Arduino Atmospheric Tape Measure/ MS5611 GY63 GY86 Επίδειξη: 4 Βήματα (με Εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Αυτό είναι πραγματικά ένα βαρόμετρο/υψόμετρο, αλλά θα δείτε τον λόγο του τίτλου κοιτάζοντας το βίντεο.

Ο αισθητήρας πίεσης MS5611, που βρίσκεται στις σανίδες Arduino GY63 και GY86, προσφέρει εκπληκτική απόδοση. Σε μια ήρεμη μέρα θα μετρήσει το ύψος σας στα 0,2μ. Αυτό μετρά αποτελεσματικά την απόσταση από το κεφάλι σας στο εξωτερικό διάστημα και την αφαιρείτε από την απόσταση των ποδιών σας στο εξωτερικό διάστημα (μετρώντας την πίεση - δηλαδή το βάρος του αέρα πάνω). Αυτή η θεαματική συσκευή έχει μια εμβέλεια που θα μετρήσει άνετα το ύψος του Έβερεστ - και μπορεί επίσης να μετρήσει σε μερικές ίντσες.

Αυτό το έργο είχε ως στόχο: ένα σχολικό έργο, ένα παράδειγμα τροποποίησης του κώδικα Arduino και ένα καλό σημείο εκκίνησης για εξερεύνηση χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα MS5611. Υπάρχουν πολλές ερωτήσεις στο φόρουμ από εκείνους που αντιμετωπίζουν δυσκολίες με αυτόν τον αισθητήρα. Η προσέγγιση εδώ καθιστά τη χρήση του πολύ απλή. Αφού κάνετε αυτό το έργο, θα είστε καλά εξοπλισμένοι για να αναπτύξετε άλλες εφαρμογές που σχετίζονται με την πίεση.

Κάθε αισθητήρας έχει τις δικές του σταθερές βαθμονόμησης που πρέπει να διαβαστούν και να χρησιμοποιηθούν για τη διόρθωση των δεδομένων. Υπάρχει μια βιβλιοθήκη διαθέσιμη για να σας βοηθήσει να τα οδηγήσετε. Ο κώδικας που εμφανίζεται εδώ χρησιμοποιεί τη βιβλιοθήκη για λήψη μετρήσεων και στη συνέχεια τις μετατρέπει σε ύψος και τις εμφανίζει σε ασπίδα LCD.

Πρώτα θα στείλουμε τα δεδομένα στη σειριακή οθόνη στον υπολογιστή/φορητό υπολογιστή για αρχικές δοκιμές. Αυτά δείχνουν λίγο θόρυβο και έτσι προσθέτουμε ένα φίλτρο για να εξομαλυνθούν. Στη συνέχεια, θα προσθέσουμε μια οθόνη LCD έτσι ώστε η μονάδα να μπορεί να λειτουργεί ανεξάρτητα και να δοκιμάσετε να μετρήσετε το ύψος σας - ή οτιδήποτε άλλο.

Σημειώστε ότι ο πίνακας GY63 διαθέτει τον αισθητήρα πίεσης MS5611. Το GY86 ονομάζεται σανίδα ελευθερίας 10 μοιρών και περιλαμβάνει επίσης επιταχυνσιόμετρο 3 αξόνων, γυροσκόπιο 3 αξόνων και μαγνητόμετρο 3 αξόνων για λίγα μόνο $ παραπάνω.

Θα χρειαστείτε:

1. Arduino UNO (ή άλλο με τυπικό pinout) και το καλώδιο USB του

2. GY63 breakout board ή GY86

3. 4 Καλώδιο Dupont αρσενικό -θηλυκό - ή καλώδιο σύνδεσης

4. Ασπίδα πληκτρολογίου LCD Arduino

5. Μπαταρία και καλώδιο 9v

6. Λωρίδα υποδοχής 2,54 mm (προαιρετική αλλά συνιστάται)

Παρασκευή

Κατεβάστε το Arduino IDE (ολοκληρωμένο περιβάλλον ανάπτυξης) από:

