Arduino.ru

А почему ты решил, что они не должны прыгать?

Ошибка в том, что Вы думаете, будто пьзодатчик способен работать со статическим сигналом.

Такая хрень у меня висела на моторе девятки. Делала вид что детонацию устраняла. Сигнал был острый пик. Как высота превышала какое то значение, опрежение зажигания сдвигалось в минус. Что бы проверить били по ней молотчком. Смотрели осцилографом.

Просто с точки зрения расчёта: датчик выдаёт 0,2В, при подтяжке напряжения INTERNAL 1,1В  я должен видеть значения порядка 186, таких значений нет и это мне не понятно.
Датчик этот не такой как датчик детонации, он создан специально под цели которые я преследую.
Я совсем новичок в работе с подобного рода электроникой, и по моим ощущениям дело именно в моих знаниях.

Удалось найти код на иностранном форуме и  чудо он работает, осталось его понять и буду пробовать применить в своём проекте.
 

int threshold = 100; // alarm threshold from 1 (very sensitive) to 1022 <<<<<<<<
int alarmDuration = 100; // alarm duration in milliseconds <<<<<<<<

const byte piezoPin = A0;
int rawValue; // raw A/D readings
int piezoValue; // peak value
const byte onboardLED = 13; // onboard LED and/or buzzer

void setup() {
  analogReference(INTERNAL); // remove this line if too sensitive
  Serial.begin(115200); // serial monitor for raw piezo output
  pinMode (onboardLED, OUTPUT);
}

void loop() {
  // reset
  piezoValue = 0;
  // read
  for (int x = 0; x < 250; x++) { // multiple A/D readings
    rawValue = analogRead(piezoPin);
    if (rawValue > piezoValue) {
      piezoValue = rawValue; // store peaks
    }
  }
  // print
  if (piezoValue > 0) {
    Serial.print(F("Piezo value is "));
    Serial.println(piezoValue);
  }
  // action
  if (piezoValue > threshold) {
    Serial.print(F("Knock was over the threshold of "));
    Serial.println(threshold);
    digitalWrite (onboardLED, HIGH);
    delay(alarmDuration);
    digitalWrite (onboardLED, LOW);
  }
}

ты забыл показать расчет

Код простой пиковый детектор, если тебе это что то скажет.

I-Antoxa, прежде, чем говорить о скетче, следует привести схему. Пока что разговор беспредметен.

код порочен по своей сути так как для нахождения пика каждые (ориентировочно) 100 миллисекунд впадаем в цикл длительностью 25 миллисекунд, что происходит в эти 100 миллисекунд неизвестно...

I-Antoxa, вот характерные сигналы с пьезодатчика. Обратите внимание, что характерная ширина импульса порядка 2 мс. А что Вы измеряете?

Расчёт таков 0,2В*1023/1,1В=186
В своей программе изначально я сделал ошибку в том, что считываю значения напряжения с датчика, с которого нарастает напряжение плавно и как только оно начинает повышаться я выводил в порт величину которая равнялась либо чуть превышала мой минимальный порог ( значение 3).

Суть моего проекта довольно простая:
Ждём определённого уровня усилия с датчика, параллельно считаем через прерывания обороты, как только необходимое усилие создано, подаём питание на один из цифровых пинов на определённую величину времени в зависимости от оборотов в этот момент.
Мне было бы очень полезно понять как вы можете ориентировочно узнать время затраченное на нахождение пика и время которое занимает цикл. Я этого не знаю.

andriano, спасибо за график.

Чуть позже я выложу всю программу о структуре которой писал выше, буду рад услышать по ней замечания и предложения. Всем спасибо за помощь.

http://arduino.ru/Reference/Millis

http://arduino.ru/Reference/Micros

Перед началом нахождения пика считываете значение времени одной из этих функций и по окончании повторно получаете время. Разница между значениями будет равна времени выполнения.

