Датчик вибрации своими руками для рыбалки. Датчики вибрации

Датчики вибрации Ардуино (их еще иногда называют датчиками сигнализации) применимы для выявления внешних воздействия вибрационного характера и широко используются в противоугонных автомобильных системах, различных охранных сигнализациях, позволяют детектировать вибрации при начинающемся землетрясении. В этой статье мы рассмотрим строение датчика и схему подключения к платам Arduino.

Основной элемент датчика – металлическая пружина гибкой структуры, расположенная во внутренней части трубки из пластика. При наличии каких-либо воздействий на нее она начинает колебаться. Усиление сигнала происходит за счет его подачи сначала на операционный усилитель, а потом на выход аналогового типа. Важным элементом датчика вибрации является потенциометр, который регулирует чувствительность прибора, и позволяет устанавливать необходимый порог срабатывания.

Датчик вибрации имеет три выхода:

Земля;
Питание;
Выход аналогового сигнала А0.

Находящийся на плате потенциометр позволяет настроить его чувствительность. Он представляет собой переменный резистор c сопротивлением регулируемого типа. На плате датчика также присутствуют светодиоды, которые сигнализируют о наличии питания. Кроме того, некоторые разновидности оснащаются цифровым выводом D0, который выдает логический ноль при достижении порогового значения уровня вибрации.

В состоянии покоя модуль находится в разомкнутом состоянии, и протекания тока по нему нет. При наличии внешних вибрационных воздействий за счет раскачивания пружины происходит кратковременное замыкание контактов. В результате происходит сработка датчика, и на выходе появляется логический 0.

Срабатывание датчика происходит в независимости от его пространственного расположения.

Технические параметры датчиков вибрации для Ардуино (могут отличаться в зависимости от модели устройства):

Питающее напряжение от 3 до 5 В;
Ток потребления 4-5мА;
С наличием или отсутствием цифрового выхода;
С наличием или отсутствием регулировки чувствительности.

Датчики могут отличаться по весу и габаритам, но обязательно содержат монтажное отверстие для крепления к плате.

Варианты применения

Наиболее актуальным применение датчиков вибрации может быть реализовано в сфере охранной сигнализации различного назначения. За счет высокого уровня чувствительности такие устройства могут реагировать на вибрации широкого диапазона интенсивности, улавливая колебания во всех плоскостях. Благодаря простому способу подключения, датчики вибрации применяются для реализации самых разнообразных проектов:

Системы охраны;
Сигнализации;
Электронные замки;
Детекторы движения;
Противоугонные системы;
Сейсмостанции;
Детские игрушки;
Бытовые приборы;
Спортивный инвентарь.

Пример реализации

Схема подключения датчика вибрации к ардуино

Вариантом использования вибрационного датчика может стать охранная сигнализация, в которой при ударе о поверхность, с закрепленным на ней устройством, происходит сработка (в данном примере загорится светодиод, присоединенный к пину 13). Для проекта следует подготовить такие детали:

плату Arduino Uno;
датчики вибрации 801S или Logo sensors v1.5;
макетную плату;
соединительные провода.

Сборка схемы производится согласно рисунку. Цифровой вывод DO соединяем с цифровым пином 2. При наличии вибраций значение сигнала многократно увеличивается и при достижении порогового значения, которое устанавливается потенциометром, на вывод DO подается логическая единица. Мы обрабатываем эту ситуацию, считывая значение функцией digitalRead, после чего подаем с помощью функции 5В на порт 13 и загорается встроенный в плату светодиод.

Пример скетча

#define PIN_LED 13 #define PIN_SENSOR 2 // Пин, ккотормоу присоединен датчик вибрации void setup() { pinMode(PIN_LED, OUTPUT); } void loop() { int val = digitalRead(PIN_SENSOR); // Считваем значение с датчика if(val==1){ digitalWrite(PIN_LED, HIGH); // Датчик сработад - включаем светодиод }else{ digitalWrite(PIN_LED, LOW); } }

Поискал тут в темах про балансировки, многие просят помощи что-нибудь отбалансировать, поэтому, думаю, эта тема будет полезна, чтобы собрать очень простое устройство как раз для этих целей.

У китайских братьев есть 3-х координатные датчики положения, которые очень неплохо реагируют на вибрацию, тем более, что именно они применяются в промышленных приборах. Для экспериментов заказал 5 штук Через 3 недели получил и решил сразу посмотреть как они работают. Собрал стенд из точила, которое использую для испытания зажиганий мопедных двигателей Д6,Д8. Между валом и магнитом есть небольшой зазор, который обычно выбирается витком изоленты, но тут как раз изоленту убрал, чтобы нарушить центровку магнита на валу. Магнит сместил специально по направлению метки, чтобы более тяжелый сектор уже изначально был помечен. Вибрация получилась, конечно, незначительная, но этого оказалось вполне достаточно, чтобы увидеть результат.

Вот что из себя представляет стенд:

Питание подал от 3-х АА батареек 1,5*3=4,5 вольта.

Ниже сигнал с датчика на осциллографе. Снимать сигнал можно с 3-х координат, но я взял координату Z , т.к. датчик прилепил к точилу на двухсторонний скотч и вибрация происходит как раз по этой координате.

Сигнал сначала смотрел однолучевым осциллографом, но потом подсоединил датчик холла и подал сигнал на двухлучевой, чтобы видеть как работает датчик в угловом положении. Как видим, вибрация видна очень хорошо в виде синусоиды. Также на синусоиде можно заметить помехи от коллекторного двигателя. Забегая вперед, в последствии, помехи мешать не будут, т.к. плата усилителя будет собрана прямо рядом с датчиком, а тут у меня даже не экранированный провод около 1,5 метров(чувствительность осциллографа на этом канале 0,2 вольта на деление и развертка 2 мс/дел) .

