آموزش راه اندازی ماژول شتاب و ژایرو ADXL345 با برد آردوینو Uno

ماژول ADXL345 یک سنسور شتاب‌سنج (Accelerometer) و ژایروسکوپ (Gyroscope) است که توسط کمپانی Analog Devices تولید می‌شود. این سنسور برای اندازه‌گیری شتاب و سرعت زاویه‌ای در سه جهت مختصاتی (سه محور x، y و z) استفاده می‌شود. این ماژول از رابط ارتباطی I2C یا SPI برای ارتباط با میکروکنترلرها یا میکروپروسسورها استفاده می‌کند.در سری آموزش های پروژه محور آردوینو اینبار قصد داریم به آموزش راه اندازی ماژول شتاب سنج سه محوره ADXL345  با استفاده از آدوینو Uno بپردازیم.با دیجی اسپارک همراه باشید.

معرفی ماژول ADXL345

ADXL345 یک ماژول شناب سنج سه محوره می باشد که می توان آن را توسط دو پروتکل ارتباطی I2C  و  SPI راه اندازی نمود. ماژول  ADXL345 قادر است  رنج ±۲g  الی ±۱۶g را با مقادیر پیش فرض ۲و۴و۸و۱۶  با رزولوشن بالای ۱۳ بیت اندازه گیری کند. ماژول ADXL345 قادر است شتاب استاتیک و شتاب داینامیک را اندازه گیری کند. منظور از شتاب استاتیک گرانش در کاربردهایی مثل اندازه گیری زاویه کجی و شتاب داینامیک   حاصل از تکان یا حرکت ناگهانی می باشد.با اسنفادده از یک FIFO 32 سطحی می‌توان اطلاعات سنسور را ذخیره نمود تا بار پردازش از پروسسور میزبان کاهش یابد.این سنسور مجهز به ساختار هوشمند مدیریت مصرف توان است که متناسب با اعمال شتاب به سنسور عمل میکند و باعث اتلاف کمترین توان روی چیپ خواهد شد.برای برنامه نویسی از دو کتابخانه  Adafruit_ADXL345   و Adafruit Sensor Library  کمپانی Adafruit استفاده میکنیم(قابل ذکر است برنامه و کتابخانه بر اساس پروتکل ارتباطی I2C می باشند)

مشخصات فنی ماژول ADXL345

سنسور ADXL345 یکی از محبوب‌ترین سنسورهای شتاب‌سنج در صنعت الکترونیک و روباتیک است و به عنوان یکی از سنسورهای معروف این دسته از سنسورها محسوب می‌شود.ADXL345 یک سنسور شتاب‌سنج سه محوره است، به این معنی که می‌تواند شتاب در جهت‌های x، y و z را اندازه‌گیری کند. این شتاب‌سنج با استفاده از اصول نیروی جاذبه‌ای کار می‌کند و تغییرات شتاب را در سه جهت مختصاتی تشخیص می‌دهد. ADXL345 دارای دو رابط ارتباطی معروف است، از جمله رابط I2C (Inter-Integrated Circuit) و SPI (Serial Peripheral Interface) که به صورت موازی و سری قابل اتصال است. این رابط‌ها به کنترلرها یا میکروپروسسورها امکان ارتباط با سنسور را می‌دهند و داده‌ها را به آن‌ها منتقل می‌کنند. ADXL345 قابلیت اندازه‌گیری شتاب در چهار دامنه‌ی مختلف را دارد، شامل ±۲g، ±۴g، ±۸g و ±۱۶g. این محدوده‌ها به معنی توانایی اندازه‌گیری شتاب در محدوده‌های مختلف نسبت به نیروی جاذبه‌ای هستند. دقت ADXL345 وابسته به دامنه‌ی اندازه‌گیری مورد استفاده است، اما به طور عمومی دقت آن برابر با ۰٫۱g است. این به این معنی است که مقادیر شتاب تا حدود یک دهم g قابل اندازه‌گیری هستند. ADXL345 دارای قابلیت کار در دماهای گسترده است، از -۴۰ درجه سانتی‌گراد تا +۸۵ درجه سانتی‌گراد است. ADXL345 دارای مصرف انرژی کم است و از این جهت برای برنامه‌ها و دستگاه‌هایی که از باطری کار می‌کنند، بسیار مناسب است.

