1

MATERIJAL ZA ISPIT IZ PREDEMETA SENZORI I PRETVARAČI

2

SADRŽAJ

TEST-PITANJA ............................................................................................................................................ 3

ZADACI ...................................................................................................................................................... 7

VEŽBE ...................................................................................................................................................... 10

HALL-OVI SENZORI .............................................................................................................................. 11

KONTROLA NIVOA VLAŽNOSTI DHT11 SENZOROM POMOĆU ARDUINO PLATFORME .................. 16

POSTUPAK UPRAVLJANJA STEP MOTORA 28-BYJ48 I POMOĆU ARDUINO UNO PLATFORME ....... 24

KONTROLA PIR SENZORA HC-SR501 POMOĆU ARDUINO PLATFORME .......................................... 29

3

TEST-PITANJA

1. Aktuatori su:

a) Uredjaji koji električnu energiju pretvaraju u mehanički rad ili obrnuto. b) Uredjaji koji kontrolisu napon unutar sistema

c) Uredjaji koji detektuju napoinske ili strujne promene na ulazima proiyvodnih sistema

2. Senzori su:

a) urejdaji koji menjaju neko svoje svojstvo (električno, hemijsko, fizičko) pod uticajem neke fizičke pojave,

b) Uredjaji koji kontrolišu napon ili struju unutar sistema c) Uradjeni koji uticu na brzinu rada mašine.

3. Navesti parametere koji karakterišu rad senzora.

4. Osetljivost senzora predstavlja:

a) Prvi izvod izlaznog signala u funkciji merenoj veličini b) Reakcija uredjaj na promene parametara sredine

c) Prvi izvod ulaznog signala u u funkciji vremena

5. Selektivnost senzora predstavlja:

a) količnik osetljivosti senzora na neku uticajnu veličinu ili parazitni parameter b) stepen odstupanja dobijene izlazne veličine u odnosnu na ulaznu veličinu c) brzina konvertovanja ulazne u izalznu veličinu.

6. Rezolucija senzora predstavlja:

a) broj različitih vrednosti veličine koja se dobija na izlazu senzora. b) srednja vrednost broja različitih vrednosti koje se mogu dobiti na izlazu senzora. c) Minimaln vrednost koja se može dobiti na izlazu senzora.

7. Ofset senzora predstalvja:

a) vrednost izlazne veličine koja se dobija kada je merena veličina minimlana b) vrednost izlazne veličine koja se dobija kada je merena veličina maksimalna c) vrednost izlazne veličine koja se dobija kada je merena veličina jednaka nuli.

8. Nelinearnost senzora predstavlja:

a) najveće odstupanje od linearne karakteristike podeljeno sa opsegom senzora, izraženo u procentima.

b) minmalno odstupanje od linearne karakteristike podeljeno sa opsegom senzora, izraženo u procentima.

c) Srednje odstupanje od linearne karakteristike podeljeno sa opsegom senzora, izraženo u procentima.

4

9. Šum senzora se može izraziti preko: a) gustine spektralne snage šuma kada odziv ima različite učestanosti (dB/Hz) b) gustine spektralne snage šuma kada odziv ima konstantnu učestanost (dB/Hz) c) gustine spretralne snage šuma kada odziv ima maksimlanu učestanost (dB/Hz)

10. Šum –senzora se može izraziti: a) preko logaritamskog odnosa ukupne snage šuma i minimalne snage signala na izlazu senzora

(dB)

b) preko logaritamskog odnosa ukupne snage šuma i ukupne snage signala na izlazu senzora (dB) c) preko logaritamskog odnosa ukupne snage šuma i maksimlane snage signala na izlazu senzora

(dB)

11. Reverzibilnost senzora – predstavlja_ a) sposobnost senzora da prilikom uzastopnog izlaganja istoj brojnoj vrednosti merene veličine na

izlazu da istu vrednost električne veličine b) sposobnost senzora da prilikom izlaganja različitoj brojnoj vrednosti merene veličine na izlazu da

istu vrednost električne veličine c) sposobnost senzora da prilikom uzastopnog izlaganja istoj brojnoj vrednosti merene veličine na

izlazu da različitu vrednost električne veličine 12. Definisati pasivne senzore

13. Definisati aktivne senzore

14. Navesti najčešću podelu senzora fizičkih veličina - globalna podela 15. Navesti najčešće tipove senzora karakterstika fluida -globalna podela 16. Navesti najčešće tipove senzora temeprature - globalna podela 17. Navesti najčešće tipove senzora magnentog polja - globalna podela 18. Navesti najčešće tipove senzora za merenje hemijsko bioloških veličina 19. Objasniti podelu senzora po vrstama izlaznih signala

20. Objasniti postupka digitlaizacije signala.

21. Objasniti Seebeck-ov efekat

22. Sta označva ASTM Standard E230 23. Šta označava British BS1843: standard 24. Šta označava French NFE standard 25. Otpornički detektori temperature ili RDT

a) Predstavljaju tanke žičane naprave koje mere temperaturu na osnovu pozitivnog temperaturnog koeficijenta električnog otpora metala.

b) Predstalvja tanke žičane naprave koje mere temperaturu na osnovu negativnog temperaturnog koeficijenta električnog otpora metala.

c) Predstavlja tanke žičane naprave koje mere temperaturu na osnovu njene spoljašnje vrednosti 26. Navesti karakteristike RDT senzora.

