Μελετώντας τιμές από αισθητήρες

Ένα πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό των αυτόματων μηχανών είναι το γεγονός ότι μπορούν να αισθάνονται στοιχεία από το περιβάλλον τους και έτσι μπορούν να παίρνουν αποφάσεις για το τι ενέργειες θα κάνουν.

Πως όμως μπορεί μια μηχανή που δουλεύει με ηλεκτρικό ρεύμα να αναγνωρίσει δεδομένα όπως η θερμοκρασία, το φως, η απόσταση από εμπόδια, αν βρέχει ή όχι, αν υπάρχει θόρυβος ή όχι;

Οι άνθρωποι έχουν σκεφτεί μερικούς πολύ έξυπνους τρόπους για να μετατρέπουν αυτά τα δεδομένα σε ηλεκτρικό ρεύμα, αξιοποιώντας κυρίως τις ιδιότητες που έχουν διάφορα υλικά και κατασκευάζουν αισθητήρες που μπορούν να κάνουν αυτή τη δουλειά.

Ας πάρουμε για παράδειγμα τον τρόπο με τον οποίο μπορεί ένας αισθητήρας να αναγνωρίσει το πόσο φωτεινός είναι ο χώρος. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την όραση τους και έτσι αναγνωρίζουν αν υπάρχει φως, αν αυτό είναι πολύ ή λίγο. Ένας ηλεκτρονικός αισθητήρας φωτός, είναι κατασκευασμένος με τέτοιον τρόπο ώστε η αντίσταση του στο ρεύμα να αλλάζει ανάλογα με το φως που υπάρχει γύρω.

Το ρεύμα έρχεται από το ένα από τα δυο μεταλλικά ποδαράκια που φαίνονται στην παραπάνω εικόνα και επιστρέφει από το άλλο, περνώντας μέσα από τον ημιαγωγό που βρίσκεται στην κορυφή. Όταν δεν υπάρχει πολύ φως ο ημιαγωγός έχει πολύ μεγάλη αντίσταση στο ρεύμα, ενώ όσο πιο πολύ φως υπάρχει στον χώρο, τόσο περισσότερο μειώνεται η αντίσταση του. Με αυτόν τον τρόπο ένας ηλεκτρονικός υπολογιστής ή μια αυτόματη μηχανή μπορεί να αναγνωρίσει την φωτεινότητα του χώρου.

Οι αισθητήρες που θα χρησιμοποιήσουμε εμείς στις δικές μας κατασκευές έχουν πολλά κοινά στοιχεία μεταξύ τους. Στις περισσότερες περιπτώσεις αποτελούνται από μια μικρή πλακέτα σε κόκκινο, μαύρο ή μπλε χρώμα. Αυτή η πλακέτα περιλαμβάνει διάφορα ηλεκτρονικά στοιχεία και έχει επίσης ποδαράκια στα οποία μπορούμε να συνδέσουμε καλώδια ώστε να μπορεί να λειτουργήσει και να στείλει τα στοιχεία που αισθάνεται σε κάποια έξυπνη μηχανή. Ο πραγματικός αισθητήρας βρίσκεται και αυτός πάνω στην πλακέτα, συνήθως στην κορυφή της.

Οι περισσότερες μονάδες αισθητήρων που θα χρησιμοποιήσουμε συνδέονται με το Arduino με τρία καλώδια. Τα δυο από αυτά είναι για να μπορέσουν να πάρουν το ρεύμα που χρειάζονται για να μπουν σε λειτουργία, ενώ το τρίτο καλώδιο είναι αυτό που μεταφέρει τα δεδομένα του αισθητήρα στο Arduino. Πιο αναλυτικά:

• Υπάρχει ένα ποδαράκι σε κάθε μονάδα στο οποίο πρέπει να συνδέσουμε την είσοδο του ρεύματος. Συνήθως έχει την ένδειξη VCC ή +
• Υπάρχει ένα ποδαράκι σε κάθε μονάδα στο οποίο πρέπει να συνδέσουμε την γείωση για να ολοκληρωθεί το κύκλωμα. Συνήθως έχει την ένδειξη GND ή G ή –
• Υπάρχει ένα ποδαράκι σε κάθε μονάδα στο οποίο συνδέουμε το καλώδιο για να στείλουμε τα δεδομένα. Συνήθως έχει την ένδειξη A0 ή OUTPUT ή Signal ή S.

Η σύνδεση μιας μονάδας αισθητήρα με το Arduino γίνεται ως εξής:

• Συνδέουμε τα δεδομένα του αισθητήρα (A0, OUTPUT, Signal, S) σε κάποια από τις υποδοχές εισόδου του Arduino. Το Arduino UNO που χρησιμοποιούμε έχει έξι τέτοιες υποδοχές που έχουν τις ενδείξεις Α0 ως Α5
• Συνδέουμε την γείωση του αισθητήρα (GND, G, -) με κάποια από τις υποδοχές γείωσης του Arduino. Το Arduino UNO που χρησιμοποιούμε έχει τρεις τέτοιες υποδοχές που έχουν τις ενδείξεις GND
• Συνδέουμε την είσοδο ρεύματος του αισθητήρα με κάποια από τις εξόδους ρεύματος του Arduino. Το Arduino μπορεί να στείλει ρεύμα με τάση 5V ή 3.3V. Οι περισσότεροι αισθητήρες που θα χρησιμοποιήσουμε χρειάζονται 5V για να λειτουργήσουν.

Πάμε τώρα να κάνουμε τα σημερινά μας πειράματα! Κάθε ομάδα έχει στην διάθεση της έναν υπολογιστή, ένα Arduino Uno, ένα καλώδιο USB για συνδέσει το Arduino με τον υπολογιστή καθώς και τρία καλώδια (ένα μαύρο, ένα πράσινο και ένα κόκκινο). Ακολουθούμε τις οδηγίες που υπάρχουν σε αυτή τη φόρμα και καταγράφουμε τις παρατηρήσεις μας.