Датчик вибрации своими руками

ДАТЧИК ВИБРАЦИИ

Сегодня мы с вами поговорим о такой интересной штуке, как датчик вибрации, область ее применения зависит от вашей фантазии. Я, например, использовал его как датчик, для сигнализации приклеив его к рамке, на которой установлена дверь. Теперь поговорим о самом устройстве. Схема датчика была разработана лично мной, и ее нет нигде в интернете — только на нашем сайте. Характеристики ее следующие: устройство начинает работать сразу после правильной сборки – то есть, не нуждается ни в каких настройках, которые мы с вами так не любим, чувствительность просто потрясающая — с десяти метров от него, исполняя какой нибудь танец, микроамперметр или светодиод начнет подтанцовывать вместе с вами. Вот сама схема датчика вибрации:

Микросхему LM358 использовал, так как она, на мой взгляд, является самым распространенным операционным усилителем, есть она в любом радиомагазине, и стоит копейки. В крайнем случае, ее можно выдрать из краба – универсального зарядного для аккумуляторов мобильных телефонов или из автомобильной сигнализации – там они часто встречаются в приемной части, еще можно заменить на LM324 – у нее плюс питания на четвертую ногу, а минус на одиннадцатую при этом конечно уже не соединяем восьмую и четвертую. Пьезодинамик покупаем или достаем из убитых калькуляторов, наручных часов, велосипедных пищалок и прочих пиликающих игрушек. Микроамперметр бывает в советских магнитофонах, усилителях или авометрах (древних тестерах). Пьезик можно заменить на светодиод или небольшой динамик с малым током потребления (около 20-ти миллиампер, тогда убираем R6). Резисторы R3, R5 – могут быть в пределах 1к до 3к3, главное чтоб они были одинакового номинала. Резистор R4 — влияет на чувствительность, меньше сопротивление — выше чувствительность (минимальное что я ставил 0, 33 ом – это подкрадываясь почувствует на расстоянии 5-6 метров). R1, R2 в пределах 47к … 220к тоже оба с одинаковыми номиналами. R6 как ограничение тока, подходит для микроамперметра и светодиода. Конденсаторы C1 и C2 от 1мк до 47мк. Питание датчика вибрации
возможно даже от литиевого аккумулятора 3,7 вольта, тогда для светодиода можно будет убрать R6. В принципе всё, если собрали все необходимые детали — можно начинать сборку. Собираем сначала схему датчика на ОУ и не трогаем пьезодинамик. Вариант изготовления платы смотрим здесь:

Теперь разбираемся с пьезо динамиком. У него есть середина из пьезоэлемента с напылением сверху для пайки, и пластина (обычно бронзовая или никелированное железо) на которой с одной стороны та самая середина из пьезоэлемента. Припаиваем к середине пьезоэлемента провод, другой его конец провода припаиваем к выводу 3 микросхемы, потом припаиваем пластину прямо на плату, а на противоположной от платы стороне к пьезодинамику прикрепляем пружину (для большей чувствительности) смотрим рисунок. Итак, датчик вибрации собран, можно проверять. Подключаем питание и ждем, пока пружина не успокоится. Когда на выходе будет «0” (не светится светодиод или микроамперметр показывает «0”), щелкаем пальцами или хлопаем, датчик должен отреагировать. Если все работает – отлично, если нет, проверьте, нет ли замыканий, правильно ли все соединили. Микросхема вообще должна быть рабочей, даже если вы ее выпаяли из какого нибудь устройства (на ней нет никакой нагрузки). Если интересно как этот датчик работает, читаем тут. У операционного усилителя есть два входа ( один из них называют «+” другой «-”) и один выход. Если подаем на вход «+” напряжение больше чем на вход «-«, на выходе имеем «+” если же наоборот на выходе будет «-«. По схеме напряжение входе «+” меньше чем на входе «–» на пару милливольт и поэтому на выходе имеем «-«. Теперь пьезо динамик — такая крутая вещь, что преобразует звук или вибрацию в напряжение (у меня от пьезодинамика даже светодиод светился, просто ударяя по нему карандашом), и он при вибрации увеличивает напряжение на входе «+”и, следовательно, имеем на выходе тоже «+”. Заранее благодарю за повторение моих конструкции. Автор статьи — Леша «левша», устройство испытал: АКА.

Схема чувствительного датчика вибрации

Схема простого, но чувствительного датчика вибрации на ОУ LM358. Устройство наладки не требует и начинает работать сразу. Реагирует на шаги с расстояния в несколько метров.

