如何使用加速度计构建一个基于Arduino的地震探测器

科技观察员 2023-01-25 1609

科技观察员

3208 文章 1249w阅读 465粉丝

描述

地震是一种不可预测的自然灾害，会对生命和财产造成损害。它突然发生，我们无法阻止它，但我们可以从中得到警报。在当今时代，有许多技术可以用来检测微小的震动和敲击，以便我们可以在地球发生一些重大振动之前采取预防措施。在这里，我们使用加速度计ADXL335来检测地震前的振动。加速度计ADXL335对所有三个轴的振动和振动都非常敏感。在这里，我们正在 使用加速度计构建一个基于Arduino的地震探测器 。

我们在这里构建这个 地震探测器作为PCB上的Arduino屏蔽， 还将使用处理在计算机上显示振动图。

Arduino地震探测器盾牌所需的组件

  • Arduino UNO
  • 加速度计 ADXL335
  • 16x2 液晶显示器
  • 蜂鸣器
  • BC547 晶体管
  • 1k 电阻器
  • 10K 锅
  • 发光二极管
  • 电源 9V/12V
  • 伯格棍男/女

加速度计：

加速度计的引脚说明：

  1. Vcc 5 伏电源应在此引脚连接。
  2. X-OUT 此引脚在 x 方向上提供模拟输出
  3. Y-OUT 此引脚在 y 方向上提供模拟输出
  4. Z-OUT 该引脚在 z 方向上提供模拟输出
  5. 接地
  6. ST 此引脚用于设置传感器的灵敏度

ArduinoArduino

工作说明：

这个Arduino地震探测器的工作非常简单。正如我们之前提到的，我们已经使用加速度计来检测沿三个轴中的任何一个的地震振动，以便每当振动发生时，加速度计都会感知振动并将其转换为等效的ADC值。然后，这些ADC值由Arduino读取，并通过16x2 LCD显示。我们还使用处理在图形上显示了这些值。通过在此处浏览我们的其他加速度计项目，了解有关加速度计的更多信息。

首先，我们需要通过在 Arduino 通电时采集周围振动的样本来 校准加速度计 。然后我们需要从实际读数中减去这些样本值以获得真实读数。需要进行此校准，以便它不会显示有关其正常周围振动的警报。找到真实读数后，Arduino将这些值与预定义的最大值和最小值进行比较。如果Arduino发现任何变化值大于或小于两个方向（负和正）上任何轴的预定义值，则Arduino会触发蜂鸣器并通过16x2 LCD显示警报状态，并且LED也打开。我们可以通过更改Arduino代码中的预定义值来调整地震探测器的灵敏度。

Arduino

Arduino

电路说明：

这个地震探测器Arduino Shield PCB的电路也很简单.在这个项目中，我们使用了Arduino来读取加速度计的模拟电压并将其转换为数字值。Arduino还驱动蜂鸣器，LED，16x2 LCD，并计算和比较值并采取适当的措施。下一部分是加速度计，它检测大地振动并在 3 个轴（X、Y 和 Z）上产生模拟电压。LCD用于显示X，Y和Z轴的值变化，并在其上显示警报消息。此LCD以4位模式连接到Arduino。RS、GND 和 EN 引脚直接连接到 Arduino 的 9、GND 和 8 个引脚，LCD 的其余 4 个数据引脚（即 D4、D5、D6 和 D7）直接连接到 Arduino 的数字引脚 7、6、5 和 4。蜂鸣器通过 NPN BC547 晶体管连接到 Arduino 的引脚 12。10k电位器也用于控制LCD的亮度。

Arduino

编程说明：

在这个Arduino地震探测器项目中，我们制作了 两个代码 ：一个用于Arduino检测地震，另一个用于处理IDE，用于在计算机上绘制图形上的地震振动。我们将一一了解这两个代码：