Μερικά τεχνικά κομμάτια για τόκους

Το MS5611 αποδίδει τη μεγάλη του απόδοση με μέσο όρο μεγάλου αριθμού μετρήσεων. Μπορεί να κάνει αναλογικές μετρήσεις 4096 3 byte (24bit) σε μόλις 8ms και να δώσει τη μέση τιμή. Πρέπει να μετρήσει τόσο την πίεση όσο και τη θερμοκρασία, έτσι ώστε τα δεδομένα πίεσης να μπορούν να διορθωθούν για την εσωτερική θερμοκρασία. Ως εκ τούτου, μπορεί να αποδώσει περίπου 60 ζεύγη μετρήσεων πίεσης και θερμοκρασίας ανά δευτερόλεπτο.

Το φύλλο δεδομένων είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση:

Η επικοινωνία γίνεται μέσω I2C. Έτσι, άλλοι αισθητήρες I2C μπορούν να μοιράζονται το δίαυλο (όπως συμβαίνει στην πλακέτα GY86 10DOF όπου όλα τα τσιπ είναι στο I2C).

Βήμα 1: Αποκτήστε μια Βιβλιοθήκη MS5611

Πολλοί από τους αισθητήρες Arduino είτε χρησιμοποιούν μια τυπική βιβλιοθήκη που περιλαμβάνεται στο Arduino IDE είτε παρέχονται με ένα αρχείο zip με μια βιβλιοθήκη που μπορεί να εγκατασταθεί εύκολα. Αυτό δεν τείνει να ισχύει για τους αισθητήρες MS5611. Ωστόσο, βρέθηκε μια αναζήτηση: https://github.com/gronat/MS5611 που διαθέτει βιβλιοθήκη για το MS5611, συμπεριλαμβανομένης της διόρθωσης της θερμοκρασίας.

Επιλογή 1

Μεταβείτε στον παραπάνω ιστότοπο, κάντε κλικ στο «Κλωνοποίηση ή Λήψη» και επιλέξτε «Λήψη ταχυδρομείου». Αυτό θα πρέπει να παραδώσει το MS5611-master.zip στον κατάλογο λήψεων. Τώρα, αν το επιθυμείτε, μετακινήστε το σε ένα φάκελο όπου μπορείτε να το βρείτε στο μέλλον. Χρησιμοποιώ έναν κατάλογο που ονομάζεται «δεδομένα» που προστίθεται στους φακέλους μου στο Arduino.

Δυστυχώς, το αρχείο.zip που έχει ληφθεί δεν περιλαμβάνει παραδείγματα σκίτσων και θα ήταν ωραίο να προσθέσετε τη βιβλιοθήκη και παραδείγματα στο Arduino IDE. Υπάρχει ένα ελάχιστο παράδειγμα στο αρχείο README.md που μπορεί να αντιγραφεί και να επικολληθεί σε ένα σκίτσο και να αποθηκευτεί. Αυτός είναι ένας τρόπος για να προχωρήσετε.

Επιλογή 2

Για να διευκολύνουμε την εκτέλεση του κώδικα σε αυτό το εκπαιδευτικό, πρόσθεσα το ελάχιστο παράδειγμα παραπάνω και τα παραδείγματα που εμφανίζονται εδώ στη βιβλιοθήκη και επισυνάπτω ένα αρχείο.zip παρακάτω που θα εγκατασταθεί στο Arduino IDE.

Κατεβάστε το αρχείο zip παρακάτω. Αν θέλετε, μετακινήστε το σε έναν καλύτερο φάκελο.

Ξεκινήστε το Arduino IDE. Κάντε κλικ στο Sketch> Include Library> Add zip file και επιλέξτε το αρχείο. Επανεκκινήστε το IDE. Το IDE θα έχει και τα δύο εγκατεστημένη τη βιβλιοθήκη συν όλα τα παραδείγματα που εμφανίζονται εδώ. Ελέγξτε κάνοντας κλικ στο Αρχείο> παραδείγματα >> MS5611-master. Θα πρέπει να αναφέρονται τρία σκίτσα.

