konečně maličké Arduino Pro Mini

Platí zde jednoduché pravidlo. Na eBayi sice seženete senzor i základní prototypovací mikropočítač Arduino Uno za pár korun a zpravidla i s bezplatnou dotovanou dopravou z Číny nebo Hongkongu, ale počkáte si i několik dlouhých týdnů. Pokud chcete svoje Arduino s armádou senzorů, propojovacích kablíků a dalšího potřebného příslušenství teď hned, české e-shopy jako Arduino-shop, Robotstore, GME, GES, Tays, Santy a další vám vyjdou vstříc, ale pochopitelně za trošku jiné ceny – není to přeci charita a hlavně získáte zákonnou záruku.

Klepněte pro větší obrázek
Hromada mikropočítačů, součástek a senzorů. Dnes si některé z nich předvedeme.

Tak, konec nakupování a jdeme si hrát a zapojovat naše nové moduly do mikropočítače typu Arduino Uno, jehož laciný klon i s USB kabelem jsem koupil na eBayi zhruba za sto korun.

Analogový teploměr TMP36

Pro začátek si připomeňme zapojení primitivního analogového teploměru TMP36 se třemi vodiči. Zatímco krajní nožky slouží pro napájení (+/-), ta prostřední vede samotný signál o teplotě. A jelikož se jedná o analogový senzor, oním signálem je napětí o určité velikosti. Čím vyšší teplotu čidlo zaznamená, tím se zvýší i napětí na signálovém vodiči. Mikropočítač toto napětí přečte, pomocí A/D převodníku převede na celé číslo a s ním už můžeme pracovat.

Klepněte pro větší obrázek
Analogový teploměr TMP36

Počítače Arduino mají 10bitový A/D převodník a pracují s napětím 5 V, což v praxi znamená, že 0 až 5 V na některém z analogových konektorů vyjádří hodnotou 0 až 1 023 (1 024 = 210 = deset bitů).

Pak už pouze stačí pročíst dokumentaci konkrétní elektrické součástky, ze které se dozvíte, že TMP36 vyjádří teplotu 25 °C napětím 750 mV a změna napětí o 10 mV odpovídá 1 °C. Proč tedy rovnou nevyjádří onu pokojovou teplotu napětím 250 mV? Protože 500mV posun (500 + 250 = 750) usnadní výpočet záporných teplot. Když bychom tedy na signálovém vodiči naměřili napětí 300 mV, odpovídá to -20°C, protože platí rovnice 300-500 = -200 a -200/10 = -20.

Suma sumárum, celé číslo z A/D převodníku přepočítáme zpět na napětí a to podle pravidel výše na teplotu.

Klepněte pro větší obrázek

Jak to zapojit dohromady

Takže to bychom měli analogovou teorii a teď samotné zapojení. Mikropočítače označení + a pro napájení zpravidla nepoužívají. Namísto toho zde máme konektor GND (zem) pro záporný pól a ostatní konektory pro generování určitého napětí a tedy kladný pól.

V případě teplotního čidla nepotřebujeme programově zapínat a vypínat jeho napájení jako třeba u LED diody, která má blikat, můžeme jej tedy připojit k některému konektoru, který poskytuje stálé a regulované napětí. Arduino zpravidla disponuje piny pro 5V a 3,3V zdroj napětí, které můžeme použít.

TMP36 je nízkonapěťové čidlo, pro které je 5 V opravdu nejvyšší hranice a více mu sluší napětí okolo 3 V, kdy podává přesnější výsledky. Pro napájení jsem tedy použil konektor označený 3.3V.

Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek
Zapojení našeho analogového teploměru TMP36 k Arduinu. Pomohlo nám tzv. nepájivé pole – breadboard, což je matice propojených děr, do kterých stačí zapíchnout senzory a drátky bez potřeby jakéhokoliv pájení

Prostřední signálový vodič teploměru jsem pak připojil do konektoru A0, který je společně s dalšími piny okolo určený pro práci s analogovým signálem.

Začátečníci si mohou celý obvod vyzkoušet třeba ve webovém simulátoru Circuits.io, aniž by se museli obávat, že chybným zapojením něco poškodí.

Změř teplotu každou sekundu

A to je celé. Teď už pouze stačí napsat jednoduchý program ve stejnojmenném vývojovém prostředí Arduino, který přečte hodnotu z A/D převodníku, převede ji na napětí, to dále na teplotu a všechny tři hodnoty pošle skrze sériovou linku do velkého počítače, který je s Arduinem spojený USB kabelem na portu COM7. Následně program počká jednu sekundu a vše zopakuje.

Klepněte pro větší obrázek
Program vypisuje surovou hodnotu z A/D převodníku,
zpětně vypočítané napětí a konečně i teplotu

Kód programu

Jakmile se program přeloží a nahraje do paměti mikropočítače, začne se zpracovávat, kdykoliv Arduino připojíte do elektřiny. Právě jsme tedy dali křemíkové destičce její první smysl.

int data;
float napeti, teplota;

void setup(){
 // Nastaveni seriove linky
 Serial.begin(9600);
 while(!Serial){;}
}

void loop() {
 // Precti hodnotu z analogoveho pinu A0
 data = analogRead(A0);

 // Vypocitej napeti na pinu A0
 napeti = (5.0/1024.0) * data;

 // Vypocitej teplotu podle dokuemntace cidla TMP36 
 teplota = (napeti - 0.5) * 100;

 // Vypis hodntu z A/D, vypocitane napeti a teplotu
 Serial.print(data); Serial.print("\t");
 Serial.print(napeti); Serial.print(" V\t");
 Serial.print(teplota); Serial.println(" stupnu");

 // Pockej jednu sekudnu a opakuj
 delay(1000);
}

V další kapitole se už podíváme na mnohem zajímavější a také digitální senzory, se kterými se pracuje úplně jinak a vlastně i jednodušeji, protože pro každý kousek složitějšího hardwaru už dnes existuje nějaká ta knihovna, která vše naprosto usnadní.