Схема вибродатчика показана на рисунке ниже:

В качестве датчика используется плоский пьезоизлучатель от наручных часов либо похожий. Провод от центральной пластины пьезоэлемента подключается ко входу ОУ. Сам пьезоэлемент закрепляется на контролируемой поверхности. Для усиления чувствительности к основанию пьезоэлемента можно прикрепить небольшую пружинку с грузиком таким образом, чтобы пьезоэлемент работал на изгиб. В спокойном состоянии напряжение на неинвертирующем входе U1 на несколько милливольт ниже, чем на инвертирующем. Поэтому на выходе U1 (выв.1) присутсвует напряжение, близкое к 0 (лог.0). При появлении вибрации на выводе 3 ОУ появляется дополнительное напряжение, которое в сумме с постоянным напряжением от делителя R3-R1-R2 оказывается выше, чем на выводе 2. ОУ переключается, и на его выходе появляется напряжение, близкое к напряжению питания (лог. 1). Таким образом, на выходе датчика формируются прямоугольные импульсы в такт с вибрацией. Выходной сигнал подается на 2 контакт разъема J1.

Резистором R1 подбирается чувствительность датчика. Его номинал может колебаться от 0.33 Ом до 10 Ом. Чем меньше сопротивление — тем выше чувствительность. Кондерсатор С1 выполняет роль фильтра, исключая ложное срабатывание от одиночных импульсов. Резисторы R2 и R3 должны быть одинакового сопротивления от 1 до 3 кОм. Резисторы R4 и R5 тоже должны быть одинакового сопротивления от 47 до 200 кОм.

Датчик может питаться напряженим от 4 до 12 вольт. Резистор R6 ограничивает выходной ток в случае напряжения питания больше 5 вольт и чувствительной нагрузке на выходе. Выход датчика модет быть подключен к микроконтроллеру или транзистору, управляющему, например, реле. Также к выходу датчика может быть подключен светодиод или вольтметр.

Датчик может быть собран на печатной плате, чертеж которой представлен на рисунке:

Пьезолемент подключется через разъем слева. Провода к нему должны быть скручены между собой.

Датчик вибрации

Товары

Датчики вибрации используется для определения внешних вибрационных воздействий. Они могут быть применены при создании различных сигнализаций.

Содержание

• Обзор
• Технические характеристики модуля
• Пример использования
• Часто задаваемые вопросы FAQ

Обзор датчика вибрации Arduino

Каждый из этих датчиков имеет выводы GND, Vcc (питания) и вывод аналогового сигнала A0. Настройка чувствительности датчика осуществляется находящимся на плате потенциометром. Каждый из датчиков имеет светодиод, сигнализирующий о наличие поступающего на датчик питания. Датчик 140С001 имеет дополнительный цифровой вывод D0, на котором при достижении порогового значения величины вибрации выдается логический ноль. Порог срабатывания регулируется потенциометром. Наличие цифрового вывода D0 и светодиода уровня D0 позволяет использовать датчик 140С001 автономно, без подключения к контроллеру. Датчики имеют монтажное отверстие для крепления к поверхности.

Технические характеристики

Технические характеристики датчиков Logo sensors v1.5 и 140С001 представлены в таблице

Пример использования

Рассмотрим использование датчика вибраций в проекте охранной сигнализации. При ударе по поверхности, к которой закреплен датчик, срабатывает сигнал тревоги (звуковой сигнал на динамик). Дополнительно будем выводить на светодиодную шкалу относительное значение, выдаваемое датчиком вибраций (для настройки сигнализации). Для проекта нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno
• датчик вибрации 801S или Logo sensors v1.5
• светодиодная шкала
• динамик 8 Ом
• резистор 500 Ом
• транзистор КТ503е
• макетная плата
• соединительные провода

Соберем схему, показанную на рис. 1. Светодиодная шкала представляет собой сборку из 10 независимых светодиодов с катодами со стороны надписи на корпусе. Для подключения шкалы к Arduino будем использовать 10 цифровых выводов D3 – D12. Схема соединений показана на рис. Э4.3. Каждый из светодиодов шкалы выводом анода соединен с цифровым выводом Arduino, а катодом на землю через последовательно соединенный ограничивающий резистор 220 Ом.

Запустим Arduino IDE. Создадим новый скетч и внесем в него следующие строчки: Аналоговый вывод датчика подключен к аналоговому входу Arduino, который представляет собой аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с разрешением 10 бит, что позволяет на выходе получать значения от 0 до 1023. В состоянии покоя датчик на аналоговом входе Arduino мы будем фиксировать значение от 0 (датчик 140С001) до 9-10 (датчик Logo sensors v1.5). В случае вибраций (например, удар по столу, к которому прикреплен датчик) значение аналогового сигнала увеличивается многократно, что видно по показаниям светодиодного индикатора. При пороговом значении (подбирается экспериментально) на динамик подаем сигнал тревоги на 10 секунд.

Предотвращаем аварии: датчик контроля вибрации мотора с передачей данных на смартфон по BLE

Типовая схема датчика мониторинга вибраций мотора, разработанная Texas Instruments, базируется на трехосевом аналоговом акселерометре, малошумящем усилителе, программируемом микроконтроллерном блоке с АЦП и беспроводном контроллере с BLE-интерфейсом. Схема может автономно работать от полугода до 25 лет (в зависимости от режима работы и задействования беспроводной части) и позволяет отслеживать состояние систем кондиционирования, холодильных установок насосов, бытовых и промышленных конструкций и сооружений для ранней профилактики аварийных ситуаций.