35 строка, это задержка в 100 миллисекунд, а 250 измерений аналогового сигнала в цикле дадут задержку в 25 миллисекунд

Точно, это довольно просто оказывается)

Второй момент изменил в программе которую пишу под проект, привожу её ниже и жду критику:
 

unsigned long lastflash; 
int RPM;                 
int pitanie = 13;         //Включение SSR 
const byte piezoPin = A0; //Считывание значений с датчика усилия
int rawValue;             //Не обработанное значение


void setup()
{
  Serial.begin(115200); // Эта скорость не слишком высокая?
  analogReference(INTERNAL);
  attachInterrupt(0,sens,HIGH); //Аппаратные прерывания
  pinMode(pitanie, OUTPUT);  //питание реле
  digitalWrite(pitanie, HIGH);
  }

void sens() {
  
  RPM=60/(2*((micros()-lastflash)/1000000));  // обороты в мин двигателя, возможно нужно float перед micros
     // умножение на 2 т.к. обороты с распредвала. 
  lastflash = micros();  //запомнить время последнего оборота
}

void loop() {

 while (1) {
 rawValue = analogRead(piezoPin);
   if (rawValue >= 400) { // 400 значение полученное при калибровке усилия, ждём в замкнутом цикле нужного значения с датчика усилия
       break;
    }
 }
 
   while (RPM >= 2000 && RPM <= 6000) {                 //сурово размыкаем реле на требуемый момент времени в зависимости от оборотов
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (80);
         break;
   }
   while (RPM > 6000 && RPM <= 10500) {
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (65);
         break;
   }
    while (RPM > 10500) {
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (55);
         break;
   }
   digitalWrite(pitanie, HIGH);
         delay (300);                                          // задержка для исключения повторного срабатывания выключения питания
  }

unsigned long lastflash; 
int RPM;                 
int pitanie = 13;         //Включение SSR 
const byte piezoPin = A0; //Считывание значений с датчика усилия
int rawValue;             //Не обработанное значение


void setup()
{
  Serial.begin(115200); // Эта скорость не слишком высокая?
  analogReference(INTERNAL);
  attachInterrupt(0,sens,HIGH); //Аппаратные прерывания
  pinMode(pitanie, OUTPUT);  //питание реле
  digitalWrite(pitanie, HIGH);
  }

void sens() {
  
  RPM=60/(2*((micros()-lastflash)/1000000));  // обороты в мин двигателя, возможно нужно float перед micros
     // умножение на 2 т.к. обороты с распредвала. 
  lastflash = micros();  //запомнить время последнего оборота
}

void loop() {

 while (1) {
 rawValue = analogRead(piezoPin);
   if (rawValue >= 400) { // 400 значение полученное при калибровке усилия, ждём в замкнутом цикле нужного значения с датчика усилия
       break;
    }
 }
 
   while (RPM >= 2000 && RPM <= 6000) {                 //сурово размыкаем реле на требуемый момент времени в зависимости от оборотов
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (80);
         break;
   }
   while (RPM > 6000 && RPM <= 10500) {
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (65);
         break;
   }
    while (RPM > 10500) {
         digitalWrite(pitanie, LOW);
         delay (55);
         break;
   }
   digitalWrite(pitanie, HIGH);
         delay (300);                                          // задержка для исключения повторного срабатывания выключения питания
  }

2. Вы уверены, что ваши конструкции "while(условие) { /* выполнить что-то */ ; break; }" работают именно так, как вам хотелось бы?

1. В трёх диапазонах оборотов я должен получать разный промежуток времени отключения сигнала.
2. Протестировал подобное условие через порт выполняется исправно, вероятно эти условия можно было записать бес циклов, т.к. цикл по сути мне не нужен, требуется однократное выполнение кода любого из циклов который соответствует условию цикла.

Вообще-то словесное описание обычно не может заменить схему целиком, но в данном случае пусть будет так.

Вопрос: какова емкость пьезодатчика?

Те, что есть у меня имеют емкость около 20нФ, т.е. 20е-9. При подключении параллельно резистора на 1М, т.е. 1е+6 постоянная времени будет 0.02, т.е. 20 мс. Соответственно, если измерять что-то с интервалом более 10 мс, адекватного результата мы не получим.

Чуть позже схематично общую схему выложу.
Ёмкость датчика 860 nF.
Измерение требуемого усилия планирую следующим образом: беру первую программу, подключаю датчик на его рабочую позицию и делаю несколько замеров усилия выводя значения в порт. Нахожу среднее усилие вношу в рабочую программу и пробую работать с этими значениями.

Еще раз спрашиваю: каким именно образом Вы вычисляете усилие?

Покажите в тексте скетча строки, где происходит вычисление усилия.

Строки 26-29. Замкнутый цикл while (1) который прекращается при достижении усилия в эквиваленте равного 400 (заранее измеренное значение). Думаю это должно работать таким образом.

Должен Вас разочаровать: в строках 26-29 ничего хотя бы отдаленно напоминающего вычисление усилия не содержится. Там вообще нет никаких вычислений - только измерение напряжения и ожидание наступления условия (кстати, написанное очень криво).