27. Predstaviti formulu temepraturne zavisnoti RTD senzora.

28. Dati matematički izraz promene otpora sa temperaturom kod termistora i u temperaturnom opsegu (od -50C do 100C) .

29. Navesti prednsoti thermistor akao senzora temperature

30. Navesti nedostatke termistora kao senzora temepreature

5

31. Navesti osnovne karaktertike poluprovodničkh materijala 32. Navesti osnovne karakteristike prekidačkih didoa 33. Nacrtati izlaznu karakteristku prekdiačkih dioda 34. Oblast primenr prekidačkih dioda 35. Navesti osnovne karakteristike zener dioda

36. Nacrtatit izlaznu karakterstiku Zener dioda

37. Oblast primene Zener dioda

38. Navesti osnovne karakteristike Šotkijevih didoa 39. Oblast primene Zener dioda

40. Navesti karakteristke LED dioda

41. Oblast primene LED dioda

42. Objasniti prinicp rada LED diode

43. Navesti karakteristke Foto dioda

44. Oblast primene Foto dioda

45. Objasniti prinicp rada kapacitivnog senzora

46. Navesti oblasti primene kapacitivnig senzora

47. Navesti principe realizacije kapacitivnig senzora

48. Navesti oblasti primene magnetnih senzora

49. Objasniti konstrukciju i princip rada induktivnih senzora.

50. Navesti oblasti primene induktivnih senzora

51. Hall efekat

52. Hallovi senzori

53. Navesti kategorije postupaka za merenje pritiska

54. Tenzometarski snezori pritiska

55. Objasniti princip rada mernog mosta sa tenzoelementima.

56. Šta je Rejnoldsov broj i kako se n aosnoviu njega vrši podela kretanja fluida? 57. Oblast primene Pitoove cevi

58. Oblast primene Dalove cevi

59. Šta su Volumetrijski merači i gde se primenjuju? 60. Koriolisovi merači protoka 61. Opisati pirometarske metode merenja temperature.

62. Navesti karakterstike ultrazvuka.

63. Opisati ponašanje zvuka na granici dve sredine. 64. Doplerov efekat

65. Objasniti pojam piezoefekta.

66. Objasniti šta je inverzni piezoefekat. 67. Obajsniti na primeru primenu ultrazvučnog senzora za odredjivanje nivoa tečnosti. 68. Nacrtati blok šemu i objasniti princip rada fotosenzora. 69. Navesti karaktersitike analgonih signala.

70. Karakteristike digitalnih signala.

71. Opisati karakteristike operacionih pojačavača. 72. Navesti karakteristike idealnog opearcionog pojačavača 73. Nacrtati blok šemu i opisati princip rada invertujućeg pojačavača 74. Nacrtati blok šemu i opisati princip rada invertujućeg pojačavača

6

75. Integralno kolo.

76. Diferncijalno kolo.

7

ZADACI

8

Zadatak 1. Odrediti srednju vrednost, standardnu devijaciju i područje pouzdanosti od P=99.75% za sledeće pojedinačne rezultate merenja kapacitivnosti kondenzatora [pF]: 120.7; 120.4; 120.5; 120.4; 120.9; 120.7; 120.1; 120.2; 120.1; 120.5. Za procenu područja pouzdanosti primeniti Studentovu raspodelu (t=3.25).

Zadatak 2. Eksperimentalnim putem je izmerena zavisnost napona na izlazu temperaturnog senzora od

temperature okruženja: T [

oC] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Viz[mV] 10 11.2 12 13.1 13.9 15.1 16.3 17.4 18.1 18.9 20.2

Metodom linearne regresije naći linearnu zavisnost između temperature i napona na izlazu iz senzora Viz=a*T+b.

Zadatak 3. Ravan vazdušni kondenzator, rastojanja između elektroda d i kapacitivnosti C0, stavljen je u rezervoar sa izolatorskom tečnošću relativne dielektrične konstante εr, kao što je prikazano na slici 1. Nivo tečnosti u rezervoaru se može menjati.

a) Odrediti kapacitivnost kondenzatora u zavisnosti od nivoa tečnosti u rezervoaru, C(h). b) Ukoliko je d=5mm, površina elektroda S=100cm2, εr=10 i dubina rezervoara 20cm, odrediti

kapacitivnost kondenzatora u krajnjim slučajevima, kada je rezervoar pun, odnosno kada je prazan.

Slika 1. Slika 2.

Zadatak 4. Unipolarni Holov senzor se nalazi u promeljivom magnetnom polju, pri čemu je funkcija promene vrednosti magnetne indukcije u vremenu data na slici 2. Ako je tačka deaktivacije senzora +2mT, a tačka aktivacije +10mT skicirati signal na izlazu iz senzora. Izlaz senzora je u konfiguraciji open drain i vezan preko otpornika R=10kΩ vezan na napon U=3.3V. Objasniti princip rada Holovog senzora.

Zadatak 5. Napon napajanja senzora sile i težine YZC131 je 5V. Senzor se koristi za merenje mase predmeta do 5kg. Izlazni signal senzora iznosi 1.0 mV/V (za maksimalno opterećenje senzora izlazni signal senzora iznosi 1 mV po voltu napona napajanja – za napajanje 5V, kada se stavi teg od 5kg, izlazni napon senzora će biti 5mV). Merenje izlaznog napona senzora i prikaz rezultata se vrši pomoću Arduino

9

mikrokontrolera, pa je potrebno realizovati deiferencijalni pojačavač za pojačavanje signala sa senzora sa proračunatiom pojačanjem tako da se na izlazu diferencijalnog pojačavača dobija napon od 0V – senzor nije opterećen do 5V – senzor je opterećen tegom mase 5kg. Skicirati ceo uređaj i dati proračun otpornika za diferencijalni pojačavač za željeno pojačanje. Ukoliko se na senzor stavi objekat mase 345g, koliki će napon da očita Arduino sa izlaza diferencijalnog pojačavača?

Zadatak 6. Izračunati pritisak i brzinu protoka fluida u tački 2 u širem delu cevi. U užem delu cevi brzina fluida iznosi 6 m/s, pritisak je P1=3 atmosfere, specifična gistina fluida iznosi ρ=1000 kg/m3. Prečnik užeg dela cevi je 2cm, a šireg 4cm.

Slika 2.

Zadatak 7. Senzor brzine na bazi ultrazvučnog senzora HC-SR04 meri brzinu kretanja nekog objekta u zoni senzora (do 4m). Izračunavanje brzine se vrši na osnovu merenja razdaljine do objekta na svakih 500ms.U prvom trenutku na Echo pinu modula je dobijen impuls dužeine 10.708 ms, a u sledećem merenju dužina impulsa je iznosila 7.438 ms. Za brzinu zvuka u vazduhu uzeti 344.2 m/s. Naći brzinu kretanja objekta i izraziti je u jedinici cm/s.

Slika 3.

Zadatak 8. Izračunati minimalnu frekvenciju i talasnu dužinu svetosti potrebnu za izbacivanje elektrona iz Natrijuma. Radna funkcija Natrijuma iznosi 2.36 eV.