Основное предназначение датчиков в системах автоматизации – это индикация текущего состояния объекта управления, своевременное обнаружение и оповещение о внештатных ситуациях.

Развитие и миниатюризация вычислительной техники, а также удешевление датчиков позволяет внедрять предиктивные (предсказательные) методы технического обслуживания. Данные методы предназначены для определения состояния оборудования без вывода из эксплуатации. Их основная задача – предсказать, когда будет нужно провести то или иное техническое обслуживание, чтобы предотвратить приближающийся отказ оборудования.

Помимо аппаратных решений, компания предоставляет и программные ресурсы:

• средства разработки программного обеспечения;
• стеки протоколов;
• примеры приложений.

Структурная схема датчика вибрации

Одним из опорных решений TI является проект TIDA-01575 [1, 2], представляющий собой датчик мониторинга вибраций мотора. В данном решении задействован аналоговый трехосевой акселерометр, малошумящий усилитель, программируемый микроконтроллерный блок с АЦП и беспроводной контроллер с BLE-интерфейсом. Задача представленного решения – анализировать уровень и характер вибраций, возникающих при работе мотора, чтобы определить момент его технического обслуживания, не дожидаясь выхода мотора из строя.

Главные особенности предлагаемого решения:

• отслеживание вибраций МЭМС-акселерометром с тремя осями измерения;
• точность определения вибраций по всех трем осям до 0,01 g;
• Фурье-анализ уровня вибрации (используется быстрое преобразование Фурье, БПФ);
• оптимизация энергопотребления для длительной автономной работы;
• модульное исполнение в виде платы расширения BoosterPack™ с возможностью интеграции с платами серии LaunchPad™;
• возможность легкой адаптации программного обеспечения для работы устройства в сетях Wi-Fi, Sub1GHz SimpleLink, Bluetooth5 или просто для передачи результатов по UART-интерфейсу.

Структурная схема датчика вибраций мотора TIDA-01575 представлена на рисунке 1. В нее входят:

• аналоговая часть (AFE) в виде платы с акселерометром, схемой усиления сигналов на сдвоенном операционном усилителе LMP7702 и ключом управления питанием;
• плата аналого-цифрового преобразователя на базе микроконтроллера MSP432P401R;
• плата LaunchPad с СнК CC2650 для организации беспроводного интерфейса.

Рис. 1. Структурная схема датчика вибраций мотора

Принцип работы

Центральным элементом датчика является микроконтроллер MSP432P401R, выполняющий задачи по приему и обработке сигналов акселерометра, спектральному анализу сигналов, выдаче результатов по UART или передаче их сетевому процессору CC2650.

Сбор первичных данных, обработка измерений и выдача результатов разделены логически в коде приложения и представлены различными программными задачами в рамках операционной системы TI RTOS.

Работой с сигналами акселерометра ведает задача vibration Task. Она запускает АЦП на опрос каналов по прерываниям таймера с частотой 74 кГц и 14-битным разрешением. Благодаря этому каждый из трех каналов акселерометра опрашивается с частотой 24 кГц. По завершении фазы опроса вызывается функция частотного анализа – по полученным данным для каждого канала (каждой оси вибрации).

При работе без сетевого процессора данные контроллером передаются по интерфейсу UART при помощи задачи comms Task. UART настраивается на режим 8-N-1 при скорости 460,8 кбит/с, и при помощи любого программного обеспечения, способного работать с виртуальным COM-портом, возможен прием или визуализация этих данных.

Когда MSP432P401R является хост-контроллером для BLE-процессора, запускается задача AP_create Task, вызывающая функции SimpleLink SDK Bluetooth для установки связи с BLE-процессором на основе СнК CC2650. На рисунке 2 представлено взаимодействие задач опроса акселерометра и передачи обработанных данных по Bluetooth.

Рис. 2. Схема работы приложения в связке «хост-контроллер + сетевой процессор» (BLE-процессор)

При неустановленном соединении (то есть когда нет подключения к конкретному смартфону) устройство рассылает adv-пакеты определенного формата (рисунок 3). В широковещательных данных пакета после небольшого заголовка последовательно идут скомпонованные данные по всем трем осям. В данных для каждой оси указываются параметры преобразования Фурье, номер гармоники с максимальной энергией и значение ее энергии.

Рис. 3. Структура широковещательных данных датчика вибрации

Зная формат adv-пакетов, можно в фоновом режиме отслеживать состояние мотора даже без подключения смартфона к датчику вибраций.

После подключения датчик предоставляет подключенному устройству набор сервисов и характеристик в соответствии со специализированным профилем, и приложение уже может считывать сами спектры вибраций по любой из осей.

Так как датчик может быть расположен в труднодоступном месте (под защитными кожухами или внутри корпуса станка) возможна проблема с его обеспечением стационарным питанием. В связи с этим актуально подключение возможностей режимов пониженного энергопотребления MSP432P401R для продления времени работы без замены батареи. Приложение управляет питанием элементов системы, синхронизируя работы программных компонентов и аппаратной части.