В моём понимании напряжение зависит от усилия, усилие мне рассчитывать не нужно, а лишь фиксировать момент достижения определённой величины усилия (напряжения). Написано криво по тому как знания мои на данном этапе в программировании ограничены и вопрос задан в разделе для новичков соответственно. Поправки и замечания приветствуются.
Есть вероятность того, что программа работать не будет, это пока лишь мои предположения, которые я сам смогу проверить собрав схему.

I-Antoxa, скажите, а сколько классов школы Вы окончили? 

Такие слова как заряд, ток, напряжение, сопротивление, емкость, функция, производная, интеграл Вам о чем-то говорят?

Тут ведь вопрос не в программировании, а прежде всего - в физике и математике.

Я сам в этом ещё далёкий новичок (интересная новая для меня тема, слежу), но если я правильно понял - andriano намекает, что для расчета усилия важно не только напряжение мерить, но и время (длительность?).

Ни на что не претендую - просто умозаключение исходя из выше им сказанного.

А в #16 имелось ввиду менее 10мс?

Вспоминаем физику:

1. Пьезоэлемент - это конденсатор, заряд которого может изменяться под механическим воздействием. У ТС пьезоэлемент помещен в корпус, основным предназначением которого, скорее всего, является сокращение количества степеней свободы до одной. Другими словами, между приложенной силой F и зарядом Q существует некоторая скалярная монотонная зависимость Q = f(F).

2. При сообщении конденсатору некоторого заряда на нем образуется напряжение E=Q/C, где С - емкость конденсатора.

3. На первый взгляд, самое простое - измерить это напряжение. Если нас интересуют только короткие во времени процессы, еще можно как-то выкрутится, но и статической нагрузке конденсатор неизбежно будет разряжаться черед сопротивление изоляции и входное сопротивление вольтметра, которое, к тому же, обычно нелинейно и имеет емкостную составляющую. Ну и напряжение может выходить далеко за пределы диапазона измерения АЦП МК. Например, в пьезозажигалках за счет этого напряжения формируется искра, способная поджечь газ. Ну а там где горит газ, поджарится и МК.

4. Чтобы избежать проблем, связанных с неизвестным нелинейным сопротивлением, параллельно пьезоэлементу подключают измерительный резистор, который ТС почему-то называет подтягивающим. Собственно, величина этого резистора и фигурирует во всех дальнейших расчетах.

5. Через резистор протекает ток, который создает на нем падение напряжения (надеюсь, закон Ома все помнят). Это падение напряжения и измеряется вольтметром (или АЦП МК, что в данном случае одно и то же).

6. Ток, как известно, является производной по времени от заряда. Ну а заряд, соответственно, интегралом тока.

Собственно при измерении нам нужно проинтегрировать ток и таким образом найти заряд, перетекший в процессе измерения через измерительный резистор, а потом по обратной функции F = g(Q) определить приложенное к датчику усилие.

Вот как-то так.

Нет, все написано правильно - имеется в виду интервал времени между последовательными измерениями. Период дискретизации.

А, данный интервал (10мс) нужен для суммирования «ряда», минимальная выборка. Или я не в ту степь думаю?

Нам надо произвести численное интегрирование. Для этого нужно выбрать шаг по времени. Вот этот шаг и есть.

Кстати, в предыдущем посте я не упомянул - именно численное интегрирование и есть самая сложная часть алгоритма. Но на этот счет написана масса монографий. Так что всяк желающий может повысить свой образовательный уровень путем штудирования последних.

2ТС: IMHO без осциллографа это налаживать немыслимо.

Собственно говоря да, нам нужно «разложить сигнал» на временные интервалы, которые нужны для разложения формы сигнала в ряд, который потом можно просуммировать (ведь интеграл в программировании это именно сходящийся (вот сейчас могу врать) ряд?).

Ой давно это было, в PHP такое не использовал, последний раз на бумаге писал ряды к функциям... ооочень давно. Прошу прощения, что влез в беседу, и, скорее всего, напутал только все.(

на практике все проще, численное интегрирование - это сумма амплитуд сигнала через некоторые, обычно равные,  промежутки времени, деленная на интервал Точность интегрирования зависит от частоты считываний, в обшем случае чем чаще считываем - тем точнее интеграл

Теоретически - да. (правда термин "разложение в ряд" здесь не очень уместен. Но суммирование - да. А о"сходимости" - см. ниже)

Но на практике много нюансов, начиная с того, что измерять нужно будет как положительные, так и отрицательные значения напряжения, и до того, что как-то нужно обрабатывать (т.е. избавляться от) дрейф и постоянную составляющую - при интегрировании очень неприятная вещь.