10

VEŽBE

11

HALL-OVI SENZORI

CILJ VEŽBE: upoznati studente sa karakterstikama i pricnipima rada Hall senzora postupkom kalibracije i podešavanja Holl*-ovog senzora postupkom povezivanja Holl-ovog senzora na Arduino ploču kreiranjem koda za upravljanje izlaznim portovima instaliranjem i startovanjem kreirane aplikacije na Arduino ploči primenom dobijenih podataka u drugim programima.

POTREBNA OPREMA

Lap top računar sa instaliranim razvojnim softverom za Arduino

Arduino UNO + Mega 3 komplet

10k, 1Kohm otpronik

LED

Komplet alata za montažu

UVOD

Transportne ili kinetičke pojave predstavlajaju pojave koje nastaju i uslovljene kretanjem nosilaca naelektrisanja pod uticajem električnog i magnetnog polja, gradijenta temperature, gradijenta koncentracije nosilaca naelektrisanja nazivaju se transportne ili kinetičke pojave. Pod transportnim procesima podrazumevaju: električna provodnost, elektronska toplotna provodnost, galvanomagnetni, termoelektrični i termomagnetni efekti.

Holov efekat predstavlja pojavu koja se javlja u situacijama kada u materijalu (provodnik, poluprovodnik)

kroz koji protiče struja i koji je postavljen u spoljašnje magnetno polje dolazi do pojave napona koji je normalan na pravac magnetnog polja na krajevima materijala. U literature, često se može naći i tumačenje po kome se Holov efekat odnosi na napon, tzv. Holov napon, koji se javlja na suprotnim stranama trakastog elementa od provodnog ili poluprovodnog materijala. Hollow efekat je posledica

pojave i dejstva sila unutar provodnika izloženog magnetnom polju.

HOLL-ov princp

Ako se poluprovodnička pločica nalazi u fiksiranom položaju normalno namagnetno polje indukcije B i ako kroz pločicu protiče struja I (sl.1) tada na nosioce elektriciteta deluje Lorencova sila normalna na smer struje i indukcije. �⃗� = 𝑞𝑣𝑠⃗⃗⃗⃗ 𝑥�⃗⃗� VS srednja brzina drifta nosilaca naelektrisanja, usled podužnog električnog polja E, koje stvara struju I u pločici.

12

a

b)

a)

Slika 1. Pirkaz Hall-ovog senzora a) principi rada. b) integrisana Holl-ova komponenta

Tipična vrednost Holovog napona je reda mV, a vrednost izlaznog otpora je od nekoliko oma do nekoliko stotina oma. Veliku Holovu konstantu imaju materijali sa: malom koncentracijom i velikom

pokretljivošću nosilaca naelektrisanja, kao i sa malom specifičnom provodnošću. Ove zahteve ispunjavaju poluprovodnički materijali: silicijum, indijum arsenid (InAs) i indijum arsenid fosfid (InAsP). Kada u poluprovodničkoj pločici postoje dve vrste nosilaca, elektroni i šupljine, Holova konstanta je data izrazom:

μn pokretljivosti elektrona

μp pokretljivost šupljina,

n i p koncentracije elekotrna I šupljina.

Određivanjem veličine i znaka Holove konstante, utvrđuje se tip poluprovodnika i izračunava koncentracija nosilaca nepoznatog poluprovodničkog materijala.

VRSTE I PRIMENA HOLL-ovih SENZORA

Holovi senzori mehaničkih veličina. Holovi senzori se koriste za merenje pomeraja sa kojima se utiče na promenu jačine ili pravca magnetne indukcije. Holovim senzorima se mere i druge veličine koje se elastičnim elementima pretvaraju u proporcionalno pomeranje (sila, pritisak, ubrzanje, itd.). Na slici 3. prikazana je primena Holovih senzora za merenje, odnosno detekciju pomeraja. Senzorski sistem se

sastoji od stalnog magneta pričvršćenog na pokretni objekat i nepokretnog Holovog senzora. Na slici 3. prikazane su različite kombinacije odnosa pokretnog objekta i Holovog senzora. Holovi senzori se koriste i za merenje ugaone brzine i ugaonog pomeraja (npr. zupčanika). Tu se javlja problem određivanja smera

13

rotacije, zbog čega se koriste dva Holova senzora. Oni se postavljaju na rastojanju od četvrtine koraka zupčanika. Tako se dobijaju izlazni impulsi, nakon uobličavanja signala, koji su fazno pomereni za 90º. Ovi signali se vode na logička kola koja detektuju fazni stav. Pri jednom smeru kretanja fazno prednjači jedna, a pri promeni smera druga povorka impulsa, što omogućuje detekciju smera.

Integrisani Holovi senzori. Integrisani Holovi senzori sadrže Holovu pločicu i elektronska kola za pojačanje i prilagođenje izlaznog signala. Koriste se dve vrste tehnologija integracije:

hibridna tehnologija

tehnologija monolitnih integrisanih kola.

Hibridna tehnologija ima kao nedostatak dugotrajan proces završne obrade pojedinačnih uzoraka. Tehnologija monolitnih integrisanih kola omogućuje brži i time jeftiniji postupak proizvodnje celokupnog senzora. Za proizvodnju monolitnih integrisanih kola sa Holovim senzorom, najpogodniji materijali su

silicijum i galijum arsenid (GaAs). Oni omogućavaju konstrukciju integrisanog kola sa malom disipacijom i potrošnjom struje. Ovi materijali su dobri u pogledu temperaturske stabilnosti, šuma i kompatibilnosti sa aktivnim elementima kola.

Postoje dva tipa integrisanih Holovih senzora (sl.2):

linearni (Sl.2.a)

impulsni (Sl.2.b)

Slika 2. Integrisano Hollovi senzori a) s alineranim b) impuslnim odzivom

Primena Holovih senzora Senzori na bazi klasičnog Holovog efekta imaju široku primenu. Koriste se za merenje magnetne indukcije, merenje nekih mehaničkih veličina (kao što su pomeraj, ugaoni pomeraj, broj obrtaja, sila, pritisak, ubrzanje), merenje struje itd. Mogu se naći u računarima, CD romovima, mobilnim telefonima, automobilima i nizu drugih ureĎaja. Pored toga, kvantni Holov efekat je našao vrlo

14

važnu primenu u metrologiji. On omogućava određivanje Holove otpornosti h/e2 sa izvanrednom preciznošću (~2·10-8), pri čemu nečistoće uzorka ne utiču na rezultate merenja.

