Как сделать датчик вибрации с шариком внутри. Датчик вибрации ардуино. Рекомендуемые схемы подключения пьезоэлектрических датчиков с зарядовым выходом

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.

Датчик вибрации своими руками — дополненный простой системой крепления и несколькими спаянными «на весу» компонентами, пьезоэлемент может детектировать механические удары. Собственно датчик состоит из керамического пьезоэлемента и тонкого латунного диска. Такого рода сборка раньше использовалась во многих телефонных аппаратах в качестве источника вызывного сигнала или в наручных часах с будильником.

В зависимости от способа монтажа, датчик может воспринимать удары в направлении одной оси (Рисунок 16) или трех (Рисунок 16). Для одно осевого измерения припаяйте один край датчика к завернутому в монтажное основание винту. На противоположный край припаяйте груз, чтобы увеличить чувствительность датчика. Пара небольших крючков, прикрепленных к основанию, ограничивает движение датчика, не допуская поломки пьезоэлемента.

Если вы хотите, чтобы система была чувствительна к ударам в трех измерениях, один край датчика припаяйте к винту точно так же, как в первом случае. На другой край припаяйте винт с плоской потайной головкой, направленный в сторону, противоположную монтажному основанию. Используйте пару контр-гаек, чтобы увеличить полярный момент инерции конструкции. Положение контр-гаек определяет чувствительность пьезоэлемента. В обоих случаях, для того чтобы не нарушить соединение пьезоэлемента с латунным диском, время пайки должно быть минимально возможным.

На Рисунке 2 изображена простая схема сигнализации. При хорошем щелчке по пьезозлементу на 10-мегаомном резисторе R1 возникнет напряжение в несколько вольт. После этого микросхема сдвоенного таймера 1с1 в течение одной минуты будет включать питание звукового излучателя с периодичностью 1 с. Излучатель звука имеет собственную встроенную схему управления, генерирующую пронзительный сигнал со звуковым давлением 90 дБ.

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

Конечно, можно приобрести охранный блок в магазине. На рынке представлены различные девайсы. Но что делать, если вы не хотите переплачивать за разные опции. К тому же руки у вас растут откуда нужно. Нет проблем!

Можно собрать вполне приемлемый вариант самому. У этой автосигнализации нет ничего лишнего: управления центральным замком, радиобрелка. Зато самоделка обезопасит ваш автомобиль от проникновения при помощи концевых выключателей дверей и багажника. А также при помощи датчика удара-вибрации предупредит владельца об откручивании, например, колёс. Кстати, знаете ли вы, что отключить злоумышленнику такого рода сигнализацию гораздо сложнее. Он ведь не знает, что вы там могли внедрить. К тому же при отсутствии брелка степень защиты во много раз повышается,так как автожулики не смогут считать код (ведь известно, что большинство взломов происходит этим методом).

Схема устройства

Принцип работы заключается в следующем. Сигнал с A1 датчика вибрации поступает на усилитель, который выполнен на VT1, VT2 и управляет тиристором VS1. На базу транзистора VT2 также поступает сигнал от концевых выключателей дверей, капота, багажника. На транзисторах VT3,VT4 собран таймер, который управляет анодом тиристора VS1. В цепи базы VT3 используется конденсатор большой ёмкости C3. Благодаря чему при постановке на охрану надёжно спрятанном тумблером C3 начинает заряжаться через сирену автомобиля и цепь из резисторов R6,R7. В процессе заряда конденсатора VT3,VT4 будут закрыты, следовательно, тиристор VS1 заперт. Благодаря чему схема встаёт под охрану с некоторой задержкой, давая водителю время покинуть авто и закрыть дверь.

По прошествии 20 секунд конденсатор C3 набирает ёмкость, VT3 открывается и включает охрану в работу. Предположим, произошло воздействие на автомобиль или вскрытие какой-либо двери. Тиристор VS1 отпирается, начинает заряжаться C4 через VS1, VT4, R10. Тиристор устроен таким образом, что он остаётся открытым при прохождении постоянного тока. При закрывании двери (прекращении сигналов) тревожная сирена будет извещать владельца о проникновении. Если срабатывание датчиков произошло с появлением владельца, то за время заряда C4 (20 секунд) он отключит замаскированный тумблер. Если этого не сделать, то откроются VT5,VT6, включится реле KV1 , которое в свою очередь подключит сирену. Чтобы не беспокоить соседей и самому не бежать к автомобилю во время ложных срабатываний, как например проезжающий мимо грузовик, в данной автосигнализации реализована функция ограничения времени тревоги. Действует она следующим образом. Когда контакты KV1 замкнуты и ток протекает через R6,R7 , заряжается конденсатор C3. Через небольшое время закроются VT2, VT3, VS1, VT5, VT6 и реле KV1 отключится и снова возьмёт под охрану.

Какие детали можно использовать для реализации схемы. Требования к ним не критичные. Конденсаторы и резисторы любого типа, желательно малогабаритного. Реле KV1 с рабочим напряжением 12 вольт и током катушки в пределах 100 мА.Силовые контакты реле должны выдерживать ток в 5 А. Но можно снизить до 0,5 А, если применить промежуточное реле.

