Arduino: Sensores: mudanças entre as edições
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O '''sensor ultrassônico''' se baseia no envio de '''sinais ultrassônicos''' pelo sensor, que aguarda o retorno do sinal ('''echo'''), e com base no '''tempo entre envio e retorno''', calcula a '''distância''' entre o sensor e o objeto detectado <ref NAME=filipeflop>https://www.filipeflop.com/blog/sensor-ultrassonico-hc-sr04-ao-arduino/</ref>. | O '''sensor ultrassônico''' se baseia no envio de '''sinais ultrassônicos''' pelo sensor, que aguarda o retorno do sinal ('''echo'''), e com base no '''tempo entre envio e retorno''', calcula a '''distância''' entre o sensor e o objeto detectado <ref NAME=filipeflop>https://www.filipeflop.com/blog/sensor-ultrassonico-hc-sr04-ao-arduino/</ref>. | ||
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A '''distância''' entre o sensor e o objeto pode ser determinada pela equação: | A '''distância''' entre o sensor e o objeto pode ser determinada pela equação: | ||
distância = tempo do echo em nível alto * velocidade do som / 2 | distância = tempo do echo em nível alto * velocidade do som / 2 | ||
===Sensor Ultrassônico de Distância HC-SR04=== | |||
===Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T<ref></ref>=== | |||
O Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T foi desenvolvido para aperfeiçoar projetos de robótica e microeletrônica, mostrando-se ideal para calcular a distância com precisão de objetos entre ~25cm à ~1,5 metros. | |||
O principal diferencial do Sensor Ultrassônico JSN-SR04T é sua ampla e eficiente resistência à umidade, sendo principalmente utilizado em ambientes úmidos, permitindo manter ampla distância do microcontrolador já que possui fio com 2,5 metros de comprimento, no entanto lembramos que o sensor não pode ser submerso na água. | |||
De forma a facilitar a ligação entre o Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T e o Arduino, por exemplo, acompanha um módulo especialmente desenvolvido para atuar em conjunto com microcontroladores, possuindo 4 portas de conexão: 5V (VCC), Trig (RX), Echo (TX) e GND. | |||
O Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T possui funcionamento muito semelhante ao Sensor Ultrassônico de Distância HC-SR04, onde permite utilizar o mesmo código de programação. | |||
===Laboratório 5: Sensor Ultrassônico=== | ===Laboratório 5: Sensor Ultrassônico=== |
Edição das 18h29min de 30 de setembro de 2024
Arduíno: Sensores e Atuadores
O Arduíno pode ler sensores e acionar atuadores através dos pinos de entrada/saída, sejam elas digitais ou analógicas.
Informações sobre Arduíno
Sensor de Luminosidade LDR
O Sensor de luminosidade (LDR) (Light Dependent Resistor) é um resistor dependente de luz ou fotoresistor, o qual varia sua resistência em função da luminosidade.
Os sensores baseados em resistência variável utilizam a estrutura divisor de tensão para obter uma tensão variável que pode ser lida por uma entrada analógica do Arduíno.
Laboratório 1: Sensor de luminosidade LDR
- Montar hardware com o sensor LDR, conforme mostrado na figura acima.
- Testar o código exemplo Arquivo/Exemplos/Analog/AnalogInput, e verificar o valor da frequência do pulsar do led em função do valor da luminosidade.
- Carregar programa exemplo Arquivo/Exemplos/Basic/AnalogReadSerial e verificar o valor da entrada analógica gerada pelo LDR no monitor serial.
Projeto 1: Sistema indicador de luminosidade
- LDR
- Montar hardware com sensor LDR utilizando divisor de tensão para o sensor e uma coluna de 5 leds utilizando um resistor de proteção para cada led.
- Construir programa para ir acendendo os leds a medida que aumenta a luminosidade.
- Use o programa exemplo Arquivo/Exemplos/Basic/AnalogReadSerial para verificar como a luminosidade do ambiente interfere no LDR.
Sensor de Temperatura NTC 10k
O sensor de temperatura NTC 10k é um thermistor, isto é, um resistor cuja resistência varia com a temperatura, podendo medir de −90 °C a 130 °C.
Existem dois tipos de thermistores:
- NTC (Negative Temperature Coefficient), no qual a resistência diminui com o aumento da temperatura;
- PTC (Positive Temperature Coefficient), no qual a resistência aumenta com o aumento da temperatura.
Para leitura com o Arduíno, o sensor NTC 10k é utilizado numa estrutura com um divisor de tensão com um resistor de 10K Ω.
Esquema de ligação com Arduíno:
- Cálculo da resistência do NTC
- Na temperatura de 25 °C a resistência do NTC é 10 k Ω, variando linearmente com a temperatura.