Arduino 代码 ：

首先，我们根据加速度计的放置表面校准加速度计，使其不会显示有关其正常周围振动的警报。在此校准中，我们采集一些样本，然后取平均值并存储在变量中。

for(int i=0;i
  {
    xsample+=analogRead(x);
    ysample+=analogRead(y);
    zsample+=analogRead(z);
  }

  xsample/=samples;   // taking avg for x
  ysample/=samples;   // taking avg for y
  zsample/=samples;   // taking avg for z
  
  delay(3000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Calibrated");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Device Ready");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.print(" X     Y     Z   ");

现在，每当加速度计获取读数时，我们都会从读数中减去这些样本值，以便它可以忽略周围的振动。

int value1=analogRead(x);   // reading x out
    int value2=analogRead(y);   //reading y out
    int value3=analogRead(z);   //reading z out

    int xValue=xsample-value1;    // finding change in x
    int yValue=ysample-value2;    // finding change in y
    int zValue=zsample-value3;    // finding change in z

  /*displying change in x,y and z axis values over lcd*/
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(zValue);
    lcd.setCursor(6,1);
    lcd.print(yValue);
    lcd.setCursor(12,1);
    lcd.print(zValue);
    delay(100)

然后Arduino将这些校准（减去）值与预定义的限制进行比较。并采取相应的行动。如果值高于预定义的值，则它将发出蜂鸣器哔哔声并使用处理在计算机上绘制振动图。

/* comparing change with predefined limits*/
    if(xValue < minVal || xValue > maxVal  || yValue < minVal || yValue > maxVal  || zValue < minVal || zValue > maxVal)
    { 
      if(buz == 0)
      start=millis();   // timer start
       buz=1;       // buzzer / led flag activated
    } 

   else if(buz == 1)        // buzzer flag activated then alerting earthquake
   {
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Earthquake Alert   ");
      if(millis()>= start+buzTime)    
      buz=0;
   }

处理代码：

我们使用处理设计了一个用于地震振动的图表，其中我们定义了窗口的大小、单位、字体大小、背景、读取和显示串行端口、打开选定的串行端口等。

// set the window size:  and Font size
  f6 = createFont("Arial",6,true);
  f8 = createFont("Arial",8,true);
  f10 = createFont("Arial",10,true);
  f12 = createFont("Arial",12,true);
  f24 = createFont("Arial",24,true);
  size(1200, 700);        
 
 // List all the available serial ports
 println(Serial.list());
 myPort = new Serial(this, "COM43", 9600);
 println(myPort);
 myPort.bufferUntil('\\n');
 background(80)

在下面的函数中，我们从串行端口接收数据并提取所需的数据，然后将其映射到图形的大小。

// extracting all required values of all three axis:
 int l1=inString.indexOf("x=")+2;
 String temp1=inString.substring(l1,l1+3);
 l1=inString.indexOf("y=")+2;
 String temp2=inString.substring(l1,l1+3);
 l1=inString.indexOf("z=")+2;
 String temp3=inString.substring(l1,l1+3);
 
 //mapping x, y and z value with graph dimensions
 float inByte1 = float(temp1+(char)9); 
 inByte1 = map(inByte1, -80,80, 0, height-80);
 float inByte2 = float(temp2+(char)9); 
 inByte2 = map(inByte2,-80,80, 0, height-80);
 float inByte3 = float(temp3+(char)9); 
 inByte3 = map(inByte3,-80,80, 0, height-80);
 float x=map(xPos,0,1120,40,width-40);

在此之后，我们绘制了单位空间、最大和最小限制、x、y 和 z 轴的值。

//ploting graph window, unit 
  strokeWeight(2);
  stroke(175);                        
  Line(0,0,0,100);
  textFont(f24);       
  fill(0,00,255);
  textAlign(RIGHT);
  xmargin("EarthQuake Graph By Circuit Digest",200,100); 
  
   fill(100); 
   strokeWeight(100);
   line(1050,80,1200,80);
   .... ....
   ..........