• نوع سنسور: شتاب‌سنج سه محوره
• رابط ارتباطی: I2C و SPI
• دامنه‌ی اندازه‌گیری: ±۲g، ±۴g، ±۸g، ±۱۶g
• دقت: حدود ۰٫۱g
• قابلیت کار در دماهای گسترده: -۴۰°C تا +۸۵°C
• ولتاژ کاری: ۳٫۳ ولت
• مصرف انرژی کم
• کاربردها: روباتیک، اندازه‌گیری وضعیت حرکتی، ابزارهای پوشیدنی، دستگاه‌های هوشمند و …
• دارای کتابخانه‌ها و راه‌اندازهای مختلف برای برنامه‌نویسی آسان.

بررسی پایه های ماژول ADXL345

• VCC: پایه‌ی تغذیه، با ولتاژ ۳٫۳ ولت به آن وصل می‌شود.
• GND: اتصال به منبع زمین یا زمین مدار.
• CS (Chip Select): این پایه برای انتخاب دستگاه در رابط SPI استفاده می‌شود.
• INT1: خروجی اعلان ۱، به وسیله‌ی این پایه می‌توانید خروجی تغییر شتاب را کنترل کنید.
• INT2: خروجی اعلان ۲، برای کنترل تغییرات شتاب در صورتی که INT1 به‌عنوان خروجی مورد استفاده‌ قرار نگیرد، از این پایه استفاده می‌شود.
• SDO/ALT ADDRESS: این پایه برای تنظیم آدرس I2C دستگاه استفاده می‌شود.
• SDA: اتصال داده I2C، برای ارتباط با کنترلرها و دستگاه‌ها.
• SCL: اتصال ساعت I2C، برای ارتباط با کنترلرها و دستگاه‌ها.
• SA0/ALT ADDRESS: پایه‌ای برای تنظیم آدرس I2C دستگاه به‌صورت جایگزین.
• CS: پایه‌ای که به‌صورت جایگزین می‌تواند برای انتخاب دستگاه در رابط SPI استفاده شود.
• NC (Not Connected): پایه‌ای که به‌صورت استفاده‌نشده (غیرمتصل) است و باید خالی باقی‌بماند.

روش اتصال ADXL345 به آردوینو

برای راه اندازی ماژول از پروتکل I2C استفاده شده است. پایه SDA به پایه A4 آردوینو Uno متصل شده و پایه ی SCL به پایه A5 آردوینو Uno متصل شده است.

برنامه آردوینو ماژول ADXL345

در این برنامه  ۵ LED در روی برد برد قرار گرفته است .LED وسط سقوط آزاد را تشخیص میدهد و در هنگا م سقوط آزاد چراغ آن خاموش میشود.۴ LED اطراف با متمایل شدن برد برد به سمت هر یک ازLED ها، آن LED روشن شده و با افزایش زاوایه شدن نور آن تغییر میکند.کد کلی برنامه به صورت زیر می باشد.

تحلیل کدآردوینو ماژول ADXL345

در ابتدا کتابخانه ی Adafruit_ADXL345  را از این لینک دانلود کنید. سپس کتابخانه  Adafruit_Sensor را از این لینک دانلود کنید. کتابخانه ی این ماژول را با نام Adafruit_ADXL345_U.h به برنامه اضافه میکنیم. برای استفاده از این کتابخانه باید کتابخانه های Adafruit_Sensor.h و Wire.h را نیز به برنامه اضافه کنیم.

