Skip navigation

Αισθητήρια και παρελκόμενα

Αισθητήρες

Οι αισθητήρες περιβάλλοντος παρέχουν λεπτομερή και αξιόπιστα δεδομένα σχετικά με βασικές περιβαλλοντικές παραμέτρους όπως η υγρασία, η θερμοκρασία, η ατμοσφαιρική πίεση, η υγρασία εδάφους και βροχής. Η περιβαλλοντική ανίχνευση ανοίγει νέες δυνατότητες για τη δημιουργία ευφυέστερων συσκευών που βελτιώνουν την άνεση και την ευημερία μας, καθώς και την αύξηση της ενεργειακής απόδοσης σε μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών.

Ένας αισθητήρας χώρου/απόστασης είναι ένας αισθητήρας ικανός να ανιχνεύει την παρουσία κοντινών αντικειμένων χωρίς φυσική επαφή. Ένας αισθητήρας χώρου/απόστασης εκπέμπει συχνά ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ή μια δέσμη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (για παράδειγμα υπέρυθρες ακτίνες) και αναζητά αλλαγές στο πεδίο ή στο σήμα επιστροφής. Το αντικείμενο που ανιχνεύεται συχνά αναφέρεται ως ο στόχος του αισθητήρα. Διαφορετικοί στόχοι αισθητήρων απαιτούν διαφορετικούς αισθητήρες χώρου/απόστασης όπως υπέρηχων, υπέρυθρων, λέιζερ.

Οι αισθητήρες δύναμης μπορούν να μετρήσουν τη δύναμη μεταξύ δύο επιφανειών και είναι αρκετά ανθεκτικοί ώστε να αντέχουν στα περισσότερα περιβάλλοντα. Οι αισθητήρες είναι διαθέσιμοι για πρωτότυπα ή μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να ανταποκρίνονται στις συγκεκριμένες ανάγκες και απαιτήσεις μιας εφαρμογής.

Στους αισθητήρες κίνησης κατατάσσεται:

  • το επιταχυνσιόμετρο που μας επιτρέπει να μετρήσουμε την επιτάχυνση ενός σώματος και να έχουμε την γραφική απεικόνισή της σε σχέση με τον χρόνο ή με τις τιμές που μας δίνουν άλλοι αισθητήρες που χρησιμοποιούμε.
  • Το γυροσκόπιο που είναι μια συσκευή η οποία μπορεί να διατηρεί σταθερό τον προσανατολισμό της μέσω της περιστροφής των μερών της και της αρχής της διατήρησης της στροφορμής.
  • Το μαγνητόμετρο που είναι κατάλληλο όργανο για τη μέτρηση του γήινου μαγνητισμού.
  • Η πυξίδα που είναι όργανο με το οποίο επιτυγχάνεται ο προσανατολισμός του χρήστη, δείχνοντάς του την κατεύθυνση του Βορρά.
  • Η μονάδα μέτρησης αδρανείας (IMU) που είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που μετράει και αναφέρει την ειδική δύναμη του σώματος, τη γωνιακή ταχύτητα και μερικές φορές το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει το σώμα, χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό επιταχυνσιόμετρων και γυροσκοπίων, μερικές φορές και μαγνητόμετρα.

Οι αισθητήρες ήχου μπορούν να ανιχνεύσουν την ένταση ήχου του περιβάλλοντος. Το κύριο συστατικό στοιχείο της μονάδας είναι ένα απλό μικρόφωνο, το οποίο βασίζεται στον ενισχυτή LM386 και ένα μικρόφωνο electret. Τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία (Piezo) είναι χρήσιμα όταν πρέπει να εντοπιστεί κραδασμός ή χτυπήματα. Ένα μικρόφωνο electret είναι ένας τύπος μικροφώνου με ηλεκτροστατικό πυκνωτή, ο οποίος εξαλείφει την ανάγκη για πολωτική παροχή ρεύματος χρησιμοποιώντας ένα μόνιμα φορτισμένο υλικό.