在此之后，我们使用 3 种不同的颜色在图形上绘制值，例如 x 轴值的蓝色、y 轴的绿色和红色表示的 z。

stroke(0,0,255);         
   if(y1 == 0)
   y1=height-inByte1-shift;
   line(x, y1, x+2, height-inByte1-shift) ;
   y1=height-inByte1-shift;
   
   stroke(0,255,0);            
   if(y2 == 0)
   y2=height-inByte2-shift;
   line(x, y2, x+2, height-inByte2-shift) ;
   y2=height-inByte2-shift;
   
   stroke(255,0,0);             
   if(y2 == 0)
   y3=height-inByte3-shift;
   line(x, y3, x+2, height-inByte3-shift) ;
   y3=height-inByte3-shift;

#include // lcd Header

LiquidCrystal lcd(9,8,7,6,5,4); // pins for LCD Connection

#define buzzer 12 // buzzer pin

#define led 13 //led pin

#define x A0 // x_out pin of Accelerometer

#define y A1 // y_out pin of Accelerometer

#define z A2 // z_out pin of Accelerometer

/ variables /

int xsample=0;

int ysample=0;

int zsample=0;

long start;

int buz=0;

/ Macros /

#define samples 50

#define maxVal 20 // max change limit

#define minVal -20 // min change limit

#define buzTime 5000 // buzzer on time

void setup()

{

lcd.begin(16,2); //initializing lcd

Serial.begin(9600); // initializing serial

delay(1000);

lcd.print("EarthQuake ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Detector ");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("Circuit Digest ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Saddam Khan ");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("Calibrating.....");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Please wait...");

pinMode(buzzer, OUTPUT);

pinMode(led, OUTPUT);

buz=0;

digitalWrite(buzzer, buz);

digitalWrite(led, buz);

for(int i=0;i

{

xsample+=analogRead(x);

ysample+=analogRead(y);

zsample+=analogRead(z);

}

xsample/=samples; // taking avg for x

ysample/=samples; // taking avg for y

zsample/=samples; // taking avg for z

delay(3000);

lcd.clear();

lcd.print("Calibrated");

delay(1000);

lcd.clear();

lcd.print("Device Ready");

delay(1000);

lcd.clear();

lcd.print(" X Y Z ");

}

void loop()

{

int value1=analogRead(x);   // reading x out

int value2=analogRead(y);   //reading y out

int value3=analogRead(z);   //reading z out


int xValue=xsample-value1;    // finding change in x

int yValue=ysample-value2;    // finding change in y

int zValue=zsample-value3;    // finding change in z

/ displying change in x,y and z axis values over lcd /

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(zValue);

lcd.setCursor(6,1);

lcd.print(yValue);

lcd.setCursor(12,1);

lcd.print(zValue);

delay(100);

/* comparing change with predefined limits*/

if(xValue < minVal || xValue > maxVal  || yValue < minVal || yValue > maxVal  || zValue < minVal || zValue > maxVal)

{ 

  if(buz == 0)

  start=millis();   // timer start

   buz=1;       // buzzer / led flag activated

}

else if(buz == 1) // buzzer flag activated then alerting earthquake

{

lcd.setCursor(0,0);

  lcd.print("Earthquake Alert   ");

  if(millis()>= start+buzTime)    

  buz=0;

}

else

{

  lcd.clear();

  lcd.print(" X     Y     Z   ");

}


digitalWrite(buzzer, buz);    // buzzer on and off command

digitalWrite(led, buz);   // led on and off command

/ sending values to processing for plot over the graph /

Serial.print("x=");

Serial.println(xValue);

Serial.print("y=");

Serial.println(yValue);

Serial.print("z=");

Serial.println(zValue);  

Serial.println(" $");

}
打开APP阅读更多精彩内容
声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉

全部0条评论

快来发表一下你的评论吧 !

下载APP
|投诉反馈|电子发烧友网
© 2021 elecfans.com
湘ICP备2023018690号
×
20
完善资料，
赚取积分