- Portando, quando:
RNTC = 10k Ω (25 °C)
- Temos:
leitura_analógica = 512 (Vdivisor = 2,5V)
- Logo, para qualquer leitura analógica temos:
RNTC = 10k . (1023/leitura_analógica - 1)
- Equação de Steinhart–Hart
- A equação de Steinhart–Hart (https://en.wikipedia.org/wiki/Thermistor), detalha a operação do thermistor NTC relacionando a variação de temperatura (Kelvin) com a resistência (Ω).
- onde a, b e c são parâmetros de Steinhart–Hart específicos para cada dispositivo.
- Valores típicos para um thermistor com resistência de 10K Ω na temperatura de (25 °C = 298.15 K) é:
- a = 0.001129148,
- b = 0.000234125,
- c = 0.0000000876741.
Laboratório 2: Sensor de Temperatura com NTC
Monte o hardware para o sensor de temperatura NTC10k conectado a entrada analógica A0 do Arduíno.
Exemplo de código 1
Uso da biblioteca math.h
e implementação da equação de Steinhart–Hart.
//Sensor de temperatura NTC10k
#include <math.h>
const double a = 0.001129148; //
const double b = 0.000234125; //Parâmetros de Steinhart–Hart
const double c = 0.0000000876741; //
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
double R; //Resistência do NTC
double T; //Temperatura em Kelvin
int leitura; //Leitura analógica (0 a 1023)
leitura = analogRead(A0);
R = (10000.0 * ((float)1023/leitura - 1)); //Calcula valor de R em função da leitura
T = 1 / (a + (b * log(R)) + (c * pow(log(R),3))); //Equação de Steinhart–Hart
T = T - 273.15; //Converte Kelvin para Celcius
Serial.print("Temperatura: ");
Serial.print(T);
Serial.println(" oC");
delay(1000);
}
Observações:
- A função
log()
, utilizado no código exemplo, faz parte da bibliotecamath.h
[1] e é o logaritmo natural (ln). A função para o logaritmo base 10 serialog10
. - Código adaptado de [2].
Exemplo de código 2
Uso da biblioteca thermistor.h
, a qual implementa a equação de Steinhart–Hart e pode ser baixada de https://github.com/panStamp/thermistor.
#include "thermistor.h"
THERMISTOR thermistor(A0, // entrada analógica
10000, // resistência nominal a 25 ºC
3950, // coeficiente beta
10000); // resistor série
float temp;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
temp = thermistor.read(); // lê temperatura
Serial.print("Temperatura em 1/10 *C : ");
Serial.println(temp);
delay(5000);
}
Observações:
- Baseado no exemplo apresentado em[3].
Sensor de temperatura (LM35)
- Funcionamento do sensor LM35
- O LM35 é um circuito integrado exclusivo para medir temperatura com uma tensão de saída variando linearmente com a temperatura em graus Célsius.
- Na configuração básica este sensor mede temperaturas entre 2oC e 150oC, variando a saída em função da temperatura de 0 mV + 10mV por 1oC.
- Com a configuração mostrada em [4] é possível medir temperatura de -55oC e 150oC.
- Esquema de ligação com Arduíno
_______ | | | LM 35 | |_______| | | | (+5v) ----+ | +---- (Ground) | Analog Pin 0mV + 10mV / oC
- Leitura pela entrada analógica do Arduíno
- O valor de tensão (entre 0V e 5V) lido pelo Arduíno na entrada analógica é convertido um número digital com 10 bits de magnitude, ou seja, 210 (1024) valores (entre 0 e 1023).
- Para obter o valor de tensão, para uso no cálculo da temperatura, multiplica-se o valor digital obtido na leitura por 5/1023.
- Como a tensão medida pelo sensor varia de 0 mV + 10mV/1oC, se multiplicarmos por 100, teremos o valor em graus Celsius:
Laboratório 3: Sensor de temperatura LM35
- Monte o hardware com LM35 conforme a figura, utilizando a entrada analógica A0 para leitura.
- Carregue o código exemplo abaixo e verifique o funcionamento do sensor:
//Sensor de temperatura LM35
float valorSensor;
float temperatura;
void setup() {
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
valorSensor = analogRead(A0) * 5.0 / 1023.0;
temperatura = valorSensor * 100.0;
Serial.print("Temperatura: ");
Serial.println(temperatura);
delay(2000); //Tempo entre as leituras em ms
}
Sensor de Temperatura e Humidade DHT11
O DHT11 é um sensor de temperatura e humidade. Este sensor inclui um medidor de humidade resistivo e um sensor de temperatura tipo NTC conectado a um microcontrolador de 8 bits.
O DHT11 possui uma biblioteca com funções prontas para seu funcionamento (DHT11.zip). Há versões atualizadas desta biblioteca disponíveis em [5].