Сам акселерометр и схема обработки его сигналов в процессе измерений потребляют довольно большой ток, поэтому в промежутках между сериями измерений необходимо их отключать.

Управление питанием разделено программой на две части.

В периоды между измерениями, – а это относительно длительные промежутки простоя, – контроллер переходит на уровень LPM3. Длительность данных промежутков определяется функцией pretive_maintenance_setWakeTime (uint8_t Hours, uint8_t Minutes), описанной в файле vibCapture.c. Аргументами функции являются значения длительности интервала, заданные в часах и минутах.

Во время самих измерений, когда требуются промежутки ожидания, например, для стабилизации питания и сигналов в аналоговой части, контроллер переходит в режим потребления LPM0.

Этими мерами минимизируется время нахождения контроллера в активном режиме и, следовательно, дополнительно снижается среднее энергопотребление всего датчика.

Схема профиля энергопотребления приведена на рисунке 4.

Рис. 4. Профиль энергопотребления датчика вибрации

Тестирование приложения

Для тестирования опорного программно-аппаратного проекта был собран небольшой макет (рисунок 5). В его состав входит:

• бесколлекторный мотор постоянного тока, который при тестировании вращается с частотой 3600 об/мин (60 об/с);
• датчик вибраций в сборе с пластиной-резонатором на тестируемом моторе;
• нагрузка мотора в виде другого аналогичного мотора.

Рис. 5. Тестовый макет для опорного решения датчика уровня вибраций

Симуляция неисправности проводилась путем неполного затягивания креплений ведущего мотора, вследствие чего характер его вибраций изменялся.

Взаимодействие с датчиком по BLE производилось при помощи приложения для смартфона SimpleLink SDK Explorer, которое доступно в соответствующих магазинах приложений для платформ Android и IOS.

При неустановленном соединении из adv-пакетов, рассылаемых датчиком, извлекается информация о доминирующих гармониках в спектре колебаний и их энергии (рисунок 6).

Рис. 6. Окно приложения до установки BLE-соединения с датчиком вибраций

После установки соединения приложению доступна детальная информация о спектре колебаний по каждой из осей.

На рисунке 7 представлены спектры вибраций по оси Х для случая нормально закрепленного мотора (отмечен как «Passing motor») и случая, когда крепления мотора были ослаблены («Failing motor»).

Рис. 7. Спектры вибраций по оси Х для случая нормально закрепленного мотора (а) и мотора с ослабленными креплениями (б)

По характеру спектров видно, что в первом случае преобладают вибрации на основной частоте работы мотора (60 Гц), а при ослаблении спектр начинает размываться и появляются дополнительные гармоники, при этом мощность основной гармоники падает. Аналогичные графики доступны и для осей Y и Z.

Диаграмма потребления тока системой во время работы представлена на рисунке 8. Из него видим, что длительность активной фазы работы составляет порядка 65…70 мс, средние токи в активной фазе не превышают нескольких миллиампер (6…9 мА в среднем, с пиками – до 10…12 мА).

Рис. 8. Профиль потребления тока датчиком вибраций на различных этапах работы

Рекомендованным для данного проекта источником автономного питания является батарея типа CR123A с емкостью порядка 1470 мА⋅ч. Неизбежный саморазряд батареи несколько снизит ее емкость: для дальнейших расчетов принято снижение полной емкости на 5%, что даст эффективную емкости батареи 1396 мА⋅ч.

В случае, если хост-контроллер датчика работает автономно (без беспроводного сетевого процессора), основным фактором, влияющим на длительность автономной работы, будет период измерений. В таблице 1 приведены оценки среднего тока потребления и длительности работы датчика вибраций без задействованного BLE-процессора в зависимости от периода измерений.

Таблица 1. Оценки среднего тока потребления и длительности работы датчика вибраций без задействованного BLE-процессора

Добавление BLE-процессора в датчик несколько увеличивает энергопотребление. Поскольку события подключения к датчику по BLE пользователем достаточно редки, основной вклад в увеличение среднего тока потребления будет давать рассылка беспроводным контроллером adv-пакетов, а точнее – интервал между их рассылкой.

Увеличение интервала между рассылкой adv-пакетов снижает среднее энергопотребление (таблица 2), но, с другой стороны, несколько затрудняет обнаружение устройства, рассылающего пакеты (по крайней мере, стандартными средствами или при настройках поиска близлежащих устройств «по умолчанию»).

Таблица 2. Средний ток потребления и длительность работы датчика вибраций при подключенном BLE-процессоре в зависимости от интервала рассылки adv-пакетов

Дальнейшим усовершенствованием проекта в плане энергопотребления может быть применение внешнего нанотаймера/супервизора для отключения питания на время паузы между замерами. Также можно использовать adv-пакеты для фоновой трансляции результатов измерений – не просто максимальных значений и их частот, а полного спектра. Конечно, такое решение потребует некоторых дополнительных изменений программного обеспечения на смартфоне: режим рассылки adv-пакетов не предусматривает подтверждения их приема и какого-либо протокола обмена данными, рассылка идет в одностороннем порядке.

