Po przejrzeniu wielu projektów, w których wykorzystywane były akcelerometry, stworzenie własnego urządzenia było dla autora całkiem naturalne. Obecnie głównym zastosowaniem akcelerometrów jest wykrywanie nachylenia bądź przyspieszenia. Opisane poniżej urządzenie stanowi właśnie miernik przyspieszenia, który umożliwia pomiar choćby przeciążeń w czasie hamowania samochodu.
Na poniższym filmie można zobaczyć sposób konstrukcji i wykorzystania miernika przyspieszenia. Urządzenie wykonane przez autora zostało wyposażone w przyssawki do łatwego mocowania na desce rozdzielczej samochodu.
Urządzenie pozwala mierzyć przyspieszenie wzdłuż jednej osi, a przyssawki pozwalają na łatwy montaż na desce rozdzielczej lub szybie samochodu. Miernik został wyposażony w trzy 7-segmentowe wyświetlacze LED, które wskazują aktualne przyspieszenie z dokładnością do dwu miejsc po przecinku.
Sercem urządzenia jest procesor PIC18F452 taktowany kwarcem 20 MHz (z powodzeniem można użyć rezonatorów kwarcowych 4 MHz lub 8 MHz). Dane z akcelerometru podawane są na przetwornik A/D procesora, który dokonuje obliczeń i wystawia wynik na wyświetlacze LED. Jako czujnik przyspieszenia pracuje układ ADXL320 – zwraca on napięcie, które jest proporcjonalne do zmiany przyspieszenia, a w dodatku, jego karta katalogowa jest bardzo dobrze opracowana i pozwala rozwiać wszelkie wątpliwości dotyczące użytkowania czujnika.
Schemat całości można zobaczyć poniżej:
Układ składa się z trzech głównych części: czujnika przyspieszenia połączonego z wbudowanym w procesor przetwornikiem analogowo-cyfrowym, bloku zasilania i wyświetlaczy siedmiosegmentowych. Cały układ zasilany jest z 9-woltowej baterii, napięcie stabilizowane jest za pomocą układu 7805, dodatkowo wykorzystywany jest też kondensator filtrujący 10 µF. Sposób podłączania czujnika przyspieszenia jest bardzo prosty – wyjście dla osi Y przyłączone jest do przetwornika A/D procesora. Sposób podłączenia wyświetlaczy siedmiosegmentowych do procesora może na pierwszy rzut oka wydawać się niejasny – wynika to z faktu, że autor najpierw stworzył oprogramowanie dla procesora, a dopiero później rozrysował schemat i sposób podłączania wyświetlaczy.
Akcelerometry MEMS (mikroelektromechaniczne) pozwalają dokonywać pomiaru przyspieszenia wzdłuż jednej bądź kilku osi układu współrzędnych. Umożliwia to albo pomiar przyspieszenia wprost, albo określanie przechylenia akcelerometru, zgodnie z poniższą ilustracją:
Efekt przechylania urządzenia pokazuje poniższe nagranie:
Całość urządzenia została zmontowana na płytce uniwersalnej, z zastosowaniem połączeń owijanych. Wyświetlacze, wyłącznik i płytka z akcelerometrem ADXL320 zostały przymocowane bezpośrednio do obudowy i połączone z płytką uniwersalną także za pomocą połączeń owijanych.
Oprogramowanie procesora zostało napisane w języku C. Zadaniem oprogramowania jest pobranie wartości odpowiadającej napięciu z przetwornika A/D, przekształcenie jej na wartość całkowitą odpowiadającą przyspieszeniu i przekazanie do funkcji sterującej wyświetlaczami.
Kod: C / C++
Program realizujący główne funkcje urządzenia pokazano powyżej. W pierwszej kolejności, odczytuje on wartości z przetwornika A/D i sprawdza, czy zmiany są na tyle znaczące, aby odświeżyć wynik na wyświetlaczu. Od wyniku pomiaru odejmowana jest stała wartość odpowiadająca przeciążeniu 0g, wynosząca 512. Następnie całkowity wynik pomiaru jest odpowiednio obrabiany i dzielony przez 20, co pozwala uzyskać wartość prostą do wyświetlenia na wyświetlaczu, dzięki zafiksowaniu miejsc pozycji dziesiętnej i setnej.
Autor przetestował urządzenie podczas jazdy samochodem (vide pierwsze nagranie wideo). Przyspieszenie pojazdu nie okazało się zbyt spektakularne, ale w czasie hamowania zarejestrowano wartości wynoszące do 0,8g.
Po przeprowadzeniu testów autor zasugerował możliwość (także cyfrowego – zaimplementowanego w oprogramowaniu) filtrowania sygnału z akcelerometru, aby uzyskać bardziej dokładne i stabilne wskazania. Można w tym celu wypróbować filtrowanie o skończonej (FIR) lub nieskończonej (IIR) odpowiedzi impulsowej. Możliwym ulepszeniem byłoby też mierzenie bezwładności za pomocą akcelerometru.
Źródło: [1], [2]
Fajne? Ranking DIY