Οι αισθητήρες αναγνώρισης ή ταυτότητας μας βοηθούν στην αναγνώριση ενός αντικειμένου ή ενός ατόμου σαν κάτι το μοναδικό. Η αναγνώριση μπορεί να γίνει με την χορήγηση κάποιας κάρτας ή ενός μπρελόκ ή ακόμα και μέσω του δακτυλικού μας αποτυπώματος. Οι τεχνολογίες που συναντάμε σε αυτή την κατηγορία είναι: RFID, NFC, iButton και το δακτυλικό αποτύπωμα.

  • Το RFID είναι τα αρχικά του όρου Radio Frequency Identification (ταυτοποίηση μέσω ραδιοσυχνοτήτων). Τα συστήματα RFID αποτελούν ένα υποσύνολο των Συστημάτων Αυτόματου Προσδιορισμού (Automatic Identification Systems). Ειδικότερα λειτουργεί ως γενικός όρος των τεχνολογιών που χρησιμοποιούν ραδιοκύματα για να προσδιορίσουν αυτόματα ανθρώπους ή αντικείμενα και αποτελεί την τεχνολογική εξέλιξη των ραβδωτών κωδικών (barcode).
  • Η επικοινωνία κοντινού πεδίου (Near Field Communication, NFC) αποτελεί μια πρότυπη τεχνολογία συνδεσιμότητας. Είναι μια μικρής εμβέλειας ασύρματη τεχνολογία, η οποία λειτουργεί στη συχνότητα των 13,56 MHz και μεταφέρει δεδομένα με ρυθμό έως και 424 kbps. Έχει γίνει γνωστή κυρίως μέσω της χρήσης της από τα κινητά τελευταίας γενιάς (smartphones). Η λειτουργία της βασίζεται στην επαφή ή στην προσέγγιση της συσκευής που περιέχει το τσιπ NFC, σε απόσταση περίπου τεσσάρων με πέντε εκατοστών, σε κάποια άλλη συσκευή που περιλαμβάνει τον κατάλληλο αισθητήρα.
  • Οι συσκευές iButton είναι μικρές, με μοναδικές ψηφιακές διευθύνσεις παγκοσμίως. Χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο επικοινωνίας 1-Wire της Maxim, παρέχουν τη δυνατότητα να παραδίδουν ή να καταγράφουν δεδομένα όπου άλλα προϊόντα δεν μπορούν, όπως σε πολύ σκληρά και δύσκολα περιβάλλοντα. Μια συσκευή iButton είναι ιδανική για κάθε εφαρμογή στην οποία οι πληροφορίες πρέπει να ακολουθούν ένα άτομο ή ένα αντικείμενο, όπως η καταγραφή δεδομένων θερμοκρασίας και υγρασίας, ο έλεγχος πρόσβασης, η παρακολούθηση περιουσιακών στοιχείων και οι συναλλαγές ηλεκτρονικού χρήματος (eCash).
  • Ένας αισθητήρας δακτυλικών αποτυπωμάτων είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται για τη λήψη μιας ψηφιακής εικόνας του σχεδίου δακτυλικών αποτυπωμάτων. Η ληφθείσα εικόνα ονομάζεται ζωντανή σάρωση. Αυτή η ζωντανή σάρωση επεξεργάζεται ψηφιακά για να δημιουργήσει ένα βιομετρικό πρότυπο (μια συλλογή από εξαγόμενα χαρακτηριστικά), το οποίο αποθηκεύεται και χρησιμοποιείται για αντιστοίχιση.

Οι αισθητήρες φωτός αναφέρονται ως τύποι φωτοανιχνευτών ή φωτοαισθητήρων. Υπάρχουν διάφορες ποικιλίες αυτών των αισθητήρων. Οι αισθητήρες φωτός ανιχνεύουν την πυκνότητα του φωτός αλλά δεν καταγράφουν εικόνες. Οι πιο συνηθισμένοι αισθητήρες φωτεινής πυκνότητας είναι: Φωτοδίοδοι (LDR Light Dependent Resistors) και φωτοαντιστάσεις. Η φωτοδίοδος είναι ικανή να μετατρέπει το φως είτε σε ρεύμα είτε σε τάση. Η φωτοαντίσταση είναι μία αντίσταση η οποία μειώνεται με την αυξανόμενη ένταση του φωτός.