- Esquema de ligação com Arduíno
________ | | | DHT11 | |________| | | | | (5V) ----+ | +---- (GND) | Analog Pin 1
Laboratório 4: Sensor de temperatura DHT11
- Monte o hardware com DHT11 conforme a figura, utilizando a entrada analógica A1 para leitura.
- Baixe a biblioteca e salve no computador.
- A biblioteca DHT11, contida no arquivo DHT11.zip, é formada por dois arquivos:
- dht11.h
- dht11.cpp
- A biblioteca DHT11, contida no arquivo DHT11.zip, é formada por dois arquivos:
- Insira a biblioteca DHT11.zip no ambiente da IDE do Arduíno:
Sketch -> Incluir Biblioteca -> Adicionar biblioteca .ZIP
- As bibliotecas são instaladas por padrão no diretório:
~/Arduino/libraries
- Carregue o código exemplo abaixo e verifique o funcionamento do sensor:
//Sensor de temperatura LDHT11
#include <dht11.h>
dht11 sensor; //Inicializa sensor
void setup() {
Serial.begin(9600);
delay(1000);
}
void loop() {
sensor.read(A1);
Serial.print("Temperatura (oC): ");
Serial.println(sensor.temperature);
Serial.print("Unidade (%): ");
Serial.println(sensor.humidity);
delay(2000); //Tempo entre as leituras em ms
}
Projeto 2: Sistema de acionamento de equipamento de climatização
- LDR
- Montar hardware com sensor de temperatura (NTC, LM35 ou DHT11) e mais dois leds indicadores da temperatura ambiente (verde tempertura menor 25o e vermelho temperatura maior 25o).
- Utilizar uma saída digital para o acionamento de um led para simular o ligar/desligar do equipamento de climatização.
Sensor Ultrassônico
O sensor ultrassônico se baseia no envio de sinais ultrassônicos pelo sensor, que aguarda o retorno do sinal (echo), e com base no tempo entre envio e retorno, calcula a distância entre o sensor e o objeto detectado [6].
O acionamento do sensor ultrassônico é realizado enviando ao pino trigger um pulso com 10μs (1), o qual faz o sensor disparar um sinal com 8 pulsos de 40 KHz (2) e aguardar o retorno do echo do sinal em nível alto (3).
A distância entre o sensor e o objeto pode ser determinada pela equação:
distância = tempo do echo em nível alto * velocidade do som / 2
Sensor Ultrassônico de Distância HC-SR04
Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04TErro de citação: Marca <ref>
inválida;
refs sem nome devem possuir conteúdo
O Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T foi desenvolvido para aperfeiçoar projetos de robótica e microeletrônica, mostrando-se ideal para calcular a distância com precisão de objetos entre ~25cm à ~1,5 metros.
O principal diferencial do Sensor Ultrassônico JSN-SR04T é sua ampla e eficiente resistência à umidade, sendo principalmente utilizado em ambientes úmidos, permitindo manter ampla distância do microcontrolador já que possui fio com 2,5 metros de comprimento, no entanto lembramos que o sensor não pode ser submerso na água.
De forma a facilitar a ligação entre o Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T e o Arduino, por exemplo, acompanha um módulo especialmente desenvolvido para atuar em conjunto com microcontroladores, possuindo 4 portas de conexão: 5V (VCC), Trig (RX), Echo (TX) e GND.
O Sensor Ultrassônico de Distância JSN-SR04T possui funcionamento muito semelhante ao Sensor Ultrassônico de Distância HC-SR04, onde permite utilizar o mesmo código de programação.
Laboratório 5: Sensor Ultrassônico
Testar o exemplo de código para Sensor Ultrassônico:
const int trigPin = 4; //Trigger pino 4
const int echoPin = 5; //Echo pino 4
float distancia;
float duracao;
void setup() {
pinMode(trigPin, OUTPUT);
pinMode(echoPin, INPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
digitalWrite(trigPin, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin, LOW);
duracao = pulseIn(echoPin, HIGH);
//A função pulseIn espera o pino ir para HIGH,
//inicia um temporizador, e para o temporizador
//quando o pino voltar para LOW, retornando o
//tempo em microsegundos.
distancia = duracao * 0.034 / 2;
Serial.println(distancia);
delay(1000);
}
Outra opção é utilizar a biblioteca Ultrasonic.h, como mostrado em [6].
Referências
- ↑ https://www.arduino.cc/en/math/h
- ↑ http://playground.arduino.cc/ComponentLib/Thermistor2
- ↑ https://github.com/panStamp/thermistor/blob/master/examples/basicntc/basicntc.ino
- ↑ http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf
- ↑ https://github.com/adafruit/DHT-sensor-library
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 https://www.filipeflop.com/blog/sensor-ultrassonico-hc-sr04-ao-arduino/
Evandro.cantu (discussão) 09h35min de 17 de setembro de 2021 (-03)