Adafruit_ADXL345_Unified accel (54321);

از کلاس Adafruit_ADXL345_Unified یک شی به نام accel میسازیم.درون سازنده آن ID دلخواهی برای سنسور انتخاب میکنیم.انجام این کار زمانی که از چند ماژول استفاده میکنیم بسیار مفید می باشد.

if (!accel.begin())
{
Serial.println(" no ADXL345 detected ... Check your wiring!");
while (1);
}

با استفاده از این کد بالا اگر در تشخیص  ماژول و یا ارتباط با آن با مشکلی برخوردیم ،بر روی سریال مانیتور ارور no ADXL345 detected … Check your wiring به نمایش در می آید و برنامه متوقف می شود.

accel.setRange(ADXL345_RANGE_16_G);

تابع  setRange(range_t range)  دقت اندازه گیری سنسور را مشخص میکند. این تابع ممیتواند مقادیر زیر را دریافت کند.

• ADXL345_RANGE_16_G
• ADXL345_RANGE_8_G
• ADXL345_RANGE_4_G
• ADXL345_RANGE_2_G

در صورتی که از این تابع استفاده نشود، کامپایلر مقدار  ADXL345_RANGE_2_G  را به طور پیشفرض برای ماژول در نظر میگیرد.استفاده از مقادیر کوچکتر باعث افزایش دقت  و استفاده از مقادیر بزرگتر باعث میشود محدوده ی بیشتری اندازه گیری شود.

accel.setDataRate(ADXL345_DATARATE_0_20_HZ);

با استفاده از این تابع  میتوان سرعت آپدیت شدن مقادیر خروجی را تنظیم نمود. این تابع میتواند مقادیر زیر را دریافت کند:

• ADXL345_DATARATE_3200_HZ
• ADXL345_DATARATE_1600_HZ
• ADXL345_DATARATE_800_HZ
• ADXL345_DATARATE_400_HZ
• ADXL345_DATARATE_200_HZ
• ADXL345_DATARATE_100_HZ
• ADXL345_DATARATE_50_HZ
• ADXL345_DATARATE_25_HZ
• ADXL345_DATARATE_12_5_HZ
• ADXL345_DATARATE_6_25HZ
• ADXL345_DATARATE_3_13_HZ
• ADXL345_DATARATE_1_56_HZ
• ADXL345_DATARATE_0_78_HZ
• ADXL345_DATARATE_0_39_HZ
• ADXL345_DATARATE_0_20_HZ
• ADXL345_DATARATE_0_10_HZ

در صورت استفاده از فرکانس بیش از ۱۰۰ هرتز ، نویزگیری بسیار زیاد میشود.وو ددر صورت استفاده از فرکانس کمتر از ۶٫۲۵ هرتز ، سنسور به تغییرات دما بسیار حساس میشود .در صورتی که از این تابع در برنامه استفاده نشود ، کامپایلر به طور پیش فرض مقدار ADXL345_DATARATE_0_10_HZ را برای ماژول در نظر میگیرد.

sensors_event_t event;

یک اینستنس از  sensors_event_t به نام evevnt می سازیم و توسط تابع ()getEvent ،به شی ساخته شده از کلاس Adafruit_ADXL345_U.h به نام accle نسبت میدهیم. ما بقی کد ها نسبتا ساه می‌باشند و نیازی به توضیح آن ها نیست. برای دانلود کد های برنامه اینجا کلیک کنید

سخت افزار مورد نیاز

ماژول شتاب سنج سه محوره ADXL345

Arduino Uno

چنانچه در مراحل راه اندازی و انجام این پروژه با مشکل مواجه شدید، بدون هیچ نگرانی در انتهای همین پست، به صورت ثبت نظر سوالتان را مطرح کنید. من در سریع‌ترین زمان ممکن پاسخ رفع مشکل شما را خواهم داد. همچنین اگر ایرادی در کدها و یا مراحل اجرایی وجود دارند می‌توانید از همین طریق اطلاع رسانی کنید.

در پایان نظرات و پیشنهادات خود را با ما درمیان بگذارید و با اشتراک گذاری این آموزش در شبکه های اجتماعی , از وبسایت دیجی اسپارک حمایت کنید.