Βήμα 2: Συνδέστε τον αισθητήρα στο Arduino και δοκιμάστε

Οι πίνακες GY63/GY86 συνήθως συνοδεύονται από κεφαλίδες αλλά δεν συγκολλούνται. Επομένως, είναι δική σας επιλογή είτε να κολλήσετε τις κεφαλίδες στη θέση τους και να χρησιμοποιήσετε αρσενικά-θηλυκά καλώδια Dupont, είτε (όπως αποφάσισα) να κολλήσει καλώδια απευθείας στον πίνακα και να προσθέσετε καρφίτσες στο καλώδιο για να συνδέσετε το Arduino. Η τελευταία επιλογή είναι καλύτερη αν νομίζετε ότι μπορεί να θέλετε να συγκολλήσετε τον πίνακα σε ένα έργο αργότερα. Το πρώτο είναι καλύτερο αν θέλετε να χρησιμοποιήσετε τον πίνακα για πειραματισμούς. Τα καλώδια χωρίς συγκόλληση είναι πολύ πιο εύκολα από μια κεφαλίδα καρφιτσών.

Οι απαιτούμενες συνδέσεις είναι:

GY63/GY86 Arduino

VCC - 5v Power GND - GND Ground SCL - A5 I2C ρολόι> SDA - A4 I2C δεδομένα

Συνδέστε την πλακέτα αισθητήρων στο Arduino όπως παραπάνω και συνδέστε το Arduino στον υπολογιστή/φορητό υπολογιστή μέσω του καλωδίου USB. Καλύψτε επίσης τον αισθητήρα με κάποιο αδιαφανές/μαύρο υλικό. Ο αισθητήρας είναι ευαίσθητος στο φως (όπως συμβαίνει για τους περισσότερους αυτού του τύπου αισθητήρες).

Ξεκινήστε το Arduino IDE. Κάντε κλικ:

Αρχείο> παραδείγματα >> MS5611-master> MS5611data2serial.

Μια νέα παρουσία του IDE θα εμφανιστεί με το σκίτσο. Κάντε κλικ στο κουμπί μεταφόρτωσης (δεξί βέλος).

Στη συνέχεια, ξεκινήστε το σειριακό σχεδιαστή - κάντε κλικ στην επιλογή Εργαλεία> Σειριακός σχεδιαστής και, εάν είναι απαραίτητο, ορίστε το baud στο 9600. Τα δεδομένα που αποστέλλονται είναι η πίεση στα Pascals. Μετά από ένα δευτερόλεπτο περίπου, θα αλλάξει κλίμακα και το ανέβασμα και κατέβασμα του αισθητήρα κατά 0,3μ θα πρέπει να εμφανίζεται ως μείωση και ανύψωση του ίχνους (μικρότερο ύψος είναι μεγαλύτερη πίεση).

Τα δεδομένα έχουν κάποιο θόρυβο. Δείτε την πρώτη πλοκή παραπάνω. Αυτό μπορεί να εξομαλυνθεί χρησιμοποιώντας ένα ψηφιακό φίλτρο (ένα πραγματικά χρήσιμο εργαλείο).

Η εξίσωση φίλτρου είναι:

τιμή = τιμή + Κ (νέα τιμή)

όπου «τιμή» είναι τα φιλτραρισμένα δεδομένα και «νέα» είναι η τελευταία μέτρηση. Αν K = 1 δεν υπάρχει φιλτράρισμα. Για χαμηλότερες τιμές Κ τα δεδομένα εξομαλύνονται με χρονική σταθερά Τ/Κ όπου Τ είναι ο χρόνος μεταξύ των δειγμάτων. Εδώ το Τ είναι περίπου 17ms, οπότε η τιμή 0,1 δίνει μια χρονική σταθερά 170ms ή περίπου 1/6 δευτερόλεπτα.

Το φίλτρο μπορεί να προστεθεί από:

Προσθέστε μια μεταβλητή για τα φιλτραρισμένα δεδομένα πριν από τη ρύθμιση ():

float φιλτραρισμένο = 0;

Στη συνέχεια, προσθέστε την εξίσωση φίλτρου μετά την πίεση =…. γραμμή.

φιλτραρισμένο = φιλτραρισμένο + 0,1*(φιλτραρισμένο υπό πίεση).