Быстренько накидал схемку в Протеусе(На схему на Протеусе сильно внимание обращать не стоит - она не окончательная. Правильная и окончательная опубликована ниже) .

Как работает схема: Сигнал с "датчика"(желтый) усиливается операционным усилителем U1(синий сигнал на его выходе) и дальше сравнивается компаратором U2. Уровень для сравнения подбирается переменным резистором, чтобы поймать самый верх синусоиды, тем самым сужается сектор подсветки светодиодом и, таким образом, будет найден самый "тяжелый сектор". Найдя "тяжелый сектор", для балансировки необходимо либо облегчать этот сектор, либо с противоположной стороны подвешивать груз.

А это уже отлаженная схема устройства:

Схема очень простая и работает по принципу стробоскопа, при этом кроме неё не надо ни каких приборов.

Так выглядит стенд:

Датчик вибрации пришлось перевернуть, иначе метка светилась с противоположной стороны. :)

А это видео работы датчика вибрации на стенде:

Как видно на видео, чувствительность получилась очень высокой, что даже легкое постукивание по стенду вызывает вспыхивание светодиода. Кроме этого, регулятором уровня можно очень четко "выловить" самый пик сигнала с датчика, причем любого уровня и можно настроить такой порог, что датчик начинает срабатывать даже на разговор или шаги около стенда. :)

На видео есть момент, где мне немного трудно было поймать нужное положение регулятора уровня, т.к. оно оказалось близким к середине регулировки переменного резистора, а он, как назло, попался с фиксацией середины и норовил как раз установиться на ней.

Итог: Идея работает и еще как, т.е. с помощью такого простого устройства можно балансировать хоть вентиляторы, хоть точило. На профессиональное применение устройство не претендует , но несомненно окажет помощь при любой балансировке, если нет других приборов.

Консоль 3 выгибают из такой же проволоки и надежно укрепляют на одном из ее концов груз 5 массой 10...15 г из свинца или припоя. После этого консоль припаивают одним концом к плате, а примерно серединой - к седловине стойки 4.

Во избежание отрыва верхней обкладки от пьезоэлемента перед припайкой консоли ее слегка изгибают так, чтобы после установки на место она создавала на пьезоэлементе избыточное прижимающее упругое усилие. Размеры деталей датчика непринципиальны, поэтому на рис.1 не даны. Паять необходимо легкоплавким припоем.

Выводами датчика служат фольговая площадка, к которой припаян пьезоэлемент, и впаянное в плату основание консоли. Плату укрепляют на поверхности,

вибрацию которой надлежит контролировать. При механическом колебании этой поверхности на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов длительностью З...15 мс.

Для того чтобы усилить эти импульсы и придать им форму, необходимую для дальнейшей обработки, сигнал с датчика подают на вход усилителя-формирователя (см. схему на рис.2). Операционный уси

литель DA1 работает в режиме максимального усиления, а транзистор VT1 - в режиме переключения. Диод VD1 увеличивает своим напряжением отсечки зону нечувствительности транзистора.

ОУ вместе с диодом и транзистором образуют компаратор напряжения, отличающийся малым энергопотреблением. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Если амплитуда отрицательной полуволны сигнала датчика менее напряжения на резисторе R2, транзистор VT1 остается закрытым, а выходное напряжениеравным нулю.

Механическое возбуждение датчика приводит к появлению на выходе формирователя нескольких прямоугольных импульсов длительностью 3...15 мс, по амплитуде пригодных для прямого введения их в цифровой анализатор, выполненный на микросхемах КМОП. Простейшее подобное устройство, способное выделить полезный сигнал на фоне ложных срабатываний, представляет собой счетчик(001 на рис.2), периодически обнуляемый по входу R импульсами электронных часов или специального генератора. Сигнал тревоги - напряжение высокого уровня - появится на выходе лишь тогда, когда число импульсов на входе счетчика в интервале между двумя соседними обнуляющими импульсами достигнет некоторого числа, устанавливаемого переключателем SA1 (на рис.2 оно установлено равным восьми).

Если не задаваться решением задачи исключения ложных сигналов, то сигнал с коллектора транзистора VT1 можно подавать непосредственно на вход узла формирования сигнала тревоги.

Как показывает опыт, датчик практически не реагирует на акустические сигналы, распространяющиеся в воздушной среде. Чувствительный прежде всего к нормальной составляющей вибраций, он довольно хорошо воспринимает и возмущения, лежащие в плоскости пьезоэле-мента,-очевидно вследствие возникновения реакции в точках крепления стойки. Таким образом, датчик реагирует на вибрации произвольной ориентации. Ток, потребляемый усилителем-формирователем в режиме ожидания при напряжении питания 9 В, не превышает -18 мкА, при 5 В - 10 мкА.

Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.

Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:

В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.

Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление - тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.

Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.

Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:

Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.

Основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя ЗП-2, ЗП-4 или ЗП-5. Общий вид датчика (сбоку) показан на рис.1,а. Пьезоэлемент 2 одной из обкладок припаян к фолымрованной площадке печатной платы 1. К верхней по рисунку обкладке пьезоэлемента 2 припаивают стойку 4, согнутую в виде буквы Л из упругой стальной проволоки диаметром 0,5 мм. Вид на стойку 4 по стрелке А показан на рис. 1,6. Лапы и седловину стойки нужно заранее облудить.