Wie funktionieren verschiedene Arduino-Sensoren?

Eine der großartigen Eigenschaften von Arduino ist die Erweiterbarkeit der Plattform. Auf dem Markt sind Dutzende verschiedener Sensoren erhältlich, von denen jeder eine einzigartige Funktion bietet, mit der Sie alle Projektideen umsetzen können, die Sie haben.

Das Verständnis der verschiedenen verfügbaren Sensoren und ihrer Anwendungen ist tatsächlich einer der wichtigsten Bereiche, auf die Sie sich als Arduino-Bastler konzentrieren können.

Wenn Sie es ernst meinen, werden Sie auf die meisten dieser Sensoren stoßen, während Sie sowieso einige grundlegende erste Experimente durchführen. Aber es ist gut zu wissen, was genau sie tun und wie Sie sie kombinieren können, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Grundlegendes Konzept

Ein Arduino-Board allein ist nicht sehr nützlich. Sie können kleine Programme darauf hochladen und grundlegende Operationen ausführen lassen, aber die Hardware ist für alle ziemlich begrenzt echte Rechennutzung (zumindest im Vergleich zu alternativen Angeboten auf dem Markt, wie den günstigeren Modellen von Raspberry .) Pi).

Die wahre Stärke der Plattform liegt in den verschiedenen Sensoren und anderen Modulen, die Sie an der Basisplatine anbringen können. Mit nur wenigen Überbrückungsdrähten und einigen Codezeilen können Sie ein grundlegendes Setup haben, das eine bestimmte Eigenschaft verfolgt und relevante Daten über Ihr Arduino ausgibt.

Sensoren gibt es in verschiedenen Formen und Größen, und einige sollen mit anderen kombiniert werden, um eine volle Wirkung zu erzielen. Die meisten können jedoch allein verwendet werden – und in einigen Fällen können Sie sie sogar in eigenständigen Schaltkreisen anschließen, ohne dass ein Arduino-Controller benötigt wird.

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Beliebte Sensoren erklärt

Werfen wir einen Blick auf einige der beliebtesten Sensoren, auf die Sie stoßen werden, und sehen Sie, wie sie unter der Haube funktionieren.

Lichtsensor

Ein Lichtsensor kann, wie der Name schon sagt, verwendet werden, um Veränderungen des Umgebungslichts zu erkennen. Dies kann nützlich sein, um die Beleuchtung in verschiedenen Umgebungen zu steuern. Schalten Sie zum Beispiel das Licht Ihres Hauses aus, wenn es draußen dunkel wird, oder passen Sie die Intensität der Heizlampen an, wenn Sie Pflanzen anbauen.

Die meisten Arduino-Lichtsensoren werden durch einen einfachen LDR-Lichtsensor (Low Dynamic Range) implementiert. Dadurch haben sie eine geringere Empfindlichkeit im Vergleich zu fortschrittlicheren Modulen wie Fotodioden und Widerstände. Dennoch sollte ein einfacher LDR-Lichtsensor für die meisten Hobbyprojekte genügend Empfindlichkeit bieten.

Temperatursensor

Temperatursensoren werden typischerweise entweder mit einem NTC- (negativer Temperaturkoeffizient) oder PCT- (positiven Temperaturkoeffizienten) Thermistor implementiert.

Der einzige Unterschied aus Benutzersicht besteht darin, wie Sie die Ausgabewerte interpretieren sollten. Einige Sensoren verfügen möglicherweise über einen internen Konverter, der diesen Teil für Sie übernimmt und versucht, die Ausgabe der meisten Temperatursensoren auf dem Markt zu standardisieren.

Feuchtigkeitssensor

Feuchtigkeitssensoren werden oft in Temperatursensoren integriert gefunden, wobei die beiden als gepaarte Einheit angeboten werden. Sie sind auch als eigenständige Geräte zu finden. Die meisten Arduino-Feuchtesensoren sind kapazitiv, d. h. sie messen Feuchtigkeitsänderungen durch einen dünnen Materialstreifen, der seine Kapazität relativ zur Umgebungsfeuchtigkeit ändert.