Заключение

Опорный проект датчика вибраций является прекрасным примером системы с беспроводным BLE-интерфейсом, реализованным на микроконтроллере и беспроводном сетевом процессоре. Отдельного упоминания достойны задействованные в проекте меры по оптимизации энергопотребления как на стороне аналогово-измерительной части, так и на стороне микроконтроллеров.

Напрямую проект может быть применен в таких задачах, как:

• мониторинг систем вентиляции и кондиционирования;
• мониторинг холодильных установок;
• отслеживание состояния насосов;
• датчик вибрации конструкций и сооружений.

ДАТЧИК ВИБРАЦИИ ДЛЯ ОХРАННОГО УСТРОЙСТВА

ДАТЧИК ВИБРАЦИИ ДЛЯ ОХРАННОГО УСТРОЙСТВА

Основой датчика служит пьезоэлемент от звукоизлучателя ЗП-2, ЗП-4 или ЗП-5. Общий вид датчика (сбоку) показан на рис.1,а. Пьезоэлемент 2 одной из обкладок припаян к фолымрованной площадке печатной платы 1. К верхней по рисунку обкладке пьезоэлемента 2 припаивают стойку 4, согнутую в виде буквы Л из упругой стальной проволоки диаметром 0,5 мм. Вид на стойку 4 по стрелке А показан на рис. 1,6. Лапы и седловину стойки нужно заранее облудить. Консоль 3 выгибают из такой же проволоки и надежно укрепляют на одном из ее концов груз 5 массой 10. 15 г из свинца или припоя. После этого консоль припаивают одним концом к плате, а примерно серединой — к седловине стойки 4.

Во избежание отрыва верхней обкладки от пьезоэлемента перед припайкой консоли ее слегка изгибают так, чтобы после установки на место она создавала на пьезоэлементе избыточное прижимающее упругое усилие. Размеры деталей датчика непринципиальны, поэтому на рис.1 не даны. Паять необходимо легкоплавким припоем.

Выводами датчика служат фольговая площадка, к которой припаян пьезоэлемент, и впаянное в плату основание консоли. Плату укрепляют на поверхности, вибрацию которой надлежит контролировать. При механическом колебании этой поверхности на выводах датчика возникает несколько слабых импульсов длительностью З. 15 мс.

Для того чтобы усилить эти импульсы и придать им форму, необходимую для дальнейшей обработки, сигнал с датчика подают на вход усилителя-формирователя (см. схему на рис.2). Операционный усилитель DA1 работает в режиме максимального усиления, а транзистор VT1 — в режиме переключения. Диод VD1 увеличивает своим напряжением отсечки зону нечувствительности транзистора.

ОУ вместе с диодом и транзистором образуют компаратор напряжения, отличающийся малым энергопотреблением. Порог срабатывания компаратора устанавливают подстроечным резистором R2. Если амплитуда отрицательной полуволны сигнала датчика менее напряжения на резисторе R2, транзистор VT1 остается закрытым, а выходное напряжениеравным нулю.

Механическое возбуждение датчика приводит к появлению на выходе формирователя нескольких прямоугольных импульсов длительностью 3. 15 мс, по амплитуде пригодных для прямого введения их в цифровой анализатор, выполненный на микросхемах КМОП. Простейшее подобное устройство, способное выделить полезный сигнал на фоне ложных срабатываний, представляет собой счетчик(001 на рис.2), периодически обнуляемый по входу R импульсами электронных часов или специального генератора. Сигнал тревоги — напряжение высокого уровня — появится на выходе лишь тогда, когда число импульсов на входе счетчика в интервале между двумя соседними обнуляющими импульсами достигнет некоторого числа, устанавливаемого переключателем SA1 (на рис.2 оно установлено равным восьми).

Если не задаваться решением задачи исключения ложных сигналов, то сигнал с коллектора транзистора VT1 можно подавать непосредственно на вход узла формирования сигнала тревоги. Как показывает опыт, датчик практически не реагирует на акустические сигналы, распространяющиеся в воздушной среде. Чувствительный прежде всего к нормальной составляющей вибраций, он довольно хорошо воспринимает и возмущения, лежащие в плоскости пьезоэле-мента,-очевидно вследствие возникновения реакции в точках крепления стойки. Таким образом, датчик реагирует на вибрации произвольной ориентации. Ток, потребляемый усилителем-формирователем в режиме ожидания при напряжении питания 9 В, не превышает -18 мкА, при 5 В — 10 мкА.

Датчик вибрации своими руками

Датчик вибрации, как его сделать своими руками.

Здесь представлена ​​чувствительная сигнализация с использованием датчика вибрации для применения в качестве простой системы наблюдения для защиты дверей и окон. Он также может быть использован в качестве защиты багажа или шкафчика. Схема издает звуковой сигнал и зажигает белый светодиод, когда обнаруживает даже небольшую вибрацию. Он компактен, работает от батареи и может быть заключен в небольшую коробку.

В схеме используется миниатюрный датчик вибрации SW18020 P от Gaoxin. Его можно использовать различными способами для определения механических вибраций, чтобы активировать сигнализацию и другие системы наблюдения в различных проектах по обнаружению вибрации.