PS. Это ответ на №27, пока писал, появился №28. Там все верно, но остаются в силе оговорки выше.

PPS. Нет, все-таки не совсем верно, - насколько я понимаю, следить за показаниями нужно постоянно. Соответственно, интегрировать - тоже. Т.е. никакого интервала интегрирования не существует - алгоритм нужно адаптировать к бесконечному интервалу.

Спасибо мужики! Хоть и влез я в чужую тему (да простит меня ТС), но почерпнул очень много!

Ну зачем все эти заумности - интегралы и прочие заряды? В данном конкретном случае нужна только амплитуда напряжения на кварце. Пожно ставить ограничитель напряжения, что б не спалить вход, но в целом, в цикле считывае напряжение, сравниваем с необходимым порогом и если превысили, то что то делаем. Если убрать вывод в сериал всех значений, а только ждать превышения,то разрешение по времеми можно получить лучше сотни микросекунд, что вполне достаточно, что бы не пропускать событие.

Скорее эту пое**нь надо ставить через триггер Шотки на прерывания и мерять время между и т.д.  А амплитуду это от мартышки и ее очков.

Я дал ответ не корректный.
Усилие я вычисляю изначально по первой программе #4 убрав оттуда лишние данные выводя в порт максимальные значения напряжения (т.е., которые отличны от значений когда датчик находится в покое).
Делаю двадцать нажатий и использую расчётное среднее значение из порта либо самое большое.
Это значение я взял ориентировочно и вписал его как величину 400 (как только у меня получиться добраться до места установки датчика и выполнить измерение я это значение укажу другое)  в свою рабочую программу проекта сообщение #13. 
Мой датчик физически не способен выдавать напряжение выше 0,6В. Позже я выйду с отпуска и смогу измерить его показания осциллографом, скрин приложу в тему. По этому я не ставлю стабилизатор напряжения и прочее, а наоборот ограничиваю диапазон измерения для повышения точности analogReference(INTERNAL);.
Вполне возможно я столкнусь в программе проекта (#13) с ситуацией ощутимого превышения усилия на датчике до того как условие будет выполнено из за временного интервала. Буду решать эту проблему при возникновении.

Эта тема открыта для всех я приветствую ваше рассуждение и с радостью подчёркиваю для себя новые знания.

Ниже информация о себе к прочтению не обязательно, к теме не относится.

Вместо эпиграфа

Бесовские интегралы нам здесь не нужны.

Нам нужны такие же, но православные.

Петрович

Вот как же мне нравятся люди, не понимающие физики, но берущиеся давать советы по физическим вопросам.

ТС нужно отслеживать усилие, а Вы предлагаете вместо этого отслеживать скорость изменения этого усилия и утверждаете, что, якобы, это одно и то же.

2All:

Кстати, я тут подумал, как настраивать подобное устройство.

Я бы, наверное, взял электромотор с хорошим редуктором (чтобы обеспечить минимум частоты вращения в единицы об/мин), приделал к нему любой преобразователь вращения в возвратно-поступательное движение и эластичный элемент (типа пористой резины), чтобы усилие на датчике менялось по синусоидальному закону с известной частотой.

А дальше - критерием правильности настройки я бы считал независимость амплитуды синусоиды выходного (посчитанного) сигнала от частоты вращения в требуемом диапазоне частот. На практике выходной сигнал можно реализовать через ШИМ с последующей интегрирующей цепью - и на осциллограф. Это намного нагляднее, чем циферки в мониторе порта и заодно менее ресурсоемко.

При измерении "амплитуды напряжения на кварце", очевидно, этот критерий выполняться не будет.

Хорошо, поступлю аналогично.

ФУПМ МФТИ, где я учился, единственный факультет, где не изучали ни электротехнику, ни электронику, ни радиотехнику, ни схемотехнику либо что-нибудь подобное (все освободившееся в учебном плане время было отдано под программирование и численные методы). Хотя, в школе учился в классе с углубленным изучением физики и радиоэлектроники. Ну и школа была достойной по любым критериям.

Но имел хобби - в широком смысле - радиолюбительство, но собственно к радио никакого отношения не имевшего - интересовала звуковая техника и электронные музыкальные инструменты.

С программированием сталкивался профессионально, а в качестве хобби программирование стало вместе с первым ПК. Да - Радио РК-86. Через некоторое время на 20 лет забросил электронику (как хобби), переключившись на программирование (естественно, IBM PC совместимые). Ну а в 2015 открыл для себя Ардуино, где эти оба увлечения соединились.