Είναι καλή ιδέα να αρχικοποιήσετε τη φιλτραρισμένη τιμή στην πρώτη ανάγνωση. Προσθέστε λοιπόν μια δήλωση «αν» γύρω από την παραπάνω γραμμή που το κάνει αυτό, έτσι ώστε να μοιάζει:

αν (φιλτραρισμένο! = 0) {

φιλτραρισμένο = φιλτραρισμένο + 0,1*(φιλτραρισμένο υπό πίεση). } else {φιλτραρισμένο = πίεση? // η πρώτη ανάγνωση έτσι ορίστηκε φιλτραρισμένη σε ανάγνωση}

Το τεστ «! =» Δεν είναι «ίσο». Επομένως, εάν το "φιλτραρισμένο" δεν είναι ίσο με 0, η εξίσωση φίλτρου εκτελείται, αλλά αν είναι, τότε ρυθμίζεται στην ένδειξη πίεσης.

Τέλος, πρέπει να αλλάξουμε την "πίεση" σε "φιλτραρισμένη" στη δήλωση Serial.println, ώστε να δούμε τη φιλτραρισμένη τιμή.

Η καλύτερη μάθηση επιτυγχάνεται κάνοντας τις παραπάνω αλλαγές χειροκίνητα. Ωστόσο, τα συμπεριέλαβα στο παράδειγμα MS5611data2serialWfilter. Έτσι, εάν υπάρχουν προβλήματα, το παράδειγμα μπορεί να φορτωθεί.

Τώρα ανεβάστε τον κώδικα στο Arduino και δείτε τη βελτίωση. Δείτε το δεύτερο διάγραμμα παραπάνω και σημειώστε ότι η κλίμακα Υ είναι διευρυμένη x2.

Δοκιμάστε μια χαμηλότερη τιμή για τη σταθερά φίλτρου, ας πούμε 0,02 αντί για 0,1 και δείτε τη διαφορά. Τα δεδομένα είναι πιο ομαλά αλλά με πιο αργή απόκριση. Αυτός είναι ένας συμβιβασμός που πρέπει να αναζητηθεί όταν χρησιμοποιείτε αυτό το απλό φίλτρο. Το χαρακτηριστικό είναι το ίδιο με ένα φίλτρο RC (αντίσταση και χωρητικότητα) που χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Βήμα 3: Κάντε το αυτόνομο

Τώρα θα προσθέσουμε μια ασπίδα πληκτρολογίου LCD, θα μετατρέψουμε την πίεση σε ύψος σε μέτρα και θα την εμφανίσουμε στην οθόνη. Θα προσθέσουμε επίσης τη δυνατότητα μηδενισμού της τιμής πατώντας το κουμπί «Επιλογή» του πληκτρολογίου.

Με την ασπίδα LCD στο Arduino ο αισθητήρας θα πρέπει να συνδεθεί με την ασπίδα LCD. Δυστυχώς, οι ασπίδες LCD συνήθως έρχονται χωρίς τις κατάλληλες πρίζες. Έτσι, οι επιλογές είναι να κάνετε συνδέσεις συγκόλλησης ή να πάρετε κάποια λωρίδα πρίζας. Η λωρίδα υποδοχής είναι διαθέσιμη στο ebay για πολύ περισσότερο από το κόστος των ταχυδρομικών αποστολών. Κάντε μια αναζήτηση στο ‘2,54mm socket strip’ και αναζητήστε αυτά που είναι παρόμοια με αυτά στο Arduino. Αυτά συνήθως έρχονται σε μήκη 36 ή 40 ακίδων. Θα απέφευγα τις περιστρεφόμενες καρφίτσες καθώς δεν είναι αρκετά βαθιές για τυπικούς αγωγούς Dupont.

Η λωρίδα υποδοχής πρέπει να κοπεί σε μήκος και η κοπή πρέπει να γίνει στο ίδιο σημείο με μια καρφίτσα. Έτσι, για μια λωρίδα 6 ακίδων - αφαιρέστε την 7η καρφίτσα με μερικές λεπτές πένσες και, στη συνέχεια, κόψτε σε εκείνο το σημείο χρησιμοποιώντας ένα μικρό πριόνι. Στέλνω τα άκρα για να είναι τακτοποιημένα.