POVEZIVANJE HALL-ovog senzora sa ARDUINO PLATFORMOM

Slika 3. Povezivanje Hall-ovog senzora I Arduino platfomre

PROGRAMSKI KOD

const byte ledPin = 13;

const byte interruptPin = 2;

volatile byte state = LOW;

int val=0;

15

void setup() {

pinMode(ledPin, OUTPUT);

pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(interruptPin), test, CHANGE);

Serial.begin(9600);

}

void loop() {

digitalWrite(ledPin, state);

Serial.println(val/2);

}

void test() {

state = !state;

val++;

}

ZADACI ZA REALIZACIJU

ZADATAK 1. Realizacija sistema, za kotrolu rada Hall senzora upravljnaog ARDUINO UNO platforme.

Izvršiti kalibraciju Hallovog senzora, standradnom metodom kalibracije.

Povezati Hall senzor sa arduino pločom, povezivanje komponenti obaviti vezama koje se nalaze u kompletu. Za realizaciju zadatka Arduino UNO ploča treba da bude konektovana preko USB kabla na USB port lap top računara. Napajanje Arduino UNO ploče kao i programiranje odgovarajućeg softvera se realizuje putem ove konekcije.

U IDE okruženju za razvoj Arduino projekta uneti programski iz dela 5 ove vežbe. Proveriti ispravnost koda i programirati povezanu razvojnu ploču Arduino UNO. Stratovati programirani kod preko serijskog interfejsa ili pomoću dugmeta reset na Arduino ploči.

Očitati podatke sa ekrana.

16

KONTROLA NIVOA VLAŽNOSTI DHT11 SENZOROM POMOĆU ARDUINO PLATFORME

CILJ VEŽBE: upoznati studente sa karakterstikama senzora temperature DHTxx principima rada DHTxx senzora postupkom kalibracije DHTxx senzora postupkom povezivanja DHTxx senzora na Arduino ploči kreiranjem koda za upravljanje izlaznim portovima instaliranjem i startovanjem kreirane aplikacije na

Arduino ploči primenom dobijenih podatak u drugim programima

POTREBNA OPREMA

Lap top računar sa instaliranim razvojnim softverom za Arduino Arduino UNO + Mega 3 komplet DHTxx senzori R=10k Komplet alata za montažu

TEORIJSKA OSNOVA

Temperatura je fizička veličina koja predstavlja stepen zagrejanosti sredine-tela (energetsko stanje medijuma). Temperatura je intezivna (aktivna) veličina koja nema svojstvo aditivnosti ( prilikom deljenja tela, svaki deo zadržava temperaturu tog tela). Temeratura mora definisati i određivati na objektivan način. To se vrši preko uspostavljanja termalne (toplotne) ravnoteže. Ako dva tela koja su u kontaktu ne prenose toplotu jedno na drugo, tj. ako ne postoji razmena toplote između njih tada su ta dva tela u termalnoj ili toplotno ravnoteži. Za takva dva tela kažemo da imaju istu temperaturu. Ako postoji prenos toplotne energije sa prvog na drugo telo, tada je prvo telo na višoj temperaturi od drugog. Pojam toplotne ravnoteže može da se generalizuje i na tela koja nisu u dodiru. Tako može da se kaže da su dva tela u toplotnoj ravnoteži, ako, kada se dodirnu, ne dolazi do prenosa toplotne energije sa jednog na drugo.

Temperaturno zavisni otpornici su elementi (metalni oksidi ili poluprovodnici), koji pri promeni

temperature menjaju svoju otpornost. Temperaturni koeficijent može da bude kako pozitivan tako i negativan, a može da ima vrednost od nekoliko procenata po stepenu Celzijusa. Koriste se u primenama gde je potrebno detektovati male promene u temperaturi, od na primer samo 0.01 °C.

Termistori su otpornici kod kojih se otpornost menja u odnosu na spoljnu temperaturu. Razlikujemo

termistore sa negativnim (NTC) i pozitivnim (PTC) temperaturnim koeficijentom, a to zavisi od toga da li

će se vrednosti sa povećanjem spoljne temperature povećavati ili smanjivati. NTC se uglavnom koriste za merenje ekstremno niskih i visokih temperatura (od -55°C do 200°C). PTC se upotrebljavaju kada se

očekuju nagle promene temperature, unapred definisane i uglavnom u rasponu od 60°C do 120°C.

17

Dolaze u raznim oblicima: radijalni (oblik diska), aksijalni (oblik valjka), ugrađeni u šraf ili u obliku sonde. Izrađuju se od raznih materijala, a oni koji nas interesuju kao spoljni omotač koriste staklo, silikon, ali to može biti i keramika i metal. S obzirom na to da su oni u suštini otpornici, prilikom prolaska struje kroz njih, dolazi do određenog zagrevanja samih rezistora koji mogu, u zavisnosti od upotrebe, da utiču na preciznost. Termistori se koriste svuda oko nas: mere temperature u kabini i motoru našeg četvorotočkaša, u klima uređajima, frižiderima i tako dalje. Termistori su zaduženi za očitavanje temperatura ključnih komponenti računara i možemo ih videti, recimo, ispod procesora ili na matičnoj ploči. Takođe se nalaze na obodu namotaja trafoa i prilikom većih opterećenja prvi stradaju. Tada je dovoljno malo zaseći papirni omotač na trafou do termistora i zameniti ga (autoru se takav peh desio na trafou Altekovih zvučnika). Tipova termistora ima mnogo, kao i njihovih namena, i kada bismo se dotakli svega, otišli bismo predaleko.