Ну и, отвечая на Ваш пост: если Вы действительно занимаетесь своими проектами, то перед Вами неизбежно встанет вопрос овладения фундаментальными знаниями. Иначе ваш удел лишь повторять чужие проекты, возможно, с незначительной модификацией.

Я бы поспорил с тем, кто знает физику лучше. По крайней мере напряжение к скорости прямого отношения не имеет. Если приложение силы к датчику по времени сильно не меняется, то и интеграл и максимум напряжения на датчике для одного и того же порогового усилия дадут одинаковый результат. Но программировать через напряжение, особенно для начинающего, намного проще. 

А вообще это мне напоминает анекдот про Холмса и Ватсона на воздушном шаре. На вопрос - где мы? Получить ответ: на воздушном шаре. Абсолютно точный, но совершенно не нужный. Зачем начинающему Ваши тонкости. Вы описали ситуацию правильно, но мне кажется что ТС пока не в состоянии это оценить и использовать в программе.   

Я должен как-то реагировать на это заявление?

Здесь я с Вами полностью согласен. 

Можно даже убрать слово "прямого" - просто отношения не имеет.

Собственно, "напряжение" встречается в моих рассуждениях два раза: первый раз в п.2 - но только упоминается, без дальнейшего использования. А второй раз - в п.5, где по сути само напряжение нам тоже не нужно, а нужен ток через резистор. Но МК может измерять только напряжения.

Можно это сформулировать как-то иначе? Что такое "приложение силы к датчику"? Я не могу понять это утверждение.

Хотелось бы посмотреть на доказательство этого утверждения. В общем случае оно представляется неверным.

Притом, неверным от слова "совсем".(* см. Примечание)

Кто бы спорил!

Но при таком подходе мы уподобляемся пьяному из анекдота, который ищет часы не там, где их потерял, а у фонаря - где светлее.

Анекдотами обменялись - это уже хорошо!

А по поводу дальнейшего хочу сделать два замечания:

1. Я абсолютно с Вами согласен, что ТС эта задача не по зубам. Но сама эта информация, мне кажется, будет ему полезна.

2. "Тонкости" начинающему, продолжающему либо даже заканчивающему нужны для того, что без знания этих "тонкостей" получается все совершенно неправильно.

* Примечание.

Доказательство того, что "неправильно от слова "совсем"":

Рассмотрим два случая:

- мы медленно нажимаем на датчик с некоторым заданным конечным усилием.

- мы быстро нажимаем на тот же датчик с тем же самым конечным усилием.

Усилие - одно и то же. Перетекший заряд - площадь под кривой тока - один и тот же. Ширина импульса во втором случае меньше, а, следовательно (из равенства площадей), высота - больше. Т.е. доказано, что при равных усилиях получаем разную высоту пиков.

Но Вами утверждалось, что вычисление интеграла и измерение высоты пика дадут один и тот же результат.

Если обозначить:

E1 - высота пика в первом случае,

E2 - высота пика во втором случае,

F1 - "усилие" в первом случае,

F2 - "усилие" во втором случае,

Ваше утверждение эквивалентно следующей системе уравнений:

E1 == F1

E2 == F2

F1 == F2

E1 != E2

что, очевидно, не выполняется никогда.

Я сразу обозначил условие что нажатие одинаково по времени. При резном времени Ваши выкладки справедливы.

Не, ну если нажимать всегда в одном темпе и с одной силой, то в программе вообще можно ничего не измерять, а заменить константой.

Сделал замеры как обещал ранее, фото прикрепляю.
1 фото без резистора

Второе фото с резистором 1 МОм. Усилие прикладывал руками получалось по разному.
Тут я увидел напряжение всё же выходит за пределы допустимого, по этой причине придётся его ограничить.

Взял стабилитрон на 5,1В и поставил параллельно резистору, возможно это не правильно, решил ток очень незначительный и токоограничивающий резистор не нужен. Также изменил полярность подключения на фото можно заметить. Получилось как то так:

Так же прикрепляю схему проекта где планирую использовать датчик. Буду рад обоснованным корректировкам.
На этой схеме обороты хочу считывать через катушку, есть аналогичный вариант с использованием датчика распредвала.

Хотелось бы увидеть схему измерения.

Ну и по сигналу прекрасно видно, что сигнал представляет собой производную от воздействия. И, кстати, было бы лучше, если бы Вы все-таки прикладывали усилие не "руками", а обеспечили воспроизводимость результата, как это описано в сообщении №34.