Βεβαιωθείτε ότι δεν υπάρχουν γέφυρες συγκόλλησης όταν τις κολλάτε στον πίνακα.

Με την κατάλληλη απόφαση για τη σύνδεση του αισθητήρα, συνδέστε την ασπίδα LCD στο Arduino και συνδέστε τον αισθητήρα με τις ίδιες ακίδες - αλλά τώρα στην ασπίδα LCD.

Επίσης ετοιμάστε την μπαταρία και το καλώδιο. Συμπλήρωσα το προβάδισμά μου από μέρη στον κάδο απορριμμάτων, αλλά είναι επίσης διαθέσιμα στο ebay - συμπεριλαμβανομένης μιας ωραίας επιλογής που περιλαμβάνει κουτί μπαταρίας και διακόπτη. Αναζήτηση στο «καλώδιο PP3 2,1mm».

Η τρέχουσα κατανάλωση είναι περίπου 80ma. Επομένως, εάν θέλετε να τρέξετε για περισσότερα από λίγα λεπτά, σκεφτείτε μια μεγαλύτερη μπαταρία 9v από το PP3.

Βήμα 4: Προσθέστε κωδικό για υψόμετρο και την οθόνη LCD

Πρέπει να κάνουμε λίγο περισσότερη κωδικοποίηση για να μετατρέψουμε την πίεση σε ύψος και να οδηγήσουμε την οθόνη.

Στην αρχή του σκίτσου προσθέστε τη βιβλιοθήκη οθόνης και πείτε αυτό ποιες καρφίτσες χρησιμοποιούνται:

#περιλαμβάνω

// προετοιμάστε τη βιβλιοθήκη με τους αριθμούς των ακίδων διεπαφής LiquidCrystal lcd (8, 9, 4, 5, 6, 7).

Στη συνέχεια χρειαζόμαστε μερικές μεταβλητές και μια λειτουργία για να διαβάσουμε τα κουμπιά του πληκτρολογίου. Όλα αυτά συνδέονται με την αναλογική είσοδο A0. Κάθε κουμπί δίνει διαφορετική τάση στο A0. Μια αναζήτηση στον «κωδικό κουμπιών arduino lcd shield» βρήκε έναν καλό κώδικα στη διεύθυνση:

www.dfrobot.com/wiki/index.php/Arduino_LCD_KeyPad_Shield_(SKU:_DFR0009)#Sample_Code

Προσθέστε αυτόν τον κωδικό πριν από τη ρύθμιση ():

// καθορίστε ορισμένες τιμές που χρησιμοποιούνται από τον πίνακα και τα κουμπιά

int lcd_key = 0; int adc_key_in = 0; #define btnRIGHT 0 #define btnUP 1 #define btnDOWN 2 #define btnLEFT 3 #define btnSELECT 4 #define btnNONE 5 // read the buttons int read_LCD_buttons () {adc_key_in = analogRead (0); // διαβάστε την τιμή από τον αισθητήρα // τα κουμπιά μου κατά την ανάγνωση είναι κεντραρισμένα σε αυτές τις τιμές: 0, 144, 329, 504, 741 // προσθέτουμε περίπου 50 σε αυτές τις τιμές και ελέγχουμε αν είμαστε κοντά αν (adc_key_in> 1000) επιστροφή btn ΚΑΝΕΝΑ? // Κάνουμε αυτήν την 1η επιλογή για λόγους ταχύτητας, καθώς θα είναι το πιο πιθανό αποτέλεσμα εάν (adc_key_in <50) επιστρέψει btnRIGHT. if (adc_key_in <250) return btnUP? if (adc_key_in <450) return btnDOWN? if (adc_key_in <650) return btnLEFT? if (adc_key_in <850) επιστροφή btnSELECT? επιστροφή btn ΚΑΝΕΝΑ? // όταν αποτύχουν όλοι οι άλλοι, επιστρέψτε το…}

