Перейти к содержанию

Датчики

Как превратить физическую величину в число, которое прочитает микроконтроллер: какие бывают датчики тока и температуры, как их подключать к АЦП и цифровым интерфейсам, какую точность ждать — с калькуляторами для расчёта по даташитам.

Датчик превращает физическую величину — ток, температуру, давление, ускорение — в электрический сигнал, а схема и микроконтроллер превращают его в число. В разделе — как устроены датчики, как их подключать и на какую точность рассчитывать, с расчётами по даташитам и стандартам.

Ток

  • Измерение тока — шунт и усилитель токового шунта, датчик Холла ACS712, трансформатор тока: где ставить шунт, какая погрешность и шум, как выбрать способ.
  • INA219 и INA226 — мониторы тока и мощности с I²C: выводы, адреса, расчёт калибровки, точность.
  • Калькулятор токового шунта — сопротивление и мощность шунта, выход усилителя, ток на код АЦП и полный бюджет погрешности по методике ST.

Температура

  • Датчики температуры — как выбрать: термистор NTC, Pt100 и Pt1000, термопара с MAX31855 и MAX31856, LM35, TMP36, LMT86, DS18B20, TMP117, SHT4x, BME280 и датчик STM32 — точность по даташитам, подключение, самонагрев, калибровка.
  • LM35 — аналоговый датчик 10 мВ/°C: выводы, точность исполнений, питание от 4 В, измерение ниже нуля, пересчёт кода АЦП.
  • Калькулятор термистора NTC — сопротивление и температура по уравнению Стейнхарта — Харта и модели с коэффициентом B, делитель для АЦП.
  • Калькулятор Pt100 и Pt1000 — сопротивление и температура платинового датчика по уравнению Каллендара — Ван Дюзена, допуск класса, ошибка проводов и самонагрев.
  • Калькулятор термопары — ЭДС и температура для типов K, J, T, E, N, S, R, B по таблицам NIST с компенсацией холодного спая.

Влажность

Давление

Свет, магнитное поле и положение

  • Датчики освещённости — фоторезистор, фототранзистор TEMT6000, цифровые BH1750, TSL2561, VEML7700 и OPT3001: диапазон, адреса I²C, пересчёт кода в люксы, ИК-засветка, размещение за окном.
  • Датчики Холла и магнитного поля — переключатели, защёлки и линейные датчики DRV5032, DRV5013, DRV5055, A1324, SS49E: пороги в мТл, подтяжка открытого стока, пересчёт напряжения в поле, счёт оборотов.
  • Энкодеры — квадратурный сигнал, режимы x1, x2 и x4, механический EC11 и дребезг, оптический HEDS-5540, магнитный AS5600, режим энкодера таймера STM32.
  • GPS-модули NEO-6M и NEO-M8N — системы, время первого решения, точность, питание 3,3 В и уровни, батарейка и антенна.
  • Разбор NMEA — поля GGA, RMC, GSV и других сообщений, контрольная сумма, координаты в градусах.

Подключение к микроконтроллеру

Аналоговые датчики подключают к АЦП: выход приводят к шкале АЦП делителем или усилителем, помехи срезают RC-фильтром, а точность оценивают вместе с опорным напряжением АЦП. Цифровые датчики отдают готовое число по I²C, SPI, 1-Wire или UART — там важны адрес, скорость шины и порядок чтения регистров.

Готовятся к публикации

Влажность: DHT11 и DHT22 · Тензодатчики и HX711

Частые вопросы

Чем аналоговый датчик отличается от цифрового?

Аналоговый выдаёт напряжение, ток или сопротивление, пропорциональное величине: его подключают к АЦП микроконтроллера, а точность зависит и от датчика, и от АЦП с опорным напряжением. Цифровой датчик сам оцифровывает сигнал и передаёт число по интерфейсу — I²C, SPI, 1-Wire или UART; погрешность у него указана в даташите сразу для всего тракта.

Как подключить датчик к АЦП микроконтроллера?

Выход датчика должен укладываться в шкалу АЦП — от нуля до опорного напряжения; если он больше, ставят делитель, если меньше — усилитель. Резистивные датчики, например термисторы, включают в делитель с постоянным резистором. Перед входом АЦП полезен RC-фильтр против помех, а шаг АЦП в единицах измеряемой величины считают как шаг напряжения, делённый на чувствительность датчика.

Смотрите также