CanSat-sarjan version 7 antureiden käyttäminen
Johdanto
Analoginen ja digitaalinen signaali. Avaa suurempi versio napsauttamalla.
CanSat-sarjan versio 7 sisältää anturilevyn (suoja). Tähän levyyn on liitetty ntc-lämpötila-anturi ja digitaalinen usean anturin paketti, joka sisältää paineanturin, 3-akselisen kiihtyvyysanturin, 3-akselisen magnetometrin ja 3-akselisen gyroskoopin.
Ntc-lämpötila-anturi on analoginen anturi, joka tuottaa jännitettä anturin mittaaman parametrin arvon mukaan. Se voi saada minkä tahansa arvon tietyltä alueelta; tällaisesta signaalista käytetään termiä analoginen signaali, näkyy oikealla olevan kuvan yläreunassa. Mitatuista jännitteistä voidaan laskea vastaava arvo ja muuntaa jännite lämpötilaksi.
Tässä osassa näytetään, miten analogisella anturilla mitattu analoginen jännite muunnetaan fysikaaliseksi suureeksi oikealla yksiköllä.
GY-91:ssä on sisäänrakennettu 16-bittinen ADC-muunnin. Siksi tästä anturipaketista saatavat signaalit on jo muunnettu 16-bittisiksi digitaalisiksi signaaleiksi, ennen kuin Arduino Uno käsittelee niitä.
Kaikilla digitaalisilla komponenteilla on yksilölliset signaalit. Digitaalinen signaali poikkeaa analogisesta signaalista siten, että digitaalinen signaali voi saada vain tiettyjä erillisiä arvoja. Oikeanpuoleisessa kuvassa on esitetty nämä kaksi erilaista signaalia. Ylemmässä kaaviossa on analoginen (jatkuva) signaali ja alemmassa kaaviossa on digitaalinen (erillinen) signaali.
Pöytätietokoneet ja kannettavat tietokoneet sekä CanSatin pieni tietokone (jota kutsutaan mikro-ohjaimeksi) voivat käsitellä vain digitaalisia signaaleja. Analoginen signaali voidaan muuntaa digitaaliseksi A/D-muuntimella (ADC), joka muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi signaaliksi.
A/D-muunnin on integroitu mikro-ohjaimeen ja siinä on kahdeksan sisääntulokanavaa. A/D-muunnin on 10-bittinen. Se muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi 10-bittisellä binaariluvulla. Yksi bitti edustaa yhtä binaarilukua, ja sen arvo voi olla 0 tai 1. Sitä voi edustaa myös korkea tai matala jännite tai kytketty ja ei kytketty. Ohjelmoinnissa arvoja 0 ja 1 edustavat usein myös tosi (1) ja epätosi (0).
Jokaisella binaariluvun numerolla voi olla kaksi arvoa, 0 tai 1. 10-bittisellä binaariluvulla voi olla 210 = 1024 eri arvoa, ja se voi edustaa kokonaislukuja 0–1 023. Mikro-ohjain voi ymmärtää digitaalisia lukuja ja käyttää niitä laskutoimituksiin, joita voidaan ohjelmoida suorittimeen ohjelmakoodia kirjoittamalla. Yksi esimerkki koodista on TestShield-koodi, jota käytettiin tämän oppaan aiemmassa osassa.
A/D-muunnin lukee jokaisen CanSatin anturin ja muuntaa kaikki analogiset arvot 10-bittisiksi luvuiksi. 0 volttia on binaarilukuna 0000000000 = 0 ja 5 volttia on binaarilukuna 1111111111 = 210 + 29 + 28 + 27 + 26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 + 1 = 1023.
Kun viiden voltin syöttöjännite kuvataan 1024 tasolla (0 mukaan lukien), tarkkuus on 5V/1023 = 4,89 mV. Tämä tarkoittaa, että 10-bittisellä A/D-muuntimella pienin jännitemuutos, jonka voimme mitata, on 4,89 mV. Tämä on tärkeää tietää, kun alamme työskennellä antureiden herkkyyden kanssa.
Analogisia (lämpötila-)antureita käytettäessä toimintajärjestys on seuraava:
Lämpötila-anturi muuntaa mitatun lämpötilan jännitteeksi. Signaali on tässä vaiheessa analoginen.
Anturin analoginen signaali (jännite) on kytketty yhteen Arduino-piirilevyn analogisista porteista.
A/D-muunnin muuntaa analogisen signaalin digitaaliseksi signaaliksi, jota suoritin voi käsitellä.
Mikro-ohjaimen sisällä signaali tallennetaan 10-bittiseksi binaariluvuksi, jota voidaan käyttää laskemisessa tai joka voidaan lähettää Arduino TX -portin ja radion tai USB-portin kautta ulkoiseen vastaanottimeen.
GY-91:ssä on sisäänrakennettu 16-bittinen ADC-muunnin. Siksi tästä anturipaketista saatavat signaalit on jo muunnettu 16-bittisiksi digitaalisiksi signaaleiksi, ennen kuin Arduino Uno käsittelee niitä.