датчик нахилу

Деякий час назад мені потрібен був девайс, який подавав би сигнал при горизонтальному положенні або відхилення датчика від горизонтальної площини на кут не більше 20-30 градусів. Для чого - це окрема історія, тому торкатися її тут не буду.

Для реалізації поставленого завдання був обраний акселерометр SMB380 виробництва компанії Bosch. Незважаючи на свої крихітні розміри - 3х3 мм, він дозволяє вимірювати прискорення по трьох осях з чутливістю 2g, 4g, 8g і передавати цю інформацію на контролер по шинам I2C і SPI. Акселерометр SMB380 відрізняється низьким споживанням струму (200 мкА) при напрузі живлення 2,4 - 3,6.

В якості обробника отриманої інформації застосований контролер 16F628A. Його використання тут не зовсім виправдано, цілком вистачило б що-небудь типу 12F629 або 12F675. Але у мене вже давно валялася плата, з встановленим на ній PIC контролером 16F628A і розведенням його під використовуваний акселерометр. Тому, після невеликого доопрацювання, ця плата цілком підійшла під виконання необхідних функцій.

Принципова схема датчика нахилу приведена на рис. 1. Акселерометр і мікроконтролер з'єднані по шині I2C. Для їх живлення використовується стабілізатор на 3,3. Керуючий сигнал подається на базу транзистора VT1, в колекторних ланцюг якого включена навантаження К1. Харчування навантаження здійснюється від напруги 5В, в її якості можна використовувати реле на відповідну напругу і струм, бузер для звукової сигналізації, світлодіод і т.д.

Найскладнішим завданням виявилося підключити акселерометр. При розмірах 3х3 мм він має з двох сторін по п'ять контактів. Зробити розведення такого чіпа «прасувальні - лазерним методом» досить складно. Тому акселерометр підключається до основної друкованої плати через перехідник.
Для виготовлення такого перехідника потрібно взяти маленький шматочок макетної плати і розпаяти на ній по чотири Піна з двох сторін з таким розрахунком, що б вони входили в звичайну 8-ми піновий «ліжечко» для мікросхем в корпусі DIP (рис. 2). Восьми висновків нам цілком достатньо, тому що в акселерометрі висновки 1 і 10 не використовуються.

Потім надфілем видаляються контактні площадки між рядами висновків. Поверхня обезжиривается і на неї приклеюється чіп акселерометра висновками вгору (рис. 3)

Що б не помилитися, звідки починається відлік висновків акселерометра, на перехідній хустці необхідно зробити невеликий пропив, який буде «ключем». Зверніть увагу, що оскільки чіп перевернуть, нумерація його висновків буде вестися з нижнього лівого Піна за годинниковою стрілкою.

Для розпаювання висновків акселерометра потрібен провід діаметром до 0,3 мм. Для цього можна використовувати одну жилу з багатожильного монтажного проводу. На висновки чіпа наноситься рідкий флюс і киснем гостро заточеного паяльника припаивается провід. Це найскладніша і відповідальна операція, яка вимагає терпіння і твердої руки. Роботу слід виконувати низьковольтних паяльником, під збільшувальним склом, перехідну плату надійно закріпити в невеликих лещатах.

Розпаювання починають з другого виведення чіпа (як говорилося вище, висновки 1 і 10 не задіяні). Після того, як провід припаяний до піну SMB380, його дуже обережно відводять в сторону і припаюють до висновку перехідною плати. Те, що маємо отримати в кінцевому результаті, показано на рис. 4

Далі за допомогою спирту знімаються залишки рідкого флюсу, проводиться контроль під збільшенням на предмет замикань на висновках чіпа і перехідна плата готова.

Зовнішній вигляд зібраної друкованої плати наведено на рис. 5. Свого часу вона використовувалася для інших цілей, тому довелося її трохи доопрацювати, видаливши зайві деталі і встановивши відсутні у відповідності зі схемою на рис. 1

Конструктивно пристрій зібрано в корпусі від відслужив свій термін комп'ютерної мишки. Перемикач живлення переводиться на місці колеса прокрутки. Пристрій працює від батареї «Крона». Розташування плати та інших елементів всередині корпусу показано на рис. 6, а зовнішній вигляд - на рис. 7.

Програма датчика нахилу працює наступним чином - після включення живлення в якості тестування на одну секунду включається навантаження К1 Якщо датчик продовжує перебувати в горизонтальному положенні (або відхилений від нього не більше 30 градусів), то через 10 секунд знову включається навантаження К1 на час 5 секунд. Далі все повторюється по циклу. Якщо нахил щодо горизонтальної осі складе більше 30 градусів. то датчик знаходиться в режимі очікування.

Зрозуміло, дана програма розроблялася під конкретні вимоги і її алгоритм досить специфічний. Однак, якщо дана тема когось зацікавить, то можна доопрацювати програму так, що б необхідні значення нахилу, часу контролю, часу подачі сигналу прописувалися через EEPROM і користувач міг задавати їх самостійно. А застосування подібний пристрій може знайти в багатьох напрямках, наприклад, в якості датчика охоронної сигналізації автомобіля. Тим більше, що використовується акселерометр дозволяє вимірювати не тільки прискорення і нахил по трьох осях, але так само рух і вібрацію. Крім того, за допомогою даного чіпа можна вимірювати температуру в діапазоні від -30 до + 97,5 градусів.