Датчик вибрации

Датчик вибрации имеет два электрических контакта, которые не касаются друг друга в состоянии холостого хода. При любом движении или вибрации контакты датчика замыкаются и соприкасаются друг с другом. Когда движение или вибрация прекращаются, контакты датчика возвращаются в исходное положение, далеко друг от друга. Замкнутые контакты во время вибрации запускают цепь, подключенную к нему. Авторский прототип показан на рис. 1.

Рис. 1: Авторский прототип

Датчик вибрации имеет небольшой пружинный механизм, который заставляет контакты касаться друг друга, когда вибрация возникает выше определенного порогового уровня. Два вывода, выходящие из датчика, изолированы с сопротивлением более 10 мОм. Во время вибрации пружина внутри датчика вибрирует и кратковременно замыкается между двумя клеммами.

Клеммы датчика вибрации не имеют полярности, но один штифт толстый. Он подключен к Vcc через резистор, а тонкий контакт подключен к цепи, которая должна быть запущена.

Максимальное рабочее напряжение датчика составляет 12 В постоянного тока, но оно работает даже при трех вольтах. При использовании его в цепи он потребляет ток менее 5 мА и обеспечивает сопротивление контакта около 10 мОм в открытом состоянии и менее 5 Ом в состоянии контакта. Это очень надежно, и его время отклика составляет менее 2 мс. Работает более 500 000 раз без поломок. Датчик вибрации показан на рис. 2.

Схема и работа

Принципиальная схема датчика вибрации показана на рис. 3. Он построен вокруг таймера NE7555 (IC1), NPN-транзистора BC547 (T1), пьезо-зуммера (PZ1) и нескольких других компонентов.

Рис. 3: принципиальная схема датчика вибрации

Схема проста. Таймер NE7555 настроен в моностабильном режиме для включения зуммера и белого светодиода в течение примерно двух минут, когда датчик обнаруживает вибрацию. Датчик вибрации напрямую подключен между контактом 2 запуска и контактом 1 заземления IC1. NE7555 является CMOS-версией таймера NE555 и работает от трех вольт.

Датчик смещен резистором R1, который также поддерживает триггерный вывод 2 IC1 в высоком состоянии в режиме ожидания. Когда датчик ощущает небольшую вибрацию, его контакты замыкаются и переводят вывод 2 таймера на уровень земли. Это запускает таймер, и его выходной сигнал повышается примерно на две минуты в зависимости от значений компонентов синхронизации R2 и C1. Когда выходной сигнал таймера становится высоким, транзистор T1 проводит питание на белый светодиод 0,5 Вт и зуммер.

Схема питается от 4,5-вольтовой аккумуляторной батареи, обычно используемой в беспроводных телефонах. Его можно заряжать с помощью зарядного устройства для мобильного телефона, если имеется подходящая розетка. LED2 указывает на зарядку аккумулятора.

Сборка и тестирование

Схема односторонней печатной платы для датчика вибрации показана на рис. 3, а компоновка его компонентов на рис. 4. Соберите схему на печатной плате и поместите в подходящую коробку. Подключите датчик вибрации к цепи с помощью разъема CON1. Приклейте датчик сверху коробки, если он будет использоваться для защиты багажа, или на окне или двери, если он используется в качестве вибрационной сигнализации.

Рис. 4: Компоновка печатной платы датчика вибрации. Рис. 5. Компоновка печатной платы.

Загрузить PDF-файлы с печатной платой и компоновкой компонентов: нажмите здесь

Схема работает от батареи 4,5 В. Для зарядки аккумулятора требуется регулируемый источник питания 5В.

Схема автосигнализации

Автор: admin Vladimir | Опубликовано 27-07-2013

Конечно, можно приобрести охранный блок в магазине. На рынке представлены различные девайсы. Но что делать, если вы не хотите переплачивать за разные опции. К тому же руки у вас растут откуда нужно. Нет проблем!

Можно собрать вполне приемлемый вариант самому. У этой автосигнализации нет ничего лишнего: управления центральным замком, радиобрелка. Зато самоделка обезопасит ваш автомобиль от проникновения при помощи концевых выключателей дверей и багажника. А также при помощи датчика удара-вибрации предупредит владельца об откручивании, например, колёс. Кстати, знаете ли вы, что отключить злоумышленнику такого рода сигнализацию гораздо сложнее. Он ведь не знает, что вы там могли внедрить. К тому же при отсутствии брелка степень защиты во много раз повышается,так как автожулики не смогут считать код (ведь известно, что большинство взломов происходит этим методом).

Схема устройства

Принцип работы заключается в следующем. Сигнал с A1 датчика вибрации поступает на усилитель, который выполнен на VT1, VT2 и управляет тиристором VS1. На базу транзистора VT2 также поступает сигнал от концевых выключателей дверей, капота, багажника. На транзисторах VT3,VT4 собран таймер, который управляет анодом тиристора VS1. В цепи базы VT3 используется конденсатор большой ёмкости C3. Благодаря чему при постановке на охрану надёжно спрятанном тумблером C3 начинает заряжаться через сирену автомобиля и цепь из резисторов R6,R7. В процессе заряда конденсатора VT3,VT4 будут закрыты, следовательно, тиристор VS1 заперт. Благодаря чему схема встаёт под охрану с некоторой задержкой, давая водителю время покинуть авто и закрыть дверь.