Relativna vlažnost (RH), predstavlja količinu vodene pare u vazduhu, odnosno relativna vlažnost predstavlja tačku zasićenja vodene pare u vazduhu -tačka rose. Tačke rose predstalvja temperaturu na kojoj bi se vodena para počnje da se kondezuju u vodu, posmatrani deo vlažnog vazduha se do te temperature hladi, dok je barometarski pritisak nepromenjen.Tačke rose je u stvari temperature zasićenja. .Tačka rose je povezana sa relativnom vlažnošću vazduha. Što je relativna vlažnost vazduha viša,to je tačka rose bliža trenutnoj temperaturi vazduha. Kada bi relativna vlažnost vazduha bila 100%, tačka rose bi bila jednaka trenutnoj temperaturi i vazduh bi bio maksimalno zasićen vodom.parom. Ako se uz povećanje temperature tačka rosa ne menja,relativna vlažnost vazduha će se smanjiti.

Tačke rose je statistički pokazatelj bitan za letilice, poljopirvidu, održavanje putne infra-struktrue i duruge oblasati svakodnevnog živoam pošto se koristi za izračunavanje verovatnoće pojave magle, kao i za procenu visine baze oblaka

Relativna vlažnost, vazduha, izražava se u procenitma. Tako da u slučjau kada vrednost RH dostiže 100% kaže se da je došlo do kondezacije, u slučaju kada RH iznosi 0%, kaže se da je vazduh apsolutno suv. 𝑅𝐻 = 𝜌𝑤𝜌 𝑠 100% ρw - predstavlja gustinu vodene pare

ρs - gusitna vodene pare u tački rose

DHT-xx senzori

DHT-xx je senzor temperature i relativne vlažnosti vazduha sa jednožičnim digitalnim interfejsom. Senzor je fabrički kalibrisan i ne zahteva dodatne komponente tako da se može odmah upotrebiti za merenja. Sastoji se od kapacitivnog senzora vlažnosti vazduha, termistora za merenje temperature i elektronike za komunikaciju sa mikrokontrolerom.

DHT-xx senzori poseduje četiri pina VCC; GND data pin i jedna otvoreni pin (sl.1), Za obezbeđivanje linije podataka i komunikacije izmedju sentora i arduiono ploče, koriste se otpornici od 5kW-10kW. Ovi senzori imaju sopstveni protkol za transfer podataka. Ovaj protkol zahteva precizno vreme i vremenski

dijagram za prijem podataka sa senzora i nalazi se u specifikaciji komponente, obično se preuzima i iz DHT biblioteke

18

Slika 1 Povezivanje DHT senzora sa mikrokontrolereom

Tehničke karakteristike:

napajanje: 3.3 ~ 6.0V

potrošnja struje za vreme meranja: 1 ~ 1.5mA

standby potrošnja struje: 40 ~ 50 uA

opseg meranja vlažnosti: 0 - 100% RH

opseg merenja temperature: -40 - +80 °C

tačnost merenja: ±2% RH i ±0.5°C

Slika 2 Izgled DHT senzora

PRINCIP RADA DHT XX SENZORA

Slika 3 Struktura DHT xx senzora

19

Kao što je već naglašeno, DHT11 (sl.2) je kapacitivni senzor relativne vlažnosti vazduha i temperature. Senzor se sastoji od dva dela. Prvi deo, realizovan je kao mali termistor, meri temperaturu tako da mu se

pri promeni stepena zagrejanosti sredine menja otpor. Drugi deo predstavlja mali senzor vlage, koji je

lemljen na osnovnu pločicu. Ima otvorene bakrene vodove koji su međusobno vrlo blizu. Što je više vlage u zraku, više vlage dolazi i na same vodove te je otpor među njima manji. Senzor čita dve vrednosti i pretvara ih u digitalni signal.

‚‚U zavisnosti od koncetnracije vlage u vazduhu, menja se otpor –‚‚veća vlažnost =manji otpor‚‚. Ovde treba uzeti u obzir da se otpor pojavljauje tek kada procenat vlažnosti pređe 20% stoga i detektor tek tad reaguje‚‚.

Komunikacija DHT11 i mikrokontrolera odvija se preko SDA (serial data) pina na senzoru i I/O (input

output) pina na mikrokontroleru (sl.4). Na ovaj način je ostvarena single-bus komunikacija. Slanje impulsa visoke niova '1' i niskog '0' nisu istog trajanja. Trajanje za bit '1' iznosi 70 µs, dok '0' traje 28 µs.

Prenos signala pokreće se slanjem signala Start. Podatkovna linija se postavlja nisko najmanje 18ms, a potom se postavlja visoko sledećih 20 do 40 µs, nakon čega sledi dužina trajanja od 80 µs. Nakon primanja Response signala, mikrokontroler je spreman za primanje podataka. Senzor zatim šalje 5 bajtova podataka u liniji podataka.

Slika 4 Dijagram start i response signala

20

POVEZIVANJE DHTxxs SENZORA NA ARDUINO PLOCU

(1) VCC (+) izvod senzora spaja se na 5V ulaz na Arduino

pločici

(2) GND (-) izvod senzora spaja se na GND ulaz na Arduino

pločici

(3) Data izvod senzora spaja se na jedan od digitalnih ulaza na

Arduinu

(4) Otpornik od 10kΩ spaja se s jednim krajem na Data izvod senzora, a drugim krajem na VCC

Slika 5. Povezivanje senzora DHTxx sa arduiono poločom

Programiranje DHT senzora

Kako bi mogli koristiti DHT senzor potrebno je dodati DHT library u Arduino IDE. Preuzima se iz Arduino

baze:

U prozoru Arduino IDE bira se opcija Sketch -> Include Library -> Manage Libraries… Otvara se prozor sa svim biblitekama u okviru Arduino Kroz opciju “Filter your search…” upišite DHT i dobijaju se dve opcije Odaberite DHT sensor library i pritisnite aktivirati Install. Pre nego što pokrećete bilo kakav program koji uključuje biblioteku potebno je ponovo

startovati Arduino IDE.

