Letztes Jahr habe ich zu dem Sensor BMA020 bereits ein Code Beispiel für den Arduino gepostet. Nun dachte ich, da der so rum liegt, kann man den vielleicht auch mal für etwas verwenden. Also kam mir die Idee eine Lampe einzuschalten, in dem man gegen sie tippt oder leicht schlägt.
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| Im späteren Verlauf stellte ich fest, dass einige Widerstände zu groß berechnet wurden. Die Abweichungen kommen durch die LED, die eigentlich für 12V ausgelegt sind und ich sie aber mit 9V betreibe. (Für den ATMega fehlt auf dem Bild der Quarz, PIN9 und PIN10) |
Zunächst skizzierte ich mir meine Schaltung und berechnete anhand des Schaltbildes die Widerstände. Dann sammelte ich meine benötigten Komponenten zusammen und steckte sie auf meinem Breadboard, um zu sehen ob meine Überlegung richtig ist.
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| Versuchsaufbau der Schaltung |
Natürlich funktioniert die Schaltung nicht ohne einen Programmcode und daher musste ich mir zunächst etwas überlegen. Zum Beispiel wie ich aus den drei Achsen einen Wert berechne und wie hoch die Abweichung sein muss, um eine Bewegung als Tippen wahrzunehmen. Die Formel für den Gravitationsvektor half nicht sonderlich weiter. Am Ende kam ich auf ein simples Zusammenrechnen, wie es im Programmcode zu sehen ist.
| gravitySum = axisX / 3 + axisY / 3 + axisZ / 3; |
Dies habe ich mir auf den Serial Monitor ausgeben lassen und tippte solange gegen meinen Arduino mit dem Sensor, bis ich einen passenden Wert ermittelt hatte.
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Nach dem gegentippen bekam ich einen Wert von mehr als 9000 (echt  ) |
Dann übernahm ich den Wert in die Bedingung für das Einschalten oder Ausschalten. Nun musste das Ganze noch auf eine Platine gelötet werden und das möglichst im kleinsten Raum und mit den LEDs, die ich dafür verwenden möchte. Als Hülle habe ich einen Teil von einer Plastikflasche verwendet.
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| Die LED Fläche zerlegt. Diese LED Lampe kommt aus einem IKEA Lampen Set. |
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| Hier schneide ich den Flaschenhals auseinander. Mit einer Halterung brachte ich den Teil des Flaschenhalses in Rotation und bekam durch diese Methode einen sauberen Schnitt mit dem Cutter Messer. |
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| Anschließend noch in einer stylischen Farbe lackieren… |
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| Die fertige Schaltung einsetzen und die LED Flächen ankleben. |
Am Ende noch den fertigen Programmcode auf den ATMega326 bringen.
| #include <Wire.h> // I²C Adresse vom Beschleunigungssensor
#define AccelerometerAddress 0x38 // Byte Array in dem die Ergebnisse gespeichert werden
byte data[6];
// Ruft die XYZ Achsen Beschleunigung ab oder legt sie fest.
int axisX;
int axisY;
int axisZ; // Beim Einschalten muss der Sensor Kalibriert werden.
// Der Sensor sollte sich in dem Moment nicht bewegen.
int axisX_offset;
int axisY_offset;
int axisZ_offset; // Wird nach dem Kalibrieren auf False gesetzt.
boolean isFirstTime = true; // Die Beschleunigung wird zusammengerechnet,
// durch 3 geteilt und dieser Variable gespeichert.
double gravitySum; // Zeigt den maximalen berechneten Wert aus 'gravitySum'
int maxValue = 0; // Ruft ab, ob die Lampen eingeschaltet
// oder ausgeschaltet werden.
boolean isHitting = false; // An welchem Pin soll die LED
// ein oder ausgeschaltet werden.
int ledPin = 12; void setup()
{
// Die serielle Verbindung wird nur zum Ermitteln
// des 'gravitySum' benötigt.