По прошествии 20 секунд конденсатор C3 набирает ёмкость, VT3 открывается и включает охрану в работу. Предположим, произошло воздействие на автомобиль или вскрытие какой-либо двери. Тиристор VS1 отпирается, начинает заряжаться C4 через VS1, VT4, R10. Тиристор устроен таким образом, что он остаётся открытым при прохождении постоянного тока. При закрывании двери (прекращении сигналов) тревожная сирена будет извещать владельца о проникновении. Если срабатывание датчиков произошло с появлением владельца, то за время заряда C4 (20 секунд) он отключит замаскированный тумблер. Если этого не сделать, то откроются VT5,VT6, включится реле KV1 , которое в свою очередь подключит сирену. Чтобы не беспокоить соседей и самому не бежать к автомобилю во время ложных срабатываний, как например проезжающий мимо грузовик, в данной автосигнализации реализована функция ограничения времени тревоги. Действует она следующим образом. Когда контакты KV1 замкнуты и ток протекает через R6,R7 , заряжается конденсатор C3. Через небольшое время закроются VT2, VT3, VS1, VT5, VT6 и реле KV1 отключится и снова возьмёт под охрану.

Какие детали можно использовать для реализации схемы. Требования к ним не критичные. Конденсаторы и резисторы любого типа, желательно малогабаритного. Реле KV1 с рабочим напряжением 12 вольт и током катушки в пределах 100 мА .Силовые контакты реле должны выдерживать ток в 5 А. Но можно снизить до 0,5 А, если применить промежуточное реле.

Датчик вибрации A1 не сложно изготовить самому. Он выполнен в виде катушки со стальным сердечником, от которого на небольшом расстоянии закреплен постоянный магнит на плоской пружине. При малейшем ударе по кузову автомобиля колебания через пружину передадутся на магнит. Тот в свою очередь создаст переменное магнитное поле, которое наведёт ЭДС в катушке. Последняя размером Ø10Χ15 мм мотается на сердечнике Ø3 мм из стали. Для обмотки используют медный провод 0,06. 0,07 мм. Магнит с размерами 25Χ10Χ5 мм при помощи клея и ниток нужно закрепить на пружине. В качестве которой можно использовать пружину от будильника. Длина последней выбирается в пределах 60 — 80 мм. В процессе сборки датчика удара следует обратить внимание на то, чтобы магнит мог располагаться как можно ближе к боковой стороне катушки. Готовый датчик вибрации следует располагать в пространстве так, чтобы магнит имел возможность совершать колебания перпендикулярно поверхности земли.

Самодельный датчик вибрации

Теперь остаётся самое главное — спрятать тумблер, через который подаётся питание на схему. К этому вопросу стоит подойти с не меньшей ответственности. Поскольку вам придётся пользоваться им постоянно, ну а злоумышленник не должен его обнаружить.

Подключение датчика вибрации к Ардуино

Датчик вибрации Arduino ► используется для определения наличия внешних вибрационных воздействий на модуль и применяется при создании домашней сигнализации.

Датчик вибрации Arduino (ky-002) используется для определения наличия внешних вибрационных воздействий на модуль и применяется при создании домашней сигнализации. Рассмотрим несколько примеров использования датчика, представим на этом занятии несколько схем подключения сенсора вибрации к плате Ардуино и продемонстрируем простой скетч с использованием цикла while() в языке C++.

Принцип работы датчика вибрации

Данный сенсор может выпускаться в виде модуля, например, SW-420, logo sensors v1.5 или сенсора вибрации 140с001 для Ардуино. Основа датчика SW-420 – металлическая пружина внутри пластиковой трубки, которая начинает колебаться при вибрации. На модуле имеется усилитель сигнала, подстроечный резистор, для регулировки чувствительности датчика и три вывода для подключения к микроконтроллеру.

Распиновка Logo sensors v1.5 и 801S Vibration Sensor Module

Внутри сенсора 801S находится металлический шарик на пружинке, который реагирует на малейшие колебания. Принцип работы данных датчиков можно сравнить с тактовой кнопкой — если контакты на кнопке замыкаются, когда мы на нее нажимаем, то контакты в рассматриваемом нами датчике замыкаются при возникновении вибрации. Рассмотрим далее, как подключить датчик вибрации к плате Arduino UNO.

Logo sensors v1.5 имеет три выхода — GND и VCC для питания и вывод аналогового сигнала A0, который подключается к любому аналоговому входу. Модуль вибрации 140C001 801S имеет дополнительно цифровой порт, при достижении определенной величины вибрации (устанавливается подстроечным резистором) на порт выдается логический ноль — поэтому его можно использовать автономно, без контроллера.