Nakon toga uneti kod za kontrlu rada DHTxx senzora

21

Slika 6. Library manager prozor

#include "DHT.h" //dodaje biblioteku koja nam treba za senzor

#define DHTPIN 2 // Definisati pin 2 kao ulazni

#define DHTTYPE DHT11 // za DHT 11

//#define DHTTYPE DHT22 // za DHT 22 (AM2302), AM2321

//#define DHTTYPE DHT21 // za DHT 21 (AM2301)

// Ova linija koda defiše objekt tipa DHT koji koristimo za pristup senzoru

DHT senzor(DHTPIN, DHTTYPE);

void setup() {

// Program podatke šalje preko serijske veze

// otvorite Serial Monitor kako bi videli tekst na keranu

Serial.begin(9600);

senzor.begin(); // Ova linija pokreće praćenje senzora

}

void loop() {

// DHT senzor treba neko vreme da bi napravio merenje, tako da se između svakog

// merenja čeka 2 sekunde. Ova vrednost ne sme biti manja od 1000 ms!

22

delay(2000);

Serial.println("-------------------------");

// readHumidity() metoda vraća relativnu vlažnost u procentima

float vlaga = senzor.readHumidity();

// readTemperature() metoda vraća temperaturu u °C

float temperatura = senzor.readTemperature();

// ako neka vrednost nije pročitana ovaj deo koda će dektovati grešku

// i vratiti se na početak glavne petlje

if (isnan(vlaga) || isnan(temperatura)) {

Serial.println("GREŠKA: nema očitanja sa senzora");

return;

}

// ispis temperature ekranu

Serial.print("Temperatura: ");

Serial.print(temperatura);

Serial.print(" *C\n");

// ispis relativne vlažnosti na ekranu

Serial.print("Relativna vlaznost: ");

Serial.print(vlaga);

Serial.print(" %\n");

Slika 7. Prikaz koda

ZADATAK 1. Merenje vlažnosti DHT11 senzorom

Izvršiti kalibraciju DHT11 senzora, standradnom metodom kalibracije.

Povezati DHT11 sa arduino pločom, povezivanje komponenti obaviti vezama koje se nalaze u kompletu. Za realizaciju zadatka Arduino UNO ploča treba da bude konektovana preko USB kabla na USB port lap

23

top računara. Napajanje Arduino UNO ploče kao i programiranje odgovarajućeg softvera se realizuje putem ove konekcije.

U IDE okruženju za razvoj Arduino projekta uneti programski kod prikazan na slici 6. Proveriti ispravnost koda i programirati povezanu razvojnu ploču Arduino UNO. Stratovati programirani kod preko serijskog interfejsa ili pomoću dugmeta reset na Arduino ploči.

Uneti kod sa slike 7. Očitati podatke sa ekrana. Similirati stepen promene vlažnosti. Simulirati stepen promene temperature.

24

POSTUPAK UPRAVLJANJA STEP MOTORA 28-BYJ48 I POMOĆU ARDUINO UNO PLATFORME

CILJ VEŽBE upoznati studente sa karakterstikama i pricnipima rada koračnih motora postupkom kalibracije i podešavanja step motora 28-Byj48, Ulogom drivera ULN2003, postupkom povezivanja step motora 28-Byj48 na Arduino ploči , kreiranjem koda za upravljanje izlaznim portovima, instaliranjem i startovanjem kreirane aplikacije na Arduino ploči, primenom dobijenih podataka u drugim programima

POTREBNA OPREMA

Lap top računar sa instaliranim razvojnim softverom za Arduino Arduino UNO + Mega 3 komplet step motora 28-Byj48 ULN2003 driver Komplet alata za montažu

TEORIJSKA OSNOVA

Koračni motor je elektromehanički pretvarač čiji je ulaz binarno kodirani naponski signal, a izlaz kvantovan ugaoni pomeraj određen ulaznim signalom (sl.1). Diskretni ugaoni pomeraj zove se korak motora. Ovi motori imaju nekoliko namotaja koji se pokreću redom, što dovodi do toga da se motor kreće korak po korak. Prednost koračnih motora je u tome što se može postići vrlo precizno pozicioniranje ili kontrola brzine okretanja vratila motora. Ovi motori se koriste u mnogim primenama

gde je potrebna precizna kontrola kretanja.

Slika 1. Princip rada koračnog motora

Postoji generlana podela na tri grupe ovih motora i to: Koračni motori sa permanentnim magnetima (PM-motori), Koračni motori sa promenljivom reluktancom (VR-motori), Hibridni koračni motori.

Zajednička karakteristika svih motora je sekvencijalno pobuđivanje njihovih statorskih namotaja električnim impulsima, pri čemu korak motora zavisi od broja faza i polova statora, odnosno magnetnih osobina i broja polova rotora. Stator, ili stacionarni deo koračnog motora ima više namotaja. Raspored namotaja na statoru primarni je faktor koji pravi razliku između tipova step motora sa električne tačke gledišta. Sa električne i perspektive kontrolnog sistema, relukrantni motori su izdvojeni od drugih vrsta,

25

dok motori sa permanentnim magnetom i hibridni motori mogu biti napajani korišćenjem bilo unipolarnih namotaja, bipolarnih namotaja ili bifilarnih namotaja.

Motori promenljive reluktanse zasnivaju se na pojavi elektromagnetne sile između pobudnih namotaja statora i rotora od mekog gvožđa. Naime, pod dejstvom statorskog polja rotuoru se indukuju struje, koje, interagujući sa pobudnim poljem pokreću rotor. Smer obrtanja rotora je takav da magnetna reluktansa fluksa proizvedenog statorskim namotajem bude minimalan.

Koračni motori imaju stator sa namotajima i neuzbuđeni rotor. Stator ima paran broj jednako razmaknutih polova (zubaca, zuba), svaki sa zavojnicom. Broj zubaca rotora, statora, i broj faza na

statoru određuju veličinu koraka.