Το υψόμετρο συνήθως μηδενίζεται στο σημείο εκκίνησης. Άρα χρειαζόμαστε μεταβλητές τόσο για το ύψος όσο και για την αναφορά. Προσθέστε αυτά πριν από τη ρύθμιση () και την παραπάνω συνάρτηση:

float mtr?

float ref = 0;

Η μετατροπή από πίεση σε Pascals σε μέτρα είναι σχεδόν ακριβώς διαίρεση με 12 στο επίπεδο της θάλασσας. Αυτός ο τύπος είναι καλός για τις περισσότερες μετρήσεις εδάφους. Υπάρχουν πιο ακριβείς τύποι που είναι πιο κατάλληλοι για μετατροπή σε μεγάλα υψόμετρα. Χρησιμοποιήστε αυτά εάν πρόκειται να το χρησιμοποιήσετε για να καταγράψετε το ύψος μιας πτήσης με μπαλόνι.

Η αναφορά θα πρέπει να ρυθμιστεί στην πρώτη ένδειξη πίεσης, ώστε να ξεκινήσουμε σε μηδενικό ύψος και όταν πατηθεί το κουμπί SELECT. Προσθέστε, μετά τον κώδικα φίλτρου και πριν από τη δήλωση Serial.println:

αν (ref == 0) {

ref = φιλτραρισμένο/12,0; } if (read_LCD_buttons () == btnSELECT) {ref = filtered/12.0; }

Μετά από αυτό, προσθέστε τον υπολογισμό ύψους:

mtr = ref - φιλτραρισμένο/12,0;

Τέλος, αλλάξτε τη δήλωση Serial.println για να στείλετε "mtr" αντί για "φιλτραρισμένο" και προσθέστε κώδικα για να στείλετε "mtr" στην οθόνη LCD:

Serial.println (mtr); // Αποστολή πίεσης μέσω σειριακής (UART)

lcd.setCursor (0, 1); // γραμμή 2 lcd.print (mtr);

Όλες οι αλλαγές εδώ περιλαμβάνονται στο παράδειγμα MS5611data2lcd. Φορτώστε το όπως στο βήμα 2.

Υπάρχει ένα τελευταίο mod που είναι χρήσιμο. Η οθόνη είναι δύσκολο να διαβαστεί όταν ενημερώνεται 60 φορές το δευτερόλεπτο. Το φίλτρο μας εξομαλύνει τα δεδομένα με σταθερά χρόνου περίπου 0,8s. Επομένως, η ενημέρωση της οθόνης κάθε 0,3 δευτερόλεπτα φαίνεται αρκετά.

Προσθέστε λοιπόν έναν μετρητή μετά από όλους τους άλλους ορισμούς μεταβλητών στην αρχή του σκίτσου (π.χ. μετά από float ref = 0;):

int i = 0;

Στη συνέχεια, προσθέστε κώδικα στην προσθήκη "i" και μια δήλωση "αν" για εκτέλεση όταν φτάσει στο 20 και, στη συνέχεια, επαναφέρετε το στο μηδέν και μετακινήστε τις εντολές σειριακής και lcd εντός της δήλωσης "εάν", έτσι ώστε αυτές να εκτελούνται μόνο κάθε 20η ανάγνωση:

i += 1;

εάν (i> = 20) {Serial.println (mtr); // Αποστολή πίεσης μέσω σειριακής (UART) lcd.setCursor (0, 1); // γραμμή 2 lcd.print (mtr); i = 0; }

Δεν συμπεριέλαβα ένα παράδειγμα με αυτήν την τελευταία τροποποίηση, προκειμένου να ενθαρρύνω τη μη αυτόματη εισαγωγή του κώδικα που βοηθά στη μάθηση.

Αυτό το έργο θα πρέπει να δώσει ένα καλό σημείο εκκίνησης, για παράδειγμα, για ένα ψηφιακό βαρόμετρο. Για όσους μπορεί να θέλουν να εξετάσουν τη χρήση σε μοντέλα RC - αναζητήστε το OpenXvario για κώδικα που επιτρέπει υψόμετρο και παραλλαγόμετρο για συστήματα τηλεμετρίας Frsky και Turnigy 9x.