Как подключить датчик вибрации к Ардуино

Для этого занятия нам потребуется:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• макетная плата;
• датчик вибрации (ky-002);
• 1 светодиод и 2 резистора на 220 Ом;
• 1 тактовая кнопка;
• провода «папа-папа», «папа-мама».

Чтобы использовать модуль KY-004 или датчик HDX в качестве сенсора колебаний следует использовать различные схемы подключения. Модуль SW-420 или датчик вибрации 140с001 801s следует подключать напрямую к Arduino, согласно распиновке (см. схему выше). Датчик HDX в виде одного элемента необходимо подключать через резистор к цифровому или аналоговому входу на микроконтроллере, как на схеме.

Счетч для датчика вибрации Arduino (KY-002)

Пояснения к коду:

1. в первой строчке программы, для удобства, мы присвоили имя SENSOR для аналогового входа A0 с помощью функции #define ;
2. в вашем случае значения sens могут быть абсолютно другие — все зависит от настройки чувствительности датчика;
3. условный оператор if позволяет определить действие при истинном условии.

В предложенном скетче светодиод будет включаться только при наличии вибрации и выключаться при ее отсутствии, что не совсем подходит для устройства сигнализации. Для правильной работы следует доработать скетч и подключить тактовую кнопку. Светодиод не должен выключаться при окончании вибрации (иначе мы не заметим, что датчик сработал), а возвращаться в режим ожидания только при нажатии на кнопку.

Как выбрать датчик вибрации

Датчики вибрации служат для измерения уровня вибрации рабочего оборудования, передачи данных об измерении на удалённые устройства (ПЛК, ПК, преобразователи) и в некоторых случаях для отображения величины вибрации по месту установки.

Датчики вибрации хоть и объединены общим названием, однако разделяются по назначению и функциональным возможностям. Таким образом, можно выделить датчики для вибромониторинга оборудования и датчики для систем вибродиагностики оборудования.

Датчики для вибромониторинга

В случае, если Вам достаточно знать амплитуду общей вибрации того или иного агрегата без выявления причины вибрации, то есть осуществлять вибромониторинг, то в таком случае достаточно применить следующие датчики:

Датчики осуществляют измерение среднеквадратичного значения (СКЗ) вибрации [м/с] на частотах от 0 до 1000 Гц, так как именно в этом спектре возникают все основные вибрации рабочего оборудования. Датчики вибрации имеют аналоговый выходной сигнал, пропорциональный диапазону измерения СКЗ.

Датчики измерения вибрации такого типа дают представление лишь об общем уровне вибрации оборудования и не позволяют определить конкретные дефекты (дисбаланс, износ подшипников, дефект зубчатого зацепления) на характерных им частотах. Вибрации из-за подобных дефектов могут превысить СКЗ и привести к внезапной поломке агрегата.

Работоспособность оборудования по величине СКЗ может определяться с опорой на ГОСТ ИСО 10816-1-97 или используя рекомендации производителей этого оборудования.

Датчики для вибродиагностики

В том случае, если требуется знать не только амплитуду вибрации, но и её причину, необходимо использовать более совершенные методы и осуществлять серьёзные вычисления. Для выполнения такого рода задач служит следующая группа датчиков в сочетании с контроллером VSE :

Датчики контроля вибрации серий VSA и VSP предназначены для измерения величины виброускорения [м/с2] на частоте вибраций от 0 до 16000 Гц, в зависимости от модели датчика. Принцип работы таких датчиков основан на технологии MEMS. Выходные сигналы датчиков не являются унифицированными и могут быть корректно обработаны только контроллером VSE.

Использование такой системы (датчики+контроллер) позволяет осуществлять полноценный спектральный анализ вибраций оборудования, благодаря чему можно выявить фактически любой дефект как целой конструкции, так и каждого её элемента в отдельности. Среди наиболее распространённых дефектов, определяемых этой системой можно выделить:

• дисбаланс;
• дефекты подшипников;
• нарушение крепления к станине;
• отсутствие или избыток смазки;
• повреждение ротора/статора;
• несоосность вала;
• нарушение в зубозацепление;
• дефекты зубчатой пары;
• расцентровка.

Все представленные датчики вибрации применяются для стационарного контроля, т.е. устанавливаются непосредственно в корпус рабочего оборудования и производят измерения непрерывно, таким образом нет необходимости персоналу постоянно обходить каждый агрегат и снимать показания вручную.

Датчики для вибродиагностики должны располагаться максимально близко к объекту диагностики (подшипник, зубчатое колесо, вал и т.д.), между датчиком и объектом диагностики не должно быть резиновых прокладок и прочих демпферов, ослабляющих вибрацию.

Монтаж датчиков осуществляется в резьбовые отверстия на корпусе агрегата напрямую, либо через конусную шайбу, а также посредством бобышки или магнитной рамки.

Данная публикация носит исключительно ознакомительный характер, подбор датчиков сопряжен со множеством факторов. Обратитесь к специалистам компании ООО «РусАвтоматизация» для правильного подбора оборудования.

Оставляйте комментарии.

Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропускать новые публикации.