Οι βιομετρικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για μετρήσεις και υπολογισμούς που αφορούν το ανθρώπινο σώμα (π.χ. ίριδα ματιού, δακτυλικό αποτύπωμα, κτλ). Αναφέρεται στις μετρήσεις που σχετίζονται με τα ανθρώπινα χαρακτηριστικά. Ο έλεγχος ταυτότητας με βιομετρικά στοιχεία (ή ρεαλιστικός έλεγχος ταυτότητας) χρησιμοποιείται στην επιστήμη των υπολογιστών ως μορφή αναγνώρισης και ελέγχου πρόσβασης.

Ο αισθητήρας ρεύματος είναι μια συσκευή που ανιχνεύει ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα καλώδιο και παράγει ένα σήμα ανάλογο προς το ρεύμα αυτό. Το παραγόμενο σήμα μπορεί να είναι αναλογική τάση ή ρεύμα ή ακόμα και ψηφιακή έξοδος. Το παραγόμενο σήμα μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την εμφάνιση του μετρημένου ρεύματος σε ένα αμπερόμετρο ή μπορεί να αποθηκευτεί για περαιτέρω ανάλυση σε ένα σύστημα συλλογής δεδομένων ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο.

Οι αισθητήρες υπερύθρων είναι ηλεκτρονικές συσκευές που χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν τις αλλαγές που συμβαίνουν στο περιβάλλον τους. Η αλλαγή μπορεί να είναι χρώματος, θερμοκρασίας, υγρασίας, ήχου, θερμότητας κλπ. Στους αισθητήρες υπερύθρων υπάρχει ο πομπός και ανιχνευτής. Ο πομπός εκπέμπει τις υπέρυθρες ακτίνες και ο ανιχνευτής τις ανιχνεύει.

Ο αισθητήρας στάθμης είναι ένας πολύ καλός τρόπος μέτρησης της στάθμης ενός υγρού.

Ο αισθητήρας αφής είναι ένας τύπος εξοπλισμού που καταγράφει τη φυσική επαφή από έναν χρήστη. Ένας αισθητήρας αφής μπορεί επίσης να ονομάζεται ανιχνευτής αφής.

Οι αισθητήρες αερίων είναι συσκευές που ανιχνεύουν την παρουσία και τη συγκέντρωση διαφόρων επικίνδυνων αερίων και ατμών, όπως τοξικά ή εκρηκτικά αέρια, πτητικές οργανικές ενώσεις (VOC), υγρασία και οσμές.

Ένας αισθητήρας πίεσης είναι μια συσκευή που ανιχνεύει την πίεση και παράγει ένα σήμα ως συνάρτηση της επιβαλλόμενης πίεσης.

Ένας αισθητήρας μαγνητικού πεδίου είναι ένας μετατροπέας που μεταβάλλει την τάση εξόδου του σε απόκριση ενός μαγνητικού πεδίου. Χρησιμοποιείται για την εναλλαγή της απόστασης, την ανίχνευση ταχύτητας και τις εφαρμογές ανίχνευσης ρεύματος.

Εργαστηριακή άσκηση

Να αναγνωρίσετε τα βασικά αισθητήρια.

Να εντοπίσετε τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά και τον τρόπο λειτουργίας τους.

Να προτείνεται τρόπους αξιοποίησης διαφόρων αισθητηρίων σε διάφορα arduino projects, π.χ. με ένα αισθητήρα απόστασης μπορούμε να φτιάξουμε ένα βοηθητικό σύστημα για το παρκάρισμα, το οποίο θα μας πληροφορεί πόση απόσταση απέχει το δικό μας αυτοκίνητο από το πίσω παρκαρισμένο αυτοκίνητο.


(c) Αμπατζόγλου Γιάννης, Ηλεκτρονικός Μηχανικός, καθηγητής ΠΕ84

Αδειοδοτημένο υπό τους όρους Creative Commons Attribution Share Alike License 4.0