Témata článku: Technologie, Hardware, Programování, Pojďme programovat elektroniku, IoT, Arduino, Zajímavosti, Pohyb, Sigfox, Samec, Odchylka, Bosch Sensortec, Celkový přehled, Arduino pro mini, OneWire, Analogový, Součástka, Čidlo, Knihovna, Echo Input, Sucho, Ultrazvukový dálkoměr, Bezdrátový protokol, Arduino Uno, Domácí program



Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

Sex manželských párů? Jen výjimečně. Ložnice ovládnou roboti s umělou inteligencí

** Sex manželských párů jen při zvláštních příležitostech. ** Ložnice ovládnou sexuální roboti s umělou inteligencí. ** I to je jeden ze závěrů Mezinárodní robotické konference.

Filip KůželJiří Liebreich
RobotiSexUmělá inteligence
Už víme, co bude po Windows 11 22H2. V říjnu panelový Průzkumník a za rok další velká aktualizace

Už víme, co bude po Windows 11 22H2. V říjnu panelový Průzkumník a za rok další velká aktualizace

**V říjnu pro Windows 11 verze 22H2 vyjde další balík nových funkcí. **Automatická distribuce začne až v listopadu. **Velké aktualizace pro Windows budou nadále vycházet jednou ročně.

Petr Urban
Windows 11SoftwareMicrosoft
Tuto českou základnu plnou satelitů nesmíte vidět. V Mapy.cz je každá anténa pečlivě vyretušovaná

Tuto českou základnu plnou satelitů nesmíte vidět. V Mapy.cz je každá anténa pečlivě vyretušovaná

** Zapomeňte na rozčtverečkovaná místa, kterých si každý všimne ** Mapy.cz musely dokonale zakrýt desítky parabol ** Základnou se přitom na webu chlubí i její majitel. Kocourkov

Jakub Čížek
ČeskoMapy.czMapy
Google není jen vyhledávač: 15 užitečných funkcí, o kterých možná ani nevíte

Google není jen vyhledávač: 15 užitečných funkcí, o kterých možná ani nevíte

** Google umí kromě vyhledávání i spoustu dalších věcí ** Vybrali jsme více než 15 užitečných funkcí a schopností ** Stačí zadat do vyhledávače ta správná klíčová slova

Karel Kilián
TipyVyhledávačeGoogle
Google si i na září připravil několik šikovných drobností, které se brzy dostanou na všechny Androidy

Google si i na září připravil několik šikovných drobností, které se brzy dostanou na všechny Androidy

** Google i v září pošle do Androidů „neviditelný“ update ** Obsahuje sice jen pár drobností, i tak se mohou leckomu hodit ** Nejužitečněji vypadá update funkce Sdílení nablízko

Martin Chroust
Nearby ShareAndroid
Herní filosofie: hraní napříč časem aneb z gaučů do online světa

Herní filosofie: hraní napříč časem aneb z gaučů do online světa

Od diskety po Game Passy, aneb jak se mění obraz herní scény.

Ladislav Novák
Téma
Nastal pravý čas na výměnu telefonu. Jak poznat, že ten váš už dosluhuje?

Nastal pravý čas na výměnu telefonu. Jak poznat, že ten váš už dosluhuje?

** Jak poznat, že váš telefon má nejlepší dny za sebou? ** Vypadá potlučeně, má pavučinu nebo nedostává aktualizace? ** Ukážeme si, kdy má smysl jeho oprava, a kdy už jen koupě nového

Martin Chroust
Prasklý displejVysloužilý mobilSmartphony
15 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

15 praktických tipů a triků pro Mapy.cz, které možná neznáte

** Mapy.cz neslouží jen k zobrazení podkladů a plánování tras ** Nabízejí celou řadu dalších praktických funkcí a možností ** Vybrali jsme 15 tipů a triků, o kterých možná nevíte

Karel Kilián
Mapy.czMapyTipy
Kurvítka v základní výbavě, výrobci mají umělé zastarávání v malíku. Začalo to bateriemi, pokračuje softwarem

Kurvítka v základní výbavě, výrobci mají umělé zastarávání v malíku. Začalo to bateriemi, pokračuje softwarem

** Nejen mobilní výrobci jsou naučeni rok od roku prodávat stále více telefonů ** Tento trend se však zákonitě musí někdy zastavit ** Jenže, co naplat, když jsou starší zařízení „uměle“ nepoužitelná?

Martin Chroust
Prasklý displejBaterieAktualizace softwaru
Oppo a OnePlus nesmí v Německu prodávat telefony. Zákaz hrozí i v dalších zemích EU

Oppo a OnePlus nesmí v Německu prodávat telefony. Zákaz hrozí i v dalších zemích EU

** Patentové spory většinou ústí k tomu, že jedna z firem zaplatí ** Oppo ani OnePlus však nechtějí platit 2,50 EUR za každý telefon ** Firmy už v Německu nesní prodávat, a to může platit i o dalších trzích

Martin Chroust
NěmeckoPatentSmartphony
Méně známé funkce Total Commanderu: Užitečné tipy na vestavěné funkce i doplňky

Méně známé funkce Total Commanderu: Užitečné tipy na vestavěné funkce i doplňky

Total Commander je jedním z nejúspěšnějších správců souborů se dvěma panely vedle sebe. Vyhovuje především uživatelům zvyklým na tento typ souborových manažerů už z dob MS DOSu. Vybrali jsme funkce, které možná neznají ani dlouholetí uživatelé.

Karel Kilián
Total CommanderTipySoftware