Датчик вибрации A1 не сложно изготовить самому. Он выполнен в виде катушки со стальным сердечником, от которого на небольшом расстоянии закреплен постоянный магнит на плоской пружине. При малейшем ударе по кузову автомобиля колебания через пружину передадутся на магнит. Тот в свою очередь создаст переменное магнитное поле, которое наведёт ЭДС в катушке. Последняя размером Ø10Χ15 мм мотается на сердечнике Ø3 мм из стали. Для обмотки используют медный провод 0,06...0,07 мм. Магнит с размерами 25Χ10Χ5 мм при помощи клея и ниток нужно закрепить на пружине. В качестве которой можно использовать пружину от будильника. Длина последней выбирается в пределах 60 — 80 мм. В процессе сборки датчика удара следует обратить внимание на то, чтобы магнит мог располагаться как можно ближе к боковой стороне катушки. Готовый датчик вибрации следует располагать в пространстве так, чтобы магнит имел возможность совершать колебания перпендикулярно поверхности земли.

Самодельный датчик вибрации

Теперь остаётся самое главное — спрятать тумблер, через который подаётся питание на схему. К этому вопросу стоит подойти с не меньшей ответственности. Поскольку вам придётся пользоваться им постоянно, ну а злоумышленник не должен его обнаружить.

Сегодня мы с вами поговорим о такой интересной штуке, как датчик вибрации, область ее применения зависит от вашей фантазии. Я, например, использовал его как датчик, для приклеив его к рамке, на которой установлена дверь. Теперь поговорим о самом устройстве. Схема датчика была разработана лично мной, и ее нет нигде в интернете - только на нашем сайте. Характеристики ее следующие: устройство начинает работать сразу после правильной сборки – то есть, не нуждается ни в каких настройках, которые мы с вами так не любим, чувствительность просто потрясающая - с десяти метров от него, исполняя какой нибудь танец, микроамперметр или светодиод начнет подтанцовывать вместе с вами. Вот сама схема датчика вибрации:

Микросхему LM358 использовал, так как она, на мой взгляд, является самым распространенным операционным усилителем, есть она в любом радиомагазине, и стоит копейки. В крайнем случае, ее можно выдрать из краба – универсального зарядного для аккумуляторов мобильных телефонов или из автомобильной сигнализации – там они часто встречаются в приемной части, еще можно заменить на LM324 – у нее плюс питания на четвертую ногу, а минус на одиннадцатую при этом конечно уже не соединяем восьмую и четвертую. Пьезодинамик покупаем или достаем из убитых калькуляторов, наручных часов, велосипедных пищалок и прочих пиликающих игрушек. Микроамперметр бывает в советских магнитофонах, усилителях или авометрах (древних тестерах). Пьезик можно заменить на светодиод или небольшой динамик с малым током потребления (около 20-ти миллиампер, тогда убираем R6). Резисторы R3, R5 – могут быть в пределах 1к до 3к3, главное чтоб они были одинакового номинала. Резистор R4 - влияет на чувствительность, меньше сопротивление - выше чувствительность (минимальное что я ставил 0, 33 ом – это подкрадываясь почувствует на расстоянии 5-6 метров). R1, R2 в пределах 47к … 220к тоже оба с одинаковыми номиналами. R6 как ограничение тока, подходит для микроамперметра и светодиода. Конденсаторы C1 и C2 от 1мк до 47мк. Питание датчика вибрации
возможно даже от литиевого аккумулятора 3,7 вольта, тогда для светодиода можно будет убрать R6. В принципе всё, если собрали все необходимые детали - можно начинать сборку. Собираем сначала схему датчика на ОУ и не трогаем пьезодинамик. Вариант изготовления платы смотрим здесь:

Теперь разбираемся с пьезо динамиком. У него есть середина из пьезоэлемента с напылением сверху для пайки, и пластина (обычно бронзовая или никелированное железо) на которой с одной стороны та самая середина из пьезоэлемента. Припаиваем к середине пьезоэлемента провод, другой его конец провода припаиваем к выводу 3 микросхемы, потом припаиваем пластину прямо на плату, а на противоположной от платы стороне к пьезодинамику прикрепляем пружину (для большей чувствительности) смотрим рисунок. Итак, датчик вибрации собран, можно проверять. Подключаем питание и ждем, пока пружина не успокоится. Когда на выходе будет "0” (не светится светодиод или микроамперметр показывает "0”), щелкаем пальцами или хлопаем, датчик должен отреагировать. Если все работает – отлично, если нет, проверьте, нет ли замыканий, правильно ли все соединили. Микросхема вообще должна быть рабочей, даже если вы ее выпаяли из какого нибудь устройства (на ней нет никакой нагрузки). Если интересно как этот датчик работает, читаем тут. У операционного усилителя есть два входа (один из них называют "+” другой "-”) и один выход. Если подаем на вход "+” напряжение больше чем на вход "-", на выходе имеем "+” если же наоборот на выходе будет "-". По схеме напряжение входе "+” меньше чем на входе "–" на пару милливольт и поэтому на выходе имеем "-". Теперь пьезо динамик - такая крутая вещь, что преобразует звук или вибрацию в напряжение (у меня от пьезодинамика даже светодиод светился, просто ударяя по нему карандашом), и он при вибрации увеличивает напряжение на входе "+”и, следовательно, имеем на выходе тоже "+”. Заранее благодарю за повторение моих конструкции. Автор статьи - Леша "левша", устройство испытал: АКА.