Parametri i karkateristike koračnih motora

Koračni ugao 𝛼 = 360°2𝑝𝑚𝑘

2p - broj polova magnetnog sistema kod PM koračnog motora p broj zubaca rotora kod VR koračnog motora, broj zubaca polne kape kod hibridnog koračnog motora m= broj magnetnih sistema

k = 1 za rad sa punim korakom

k = 2 za rad sa polu-korakom

OBLASTI PRIMENE STEP MOTORA

Oblasti primene koračnih motora su široke počev od oblasti tehnike štampe ( štampači, ploteri, telefax-aparati), zatim računarske tehnikea (floppy diskovi, hard diskovi, CD/DVD čitači i rezači), grejanja, ventilacije i klimatizacije (otvaranje poklopaca, ventila i mlaznica), automobilska tehnika (klima uređaji, podešavanje retrovizora, farova, sedišta, brisači= medicine (pumpe za infuziju, aparati za dijalizu, ...), robotikr (koordinatni stolovi, manipulatori, roboti, automati, ...), merne tehnike i upravljanja

(pozicioniranje primenom senzora, ...) industrije zabave (igračke, laseri, reflektori, ...) i sl.

prednosti nedostatci

Jednostavne su konstrukcije i ne zahtevaju

održavanje. Precizno pozicioniranje i ponovljivost pokreta /greška od 3-5% od ukupnog koraka/.

Pouzdani -nema kontaktnih četkica u motoru. Životni vek motora jednostavno zavisi od životnog veka ležajeva. Realizuju se za široko područje raspoloživih brzina, - brzina proporcionalna frekvenciji ulaznih impulsa.

Odličan odziv na zalet, zaustavljanje i promjenu smera.

Velike funkcijske mogućnosti. Na rotoru nema namotaja, Time su redukovani gubici

na rotoru, što je jako značajno jer nema efikasnog načina za odvođenje toplote sa rotora Ne postoji opasnost od razletanja rotorskog namotaja

usled dejstva centrifugalnih sila pri velikim brzinama

Ne mogu funkcionisati bez energetskog

pretvarača. Mogućnost pojave rezonancije ako nije adekvatno upravljanje.

Teško upralvjanje pri velikim brzinama. Fiksan korak.

Ograničene mogućnosti pokretanja tereta s velikim momentom inercije.

Upravljački algoritmi se bitno menjaju sa svakom izmenom geometrijskih ili magnetskih osobina

motora.

26

obrtanja.

TEHNIČKE KARAKTERISTIKE Koračnog motora 28-Byj48

Slika 2. Koračni motor 28-Byj48

Nazivni napon: 5VDC

Broj faza 4

Odnos promene brzine 1/64

nivo nagiba 5.625 ° / 64

Frekvencija 100Hz

otpornost 50Ω ± 7% (25 ℃) Frekvencija praznog hoda > 600Hz

Moment trenja 600-1200 gf.cm

Izolovani otpor> 10MΩ (500V) Izolovana električna snaga 600VAC / 1mA / 1s Nivo buke

27

Slika 4. Povezivanje driver i koračnog motora sa Ardunino platformom

Programski kod

Prilikom pisanja porgramskog koda potrebno je da se definiše broj koraka prilikom jednog ciklusa. Koračni motorom moguće je upravljati kroz različite modove, pri čemu treba voditi računa o specifičnom prenosnom odnosu. U ovom slučaju, izabran je tzv. ‘’pun korak’’, gde svakom koraku odnogava ugaoni pomeraj od 11.25, što odgovara broju koraka od 32 (360/11.25=32). Po proizvođačkoj specifikaciji prenosni odnos je 64:1, tako da za ukupan broj koraka dobijamo 2038. Sa ovako određenim vrednostima pristupa se inicijalizaciji I pisanju koda

1. #include

2.

3. #define STEPS 2038 // (28BYJ-48)

4.

5. Stepper stepper(STEPS, 8, 10, 9, 11);

6.

7. void setup() {

8. // nothing to do

9. }

10.

11. void loop() {

12. stepper.setSpeed(1); // 1 rpm

13. stepper.step(2038); // do 2038 steps – pun obrt u trjajanju od 1 min.

14. delay(1000); // sačekati 1 sekund

15. stepper.setSpeed(6); // 6 rpm

16. stepper.step(-2038); // do 2038 koraka u drugom pravcu sa većom brzinom koja odgovora punom obrtu u peridou od 10s

17. }

28

ZADACI ZA REALIZACIJU

ZADATAK 1. Realizacija sistema, za upravljjanje radom koračnog motora 28-Byj48

Povezati koračni motor sa 28-Byj48 sa ULN 2003 driverom prema uputstvu sa slike 3

Tako povezan sistem povezati sa Ardunino platformom prema uputstvu sa slike 4. Ppovezivanje

komponenti obaviti vezama koje se nalaze u kompletu. Za realizaciju zadatka Arduino UNO ploča treba da bude konektovana preko USB kabla na USB port lap top računara. Napajanje Arduino UNO ploče kao i programiranje odgovarajućeg softvera se realizuje putem ove konekcije.

U IDE okruženju za razvoj Arduino projekta uneti programski kod iz dela 4 ove vežbe. Proveriti ispravnost koda i programirati povezanu razvojnu ploču Arduino UNO. Stratovati programirani kod preko serijskog interfejsa ili pomoću dugmeta reset na Arduino ploči.

Očitati podatke sa ekrana.

29

KONTROLA PIR SENZORA HC-SR501 POMOĆU ARDUINO PLATFORME

CILJ VEŽBE: Upoznati studente sa karakterstikama PIR senzora. principima rada PIR senzora, postupkom kalibracije PIR senzora, postupkom povezivanja PIR senzora na Arduino ploči, Kreiranjem koda za upravljanje izlaznim portovima, Instaliranjem i startovanjem kreirane aplikacije na Arduino

,pločiPrimenom dobijenih podataka u drugim programima

POTREBNA OPREMA

Lap top računar sa instaliranim razvojnim softverom za Arduino Arduino UNO + Mega 3 komplet HC-SR501 PIR senzor LED dioda Komplet alata za montažu

UVOD

Svako telo emituje toplotnu energiju u vidu elektromagnetnog zračenja. Frekvencija ovih takasa je funkcija temperature tela, što znači da će topliji predmet zračiti energiju na višim frekvencijama, odnosno manjom talasnom dužinom. Na temperature od 630 °C talasna dužina se spušta na 700 nm, a samim tim i zračenje postaje vidljivo u opsegu crvene svetlosti. Takođe talasne dužine veće od 700 nm nisu vidljive ljudskom oku.