Bewegungssensor

Der Name eines Bewegungssensors ist etwas irreführend. Sie erkennen keine Bewegung, sondern Veränderungen der Infrarotstrahlung der Umgebung.

Infrarotstrahlung wird von praktisch allem und jedem abgegeben, und der Mensch ist in dieser Hinsicht aufgrund seiner gegenüber der Umgebung höheren Körpertemperatur besonders „heiß“. Wenn ein Mensch in die Reichweite eines Bewegungssensors kommt, wird daher seine Anwesenheit erkannt – aber der Sensor hat nie eine tatsächliche Bewegung gemessen.

Näherungssensor

Die meisten Näherungssensoren für Arduino basieren auf dem klassischen Infrarot-Design. Der Sensor sendet geradeaus gerichtete Infrarotlichtstrahlen aus, die dann von allen auftreffenden Oberflächen reflektiert werden.

Der Sensor erkennt zurückkehrende Strahlen und misst die Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden eines Strahls und dem Empfangen des Strahls. Auf diese Weise kann es die zurückgelegte Entfernung der Strahlen mit großer Genauigkeit und ohne großen Stromverbrauch abschätzen.

Beschleunigungsmesser

Beschleunigungsmesser werden verwendet, um Beschleunigungsänderungen zu messen, mit denen sich Positions- und Geschwindigkeitsänderungen identifizieren lassen. Sie werden meist durch einen kleinen Kristall neben einem Objekt einer bestimmten Masse realisiert, der mit einer sehr empfindlichen Leichtfeder verbunden ist.

Jede Bewegung des gesamten Aufbaus verursacht eine Verschiebung der Masse und übt Druck auf den Kristall aus. Der Kristall kann dann Druckänderungen in elektrische Signale umwandeln, die anzeigen, wie viel Beschleunigung gerade auf den Körper ausgeübt wird.

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Wann ist eine teurere Version sinnvoll?

Einige Sensoren haben teurere Gegenstücke. Für ein einfaches DIY-Projekt sollten Sie normalerweise mit einer billigeren Version jedes Sensors auskommen, den Sie benötigen. Dies gilt insbesondere während der Prototyping-Phase, in der Sie normalerweise alles mit Überbrückungsdrähten zusammenhacken und sich nicht wirklich um die Optimierung von Platz oder Stromverbrauch kümmern.

Wenn Sie sich jedoch dem Abschluss Ihres Projekts nähern, möchten Sie vielleicht nach fortschrittlicheren, langlebigeren Sensoren suchen. Einige davon können Ihr Gerät energieeffizienter machen (was bei batteriebetriebenen Setups einen großen Unterschied machen kann), während andere die Genauigkeit der erhaltenen Messungen erhöhen können.

Ein Problem, auf das Sie beim Wechsel von billigeren zu teureren Sensoren stoßen könnten, besteht darin, dass Ihre anfänglichen Gerätekalibrierungen ungültig werden könnten. Wenn Sie alle Kalibrierungen an einem weniger präzisen Sensor vorgenommen haben, müssen Sie möglicherweise beim Wechsel zu fortgeschritteneren Versionen bestimmte Dinge anpassen. In diesem Fall kann es sinnvoller sein, mit dem genaueren Sensor zu beginnen.

Dinge, die Sie bei DIY-Projekten beachten sollten

Manchmal können Sie mit den richtigen Teilen Ihre eigenen Sensoren implementieren. Aber Sie müssen bedenken, dass ein Teil des Preises, den Sie für ein vorgefertigtes Produkt zahlen, in mehr als nur die Grundmaterialien und den Konstruktionsaufwand fließt.

Sie investieren auch in etwas, das gründlich getestet und kalibriert wurde, und Sie wissen, dass Sie sich auf die Messungen verlassen können (innerhalb eines bestimmten Genauigkeitsbereichs). Während Sie das gleiche für Ihre eigenen Kollegen garantieren können, kann es viel mehr Zeit und Mühe kosten, sie an diesen Punkt zu bringen.

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