Serial.begin(57600);
// LED Pin zuweisen
pinMode(ledPin, OUTPUT);
// I²C Verbindung starten
Wire.begin();
// LED Pin zunächst ausschalten.
digitalWrite(ledPin, LOW);
} void loop()
{
// Liest die Sensor Beschleunigungsdaten ein.
readAcceleration();
// per Byte Shifting den 10Bit Wert zusammenfügen
axisX = (data[0] >> 1) | data[1] << 8;
axisY = (data[2] >> 1) | data[3] << 8;
axisZ = (data[4] >> 1) | data[5] << 8;
// Wenn dies der erste Durchlauf ist
// dann wird das Offset gesetzt.
if(isFirstTime)
{
axisX_offset = axisX;
axisY_offset = axisY;
axisZ_offset = axisZ;
isFirstTime = false;
}
else
{
// Abweichung runterrechnen
axisX = axisX - axisX_offset;
axisY = axisY - axisY_offset;
axisZ = axisZ - axisZ_offset;
}
// Keine Gravitationsberechnung, nur einfaches
// Zusammenrechnen, um einen Wert später zu erhalten
// der nur bei Bewegung gemessen wurde.
if(axisX < 0){ axisX = axisX * -1; }
if(axisY < 0){ axisY = axisY * -1; }
if(axisZ < 0){ axisZ = axisZ * -1; }
gravitySum = axisX / 3 + axisY / 3 + axisZ / 3;
// Ergebnisse ausgeben
Serial.print("Axis X: ");
Serial.print(axisX, DEC);
Serial.print("\tAxis Y: ");
Serial.print(axisY, DEC);
Serial.print("\tAxis Z: ");
Serial.print(axisZ, DEC);
Serial.print("\tGravity: ");
Serial.print((int)gravitySum, DEC);
// Der 'maxValue' zeigt den höchsten
// berechneten Wert aus 'gravitySum'
if(gravitySum > maxValue)
{
maxValue = gravitySum;
}
// Maximalen Wert wiedergeben,
// der später als Schwellwert verwendet werden kann
Serial.print("\tMax Value: ");
Serial.println(maxValue, DEC);
// Wenn der maxValue ermittelt wurde
// kann der Wert zum Vergleich eingesetzt werden.
// So soll erst ein Schaltvorgang gesetzt werden,
// wenn der Schwellwert (hier 9000) erreicht wurde.
if(gravitySum > 9000)
{
// Zustand ändern
isHitting = !isHitting;
// Einschalten, wenn die Lampe aus ist
if(isHitting)
{
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Serial.println("AN");
}
else
{
digitalWrite(ledPin, LOW);
Serial.println("AUS");
}
// Verzögerung zum Ausschwingen,
// damit nicht gleich die Lampe
// wieder ausgeschaltet wird.
delay(1500);
}
delay(100);
} // Liest den Beschleunigungssensor ein und schreibt das Ergebnis in ein Byte Array.
void readAcceleration()
{
Wire.beginTransmission(AccelerometerAddress);
Wire.write(0x02);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(AccelerometerAddress, 6); for(int i = 0; i < 6; i++)
{
data[i] = Wire.read();
}
} |
Mit einem 9V Block Akku lässt sich dies leider nicht lange betreiben, da die LEDs zusammen 1W Leistung verbrauchen. Ein 9V Block ist spätestens nach einer halben Stunde leer. Besser eignet sich hier ein Netzteil (oder eine Batterie mit mehr Kapazität). Hier noch ein kurzer Zusammenschnitt als Video.
Was vielleicht von Interesse sein könnte, sind die verwendeten Bauteile. Alternativ kann nach Bedarf das Aussehen bestimmt werden.
Materialliste:
- 1 x Arduino Duemilanove (Geht auch mit anderen)
- 1 x Beschleunigungssensor BMA020
- 1 x Spannungsregler LM317
- 1 x Quarz 16Mhz
- Widerstände: 1 x 47 Ohm, 1 x 4,7kOhm, 1 x 10Ohm, 2 x 2,2kOhm
- Transistoren: 1 x BC177A (PNP), 3 x BC547B (NPN)
- 1x Potentiometer 500Ohm
- 1x Streifenplatine
- 1 x DIODER (Name des IKEA Produktes mit den LED Flächen)
- 1 x Breadboard
- 1 x Platine
- 1 x 9V Block
- eine Menge Kabel
- 1 x Kunststoff Flasche
