Come funzionano i vari sensori Arduino?

Una delle grandi cose di Arduino è l'estensibilità della piattaforma. Sul mercato sono disponibili decine di sensori diversi, ciascuno dotato di una funzione unica, che consente di implementare tutte le idee di progetto che si possono avere.

Comprendere i diversi sensori disponibili e le loro applicazioni è in realtà una delle aree più importanti su cui puoi concentrarti come hobbista Arduino.

Se sei serio su questo, ti imbatterai nella maggior parte di questi sensori mentre esegui comunque alcuni esperimenti iniziali di base. Ma è bene capire cosa fanno esattamente e come combinarli per ottenere i migliori risultati.

Concetti basilari

Una scheda Arduino da sola non è molto utile. Puoi caricare piccoli programmi su di esso e fargli eseguire le operazioni di base, ma l'hardware è piuttosto limitato per qualsiasi reali utilizzi computazionali (almeno rispetto ad offerte alternative sul mercato, come i modelli più economici di Raspberry Pi).

La vera potenza della piattaforma risiede nei vari sensori e altri moduli che è possibile collegare alla scheda base. Con pochi ponticelli e alcune righe di codice, puoi avere una configurazione di base che tiene traccia di una particolare proprietà e genera dati rilevanti tramite Arduino.

I sensori sono disponibili in diverse forme e dimensioni e alcuni sono pensati per essere combinati con altri per un effetto completo. La maggior parte può essere utilizzata da sola, tuttavia, e in alcuni casi potresti persino essere in grado di collegarli in circuiti autonomi, senza nemmeno aver bisogno di un controller Arduino.

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Spiegazione dei sensori popolari

Diamo un'occhiata ad alcuni dei sensori più popolari che incontrerai e vediamo come funzionano sotto il cofano.

Sensore di luce

Un sensore di luce, come suggerisce il nome, può essere utilizzato per rilevare i cambiamenti nel livello di luce ambientale. Questo può essere utile per controllare l'illuminazione in vari ambienti. Ad esempio, spegnere le luci di casa quando fuori fa buio o regolare l'intensità delle lampade riscaldanti quando si coltivano le piante.

La maggior parte dei sensori di luce Arduino sono implementati tramite un sensore di luce LDR (Low Dynamic Range) di base, che conferisce loro una sensibilità inferiore rispetto a moduli più avanzati come fotodiodi e resistori. Tuttavia, un sensore di luce LDR di base dovrebbe fornire una sensibilità sufficiente per la maggior parte dei progetti di hobby.

Termometro

I sensori di temperatura sono generalmente implementati con un termistore NTC (coefficiente di temperatura negativo) o PCT (coefficiente di temperatura positivo).

L'unica differenza dal punto di vista di un utente è come dovresti interpretare i valori di output. Alcuni sensori potrebbero essere dotati di un convertitore interno che gestisce quella parte per te, tentando di standardizzare l'uscita della maggior parte dei sensori di temperatura sul mercato.

Sensore di umidità

I sensori di umidità si trovano spesso integrati nei sensori di temperatura, con i due offerti come unità accoppiate. Possono essere trovati anche come dispositivi autonomi. La maggior parte dei sensori di umidità Arduino sono capacitivi, il che significa che misurano i cambiamenti di umidità attraverso una sottile striscia di materiale che cambia la sua capacità rispetto all'umidità circostante.

Sensore di movimento

Il nome di un sensore di movimento è in qualche modo fuorviante. In realtà non rilevano alcun movimento, ma piuttosto cambiamenti nei livelli di radiazione infrarossa ambientale.

La radiazione infrarossa è emessa praticamente da tutto e da tutti, e gli esseri umani sono particolarmente "caldi" in questo senso a causa della loro temperatura corporea più elevata rispetto all'ambiente. Per questo motivo, quando un essere umano entra nel raggio di un sensore di movimento, viene rilevata la sua presenza, ma il sensore non ha mai misurato alcun movimento effettivo in primo luogo.

Sensore di prossimità

La maggior parte dei sensori di prossimità per Arduino si basa sul classico design a infrarossi. Il sensore emette fasci di luce infrarossa puntati in avanti, che vengono quindi riflessi dalle superfici che colpiscono.

Il sensore rileva i raggi di ritorno e misura la differenza di tempo tra l'emissione di un raggio e il suo ritorno. In questo modo, può stimare la distanza percorsa dai raggi con grande precisione e senza consumare molta energia.

Accelerometro

Gli accelerometri vengono utilizzati per misurare i cambiamenti di accelerazione, che possono essere utilizzati per identificare i cambiamenti di posizione e velocità. Di solito sono realizzati da un piccolo cristallo accanto ad un oggetto di una certa massa, collegato ad una molla leggera molto sensibile.

Qualsiasi movimento dell'intera configurazione fa sì che la massa si sposti, esercitando una pressione sul cristallo. Il cristallo può quindi convertire i cambiamenti di pressione in segnali elettrici, indicando quanta accelerazione viene attualmente applicata al corpo.

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Quando ha senso una versione più costosa?

Alcuni sensori hanno controparti più costose. Per un semplice progetto fai-da-te, di solito dovresti stare bene con una versione più economica di ogni sensore di cui hai bisogno. Ciò è particolarmente vero durante la fase di prototipazione, in cui di solito si hackera tutto insieme con i cavi dei ponticelli e non si preoccupa davvero dell'ottimizzazione dello spazio o del consumo energetico.

Ma man mano che ti avvicini al completamento del tuo progetto, potresti voler esaminare sensori più avanzati e durevoli. Alcuni di questi potrebbero rendere il tuo dispositivo più efficiente dal punto di vista energetico (che può fare un'enorme differenza nelle configurazioni alimentate a batteria), mentre altri possono aumentare il livello di precisione delle misurazioni che stai ricevendo.

Un problema che potresti incontrare quando passi da sensori meno costosi a sensori più costosi è che potrebbe invalidare le calibrazioni iniziali del dispositivo. Se hai eseguito tutte le calibrazioni su un sensore meno preciso, potresti dover regolare alcune cose quando passi a versioni più avanzate. In questo caso, potrebbe avere più senso iniziare con il sensore più preciso in primo luogo.

Cose da tenere a mente sui progetti fai-da-te

A volte puoi implementare i tuoi sensori con le parti giuste. Ma devi ricordare che una parte del prezzo che stai pagando per uno prefabbricato va oltre i materiali di base e lo sforzo di costruzione.

Stai anche investendo in qualcosa che è stato accuratamente testato e calibrato e saprai che puoi fare affidamento sulle misurazioni che fornisce (entro un certo intervallo di precisione). Mentre potresti essere in grado di garantire lo stesso per le tue controparti, può richiedere molto più tempo e sforzi per portarle a quel punto.

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