2018年7月4日水曜日

Arduino実習2 - アナログ入力

センサの情報を入力

センサは物理的・化学的な何らかの量を電気信号に変換します．

センサはおおむね以下のいずれかに分類されます．
  • 抵抗値に変換する
  • 電圧に変換する
  • 電流に変換する
計算機に取り込む場合，アナログの電圧値をデジタルに変換する(A/D変換)が必要です．本実習ではArduinoを用いて行います．センサによっては，センサ内部でAD変換が行われ，SPIやI2Cといった通信規格に則って値を取り出す場合もあります．

明るさのセンシング

センサの例として，明るさをセンシングするCdSセルを使ってみます．入射する光が強くなると抵抗値が低下する素子です．

今回使うものはGL5516
電子部品を使うときにはデータシートに目を通して性質を確認するようにしましょう．CdSセルであれば，抵抗値はどのあたりで，光の強度に対する抵抗の変化はどれほどであるのかを確認します．

一般的に電子部品には極性があるものと無いものがあります．
CdSは極性は無いので，どちらの足を電圧高い方につないでも問題ありません．

Arduinoでは，ANALOG INと書かれたピンA0-A5から，電圧を読み取ることができます．5Vを1024段階，つまり0Vなら0，5Vなら1023の整数値が得られます．得られるのは当該ピンとGND(グランド，アース)との電位差です．

抵抗値を読み取るためには，抵抗値の変化を電圧の変化に変換する必要があります．どうするか?

値が固定の抵抗と直列に接続
全体に一定の電圧を印加
センサの抵抗値の変化によって，二つの抵抗の比が変化し，電圧降下の値が変わる．センサ側の電圧降下を読み取ってもよいし，固定抵抗側の電圧降下を読み取ってもよい．
固定抵抗の大きさをどうするかは，センサの出力の変化範囲に依存．
CdSセルの説明書には，暗所での抵抗(最大値)の10分の1程度と書かれているが，ちょっと大きいように思います．

実習

部品リスト

Arduino Uno R3(互換品)
CdSセル GL5516
抵抗 10k
ブレッドボード
USBケーブル
ワイヤ適宜

回路図

抵抗10kは茶黒橙金．抵抗の読み方は各自検索してください．

ワイヤで配線するとき，色は何を使ってもよいのですが，電子工作の場合，
電源+: 赤
GND: 黒
は守るべきかと．製作者自身が混乱しないように．

プログラム

int sensorPin = A0;
int sensorValue = 0;
int wait = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  sensorValue = analogRead(sensorPin);
  Serial.println(sensorValue);
  delay(wait);
}
analogRead()で，GNDと当該ピンの間の電位差をA/D変換した値が得られます．
Serial.println()で値を文字列に変換してシリアル通信でPC側に送ります．
シリアル通信を使う場合には，setup()でSerial.begin(通信速度)が必要です．
PC側ではシリアル通信で送られてきた結果を見ることができます．Arduino IDEでツール > シリアルモニタもしくはツール > シリアルプロッタを使います．

シリアルモニタの出力例: 生のデータを文字列とみなして表示

シリアルプロッタの出力例: 数値データを時系列グラフ化して表示

応用

抵抗値が変化するセンサ(曲げセンサ，圧力センサ，一部の加速度センサなど)にはこのまま応用できます．電圧が変化するタイプならば，電圧の範囲が0から5Vであれば直接analogRead()すればよいです．変化が微小な場合，オペアンプを使って信号を増幅する必要があります．

続く→ http://masa-memo.blogspot.com/2018/07/arduino3-mosfet.html
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