Slika 1. Funkicja gustine raspodele zračenja

30

Talasna dužina zračenja ljudskog tela kreće se u opsegu od 8 do 14 µm. Ovaj opseg zračenja, nalazi se van vidljivog dela spektra, (0,4 - 0,7 µm). Takođe, potrebno je istaći čienjenicu da u slučajevima kada je temperatura okoline jednaka temperaturi ljudskog tela, dolazi do izražaja strukutra površine površine, koja će dorineti detekciji pokreta.

Ovako visoka talasna dužina, koja se nalazi na granici između srednjeg i dalekog infracrvenog opsega zračenja, postavlja posebne zahteve koji se tiču postavljanja senzora, kao i izbor optike. Obično staklo, recimo, gotovo potpuno je neprovidno za ovaj opseg i senzor neće mnogo videti kroz njega, ali će dobro videti sliku koja je reflektovana od njegove površine. Zato su neki materijali, kao recimo germanijum i silicijum – inače potpuno neprovidni za vidljive zrake – u ovom slučaju transparentni. Ova osobina se koristi u filtriranju zračenja i izdvajanju željenog opsega od 8 do 14 µm.

PIR SENZOR

Klasični senzori za infracrveno zračenje, kakvi su fotodiode i fototranzistori, nisu osetljivi u ovom opsegu, pa se koriste posebni senzori, zasnovani na termoparovima, koji generišu galvanski napon u zavisnosti od temperaturne razlike na spojevima.

Piroelektrični materijali daju električni potencijal hlađenjem ili zagrevanjem (obavljaju termoelektričnu konverziju). Najčešće korišćeni materijal u detektorima su galijum nitrit (GaN), cezijum nitrat (CsNO3 ) i litijum - tantalat (LiTaO3 ) koji ima i piezoelektrične osobine. Za usmeravanje udaljene IC energije na piroelektrični senzor koristi se Fresnelovo sočivo.

Slika 2. Fresnelov princp

Na bazi Frenselovog principa ulazna svetlost se deli kroz sistem sočiva, gde svako sočivo koncentriše IC energiju iz odgovarajuće zone koja se nadgleda u snop koji se usmerava na senzor. Time se formiraju optički „prozori“ kojima se definiše zona detekcije i osetljivost PIR detektora. Ovaj tip detektora je manje osetljiv na objekte koji se brzo kreću na kraćem rastojanju i udaljene objekte koji se sporo kreću. Lice koje uđe u malu zonu ispuni je veoma brzo tako da je promena temperature veoma brza i ne izaziva generisanje signala. Takođe, ako je zona veoma velika, spori prolazak „uljeza“ neće izazvati generisanje alarmnog signala, tako da je idealna zona u smislu detekcije ona koja je bliska veličini ljudskog tela

31

Slika 3

KARAKTERSITKE HC-SR501 PIR SENZORA

Slika 4 HC-SR501

Karakteristike:

- Tip senzora: HC-SR501

- Radni napon: 4.5-20 V DC

- Struja: < 50 uA

- Izlaz: 0V niski nivo i 3.3V visoki naponski nivo

- Ugao reagovanja: 100°

- Daljina: 7 m

- Dimenzije: 32 x 25 x 24 mm

- Dva sistema alarma: konstantni alarm ili

podesivi (bira se jumperom)

- Radno okruženje: -15~70 °C

Ovaj modul sadrži tri pina, GND, VCC i izlazni pin na čijem izlazu s epoijavljuje viši naponski nivou u moemntu kada se detektuje pokret u prostoru kontrole. Postoje dv a potenciometra, od kojih jedan služi za podešavanja stepena osteljivosti, a drugi za podešavanje vremena trajanja izlaznog signala u sluaju detktovanja pokreta (0.3sec-5 min).

POVEZIVANJE PIR SENZORA NA ARDUINO PLOCU

Slika 5. Povezivanje PIR HC-SR501 senzora sa Arduino platformom

32

PROGRAMSKI KOD

/*

* PIR sensor tester

*/

int ledPin = 13; // choose the pin for the LED

int inputPin = 2; // choose the input pin (for PIR sensor)

int pirState = LOW; // we start, assuming no motion detected

int val = 0; // variable for reading the pin status

void setup() {

pinMode(ledPin, OUTPUT); // declare LED as output

pinMode(inputPin, INPUT); // declare sensor as input

Serial.begin(9600);

}

void loop(){

val = digitalRead(inputPin); // read input value

if (val == HIGH) { // check if the input is HIGH

digitalWrite(ledPin, HIGH); // turn LED ON

if (pirState == LOW) {

// we have just turned on

Serial.println("Motion detected!");

// We only want to print on the output change, not state

pirState = HIGH;

}

} else {

33

digitalWrite(ledPin, LOW); // turn LED OFF

if (pirState == HIGH){

// we have just turned of

Serial.println("Motion ended!");

// We only want to print on the output change, not state

pirState = LOW;

}

}

}

ZADACI ZA REALIZACIJU

ZADATAK 1. Realizacija sistema, za detekciju pokreta pomocu PIR senzora upravljnaog ARDUINO UNO

platforme.

Izvršiti kalibraciju PIR senzora, standradnom metodom kalibracije. Povezati PIR senzor sa arduino pločom na osnovu primera sa slike 5, povezivanje komponenti

obaviti vezama koje se nalaze u kompletu. Za realizaciju zadatka Arduino UNO ploča treba da bude konektovana preko USB kabla na USB port lap top računara. Napajanje Arduino UNO ploče kao i programiranje odgovarajućeg softvera se realizuje putem ove konekcije.

U IDE okruženju za razvoj Arduino projekta uneti programski kod dela 4 ove vežbe. Proveriti ispravnost koda i programirati povezanu razvojnu ploču Arduino UNO. Stratovati programirani kod preko serijskog interfejsa ili pomoću dugmeta reset na Arduino ploči.

Očitati podatke sa ekrana. Similirati kretenja i pratiti promene na ekranu.

TEST-PITANJAZADACIVEŽBEHALL-OVI SENZORIKONTROLA NIVOA VLAŽNOSTI DHT11 SENZOROM POMOĆU ARDUINO PLATFORMEPOSTUPAK UPRAVLJANJA STEP MOTORA 28-BYJ48 I POMOĆU ARDUINO UNO PLATFORMEKONTROLA PIR SENZORA HC-SR501 POMOĆU ARDUINO PLATFORME