CC BY
37
УДК 681.586.35
МЕМБРАННЫЙ ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ПЛАТФОРМЫ ARDUINO
С. П. Ереско, В. А. Зябликов*, Е. В. Кукушкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Представлен изготовленный опытный мембранный датчик измерения давления с использованием платформы Arduino для пневматической системы на базе учебно-демонстрационной установки ГПС-01. Приведен код программы в среде разработки Arduino.
Ключевые слова: мембранный датчик измерения давления, Arduino, тензорезистор, учебно-демонстрационная установка, микроконтроллер, модуль.
DIAPHRAGM PRESSURE SENSOR USING THE ARDUINO PLATFORM
S. P. Eresko, V. A. Zyablikov*, E. V. Kukushkin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The paper presents an experimental membrane pressure sensor manufactured using the Arduino platform for a pneumatic system based on the GPS-01 training and demonstration plant. The code of the program in the Arduino development environment is described.
Keywords: membrane pressure measuring sensor, arduino, strain gauge, training and demonstration plant, microcontroller, module.
В задачу исследования входило усовершенствование измерительной системы лабораторного учебного стенда ГПС-01 [1], работающего в диапазоне давлений от 1 до 10 атм., путем расчета, проектирования, изготовления и испытаний мембранного датчика измерения давления с помощью платформы Arduino.
В комплект учебно-демонстрационной установки ГПС-01 «Гидравлические и пневматические системы и средства автоматики» входит ограниченное число элементов.
Для выполнения практических и лабораторных работ по измерению динамики изменения давления рабочей среды в моделируемой гидропневмосистеме на базе указанной установки не хватает функциональных возможностей системы [1].
В рамках развития лабораторной базы авторами был разработан и изготовлен опытный мембранный датчик измерения давления, считывающий показания давления в системе стенда в реальном времени.
Датчик состоит из корпуса с жестко закрепленной в нем мембраной, на которой размещен тензорезистор, соединенный в мостовую измерительную схему. Общий вид датчика измерения давления представлен на рис. 1.
Разработанный мембранный датчик измерения давления содержит следующие электрические элементы:
Тензорезистор марки 2ФКМГ-20-100Б ГОСТ 21616-76; Arduino HX711 модуль 24-битный АЦП с усилителем, собран на микросхеме HX711 для тензодатчиков; Модуль Arduino Nano v3.0, работающий на чипе ATmega328P; LED индикатор TM1637. Модуль представляет собой небольшую плату, на которой установлен LED 4-х разрядный семисегментный дисплей на основе одноименного i2c драйвера TM1637; Источник питания 9В; Кнопочный переключатель.
Секция «Проектирование машин и робототехника»
Работа датчика основана на подаче давления P на мембрану, в следствии чего происходит ее деформация е. Тензорезистор марки 2ФКМГ-20-100Б ГОСТ 21616-76 наклеенный на мембрану, меняет сопротивление R в зависимости от поданного давления и передает изменяемое сопротивление AR на модуль arduino HX711. Модуль Arduino HX711 передает результаты измерений U1 на модуль Arduino Nano v3.0 [3]. Микроконтроллер имеет 32кБ флеш-памяти для хранения разработанного кода программы, 2кБ используются для хранения кода загрузчика. ATmega328 имеет 2кБ ОЗУ и 1кБ EEPROM [2]. Модуль Arduino Nano v3.0 выводит обработанные показания U2 на LED индикатор TM1637. Система в свою очередь подключена к источнику питания 9В, который подключен к кнопочному переключателю [4]. Схема подключения элементов датчика приведена на рис. 2.
Рис. 1. Мембранный датчик измерения давления
Источник
питания 9В
un
p Тензорезистор 2ФКМГ-20-100B * Мемдрана д/? Модуль Ardumo и, Arduino U2 LED индткатор
HX711 Nano v3.0 JM1637
Рис. 2. Схема подключения элементов датчика
Код программы в среде разработки АМшпо, разработанный для мембранного датчика измерения давления, представлен в таблице
Код программы в среде разработки А^шпо
#include <HX711.h>
#include <TM74HC595Display.h>
int SCLK = 3;
int RCLK = 4;
int DIO = 2;
TM74HC595Display disp(SCLK, RCLK, DIO); unsigned char LED_0F[29]; HX711 scale(A1, A0);
void setup() {
Serial.begin(9600); pinMode(3, OUTPUT); digitalWrite(3, HIGH); LED_0F[0] = 0xC0; LED_0F[1] = 0xF9; LED_0F[2] = 0xA4;
LED_0F[3] = 0xB0; LED_0F[4] = 0x99; LED_0F[5] = 0x92; LED_0F[6] = 0x82; LED_0F[7] = 0xF8; LED_0F[8] = 0x80; LED_0F[9] = 0x90; scale.set_scale(2280.f);
scale.tare(); }
void loop()
{
float data = scale.get_units(10)*0.05; Serial.println(data);
disp.digit4(data, 0);
}
Аналогичное устройство было разработано ранее на платформе Arduino с применением программного комплекса Labview [5]. Разработанный мембранный датчик измерения давления с использованием Arduino используется в измерительных системах стендов авторской разработки [6-8] и может быть использован в системах измерений иных испытательных стендов в указанном диапазоне измеряемых давлений.
Библиографические ссылки
1. Ереско С. П., Зябликов В. А. Моделирование пневматических систем с использованием стенда ГПС-01 // Решетневские чтения : материалы III Междунар. практ. конф. ; Сиб. гос. аэро-космич. ун-т. Красноярск, 2017. С. 335-338.
2. Electronic textbook StatSoft [Электронный ресурс]. URL: http://wiki.keyestudio.com/index. php/Ks0068_keyestudio_37_in_1_Sensor_Kit_for_Arduino_Starters (дата обращения: 15.04.2018).
3. Яценков В. От Arduino до Omega: платформы для мейкеров шаг за шагом. СПб. : БХВ-Петербург, 2018. С. 81.
4. ARDUINO. Быстрый старт. Первые шаги по освоению ARDUINO. М. : Макскит, 2015.
С. 36.
5. Разработка модуля измерения деформаций с помощью тензорезисторов с использованием arduino / А. С. Ереско, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско и др. // Механики XXI веку : материалы XX Междунар. науч. конф. ; БрГУ. Братск, 2017. С. 82-85.
6. Расчет гидравлической системы тормозного устройства стенда для испытания трансмиссий транспортно-технологических машин / А. С. Ереско, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско и др. // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2016. № 4. С. 60-79. DOI: 10.15593/24111678/ 2016.04.06
7. Совершенствование методики расчета коэффициента полезного действия карданной передачи с целью оптимизации ее конструктивных и эксплуатационных параметров / А. С. Ереско, С. П. Ереско, Т. Т. Ереско и др. // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. 2017. № 3. С. 25-45. DOI: 10.15593/24111678/2017.03.02.
8. Расчет привода стенда для испытания карданных передач на игольчатых подшипниках / А. С. Ереско, Е. В. Иваненко, Е. В. Кукушкин и др. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы XIII Всерос. науч.- практ. конф. ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017. C. 332-334.
© Ереско С. П., Зябликов В. А., Кукушкин Е. В., 2018
