用振动传感器和Arduino监测工业设备的振动状态

面包板社区 2022-08-24 20:00

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通常，振动传感器基于机械或光学原理检测振动，可用来测量、显示和分析线速度、位移和加速度。虽然人类对振动的感知能力非常弱，传感器却能提供这种振动的状态数据。这就为设备维护提供了关键数据，在设备损坏之前及时进行维修和保养。由于某些失效成本高昂且耗时，用振动传感器检测和锁定缺陷，是实现降本增效的一种好方法。

振动传感器产生的弱小的模拟电压，可通过Arduino的模拟输入引脚转换为数字输出。本项目通过三种不同的程序实现振动检测：
示例一先检测振动，再通过Serial monitor显示振动值；
示例二包含了简单的模拟引脚读数技巧，以及Pulse-in技术；
示例三是控制3个不同的LED，如果某个LED引脚的振动值超过预定义的振动值，这个LED就点亮。

项目BOM如下：
12v适配器 x1
Arduino Uno x1
Arduino Nano x1
51-000923振动传感器 x1
SW-420振动传感器 x1
交通LED模块 x1
面板板 x1
杜邦线若干

其中，AAC 51-000923振动传感器由长方形压电陶瓷板制成，能够将收集的振动转换为电压输出；或者，将施加其上的电压信号转换为振动，即加上电压就振动。AAC 51-000923长度43mm，带有红、黑两根引线和连接器。创作项目一般使用Arduino，如果不需要连接器可将其剪掉，仅仅通过两根引线连接Arduino和其他MCU板子。

将振动传感器的黑线连接到Arduino的引脚GND，红线连接到Pin A0，接线就完成了。

下面，我们先看示例代码1：

int vib_sensor = A0;
int vib_data = 0;

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
pinMode(vib_sensor, INPUT);
}

void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
vib_data = analogRead(vib_sensor);
Serial.println(vib_data);
delay(100);
}

int vib_sensor = A0;
int vib_data = 0;

void setup() {
// put your setup code here, to run once:
Serial.begin(9600);
pinMode(vib_sensor, INPUT);

}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
vib_data = analogRead(vib_sensor);
Serial.println(vib_data);
delay(100);
}

其中，int vib_sensor = A0; 表示振动传感器连接在Arduino的模拟引脚A0上。void setup() 函数激活串口，数据率为 9600。void loop() 函数读、存传感器数据，并通过Serial monitor进行显示。

我们将Arduino连接到笔记本电脑，上传以上代码，上传完成后打开Serial Monitor，确定数据率为9600。尝试拍打振动传感器，可看到Serial Monitor的读数在变化。

接下来，我们看看示例代码2：

int vs = A0; // vibration sensor

void setup(){
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(vs, INPUT);
Serial.begin(9600);

}
void loop(){
long measurement =vibration();
delay(50);
Serial.println(measurement);
if (measurement > 50){
digitalWrite(led, HIGH);
}
else{
digitalWrite(led, LOW);
}
}

long vibration(){
long measurement=pulseIn (vs, HIGH); //wait for the pin to get HIGH and returns measurement
return measurement;
}

这里同样使用pin A0，pulseIn()函数用来测量振动期间输入信号的高、低，如果检测到相关震动就点亮LED。

上传代码后打开Serial monitor，确定数据率为9600。拍打传感器，Serial Monitor读数开始变化，停止后就归零。不过，这个示例只能检测中、强级别的振动。

最后，我们看看示例代码3：

示例3可以检测出振动强度，绿、黄、红三色LED分别指示振动的程度为低、中、强。这三个LED的工作电压为5v，无需限流电阻。具体连接如下：
_　Traffic LED模块的GND引脚连接到Arduinoui引脚；
_　红色LED连接到Arduino板子的13引脚；
_　黄色LED连接到Arduino板子的12引脚；
_　绿色LED连接到Arduino板子的11引脚。

int yellow_led = 12;
int green_led = 11;

int vs = A0; // vibration sensor

void setup(){
pinMode(red_led, OUTPUT);
pinMode(yellow_led, OUTPUT);
pinMode(green_led, OUTPUT);

digitalWrite(red_led, LOW);
digitalWrite(yellow_led, LOW);
digitalWrite(green_led, LOW);

pinMode(vs, INPUT);
Serial.begin(9600);

}
void loop(){
long measurement =vibration();
delay(50);
Serial.println(measurement);
if ((measurement > 50)&&(measurement < 1000)){
digitalWrite(green_led, HIGH);
digitalWrite(red_led, LOW);
digitalWrite(yellow_led, LOW);
delay(100);
}

if ((measurement > 1000)&&(measurement < 4000)){
digitalWrite(green_led, LOW);
digitalWrite(yellow_led, HIGH);
digitalWrite(red_led, LOW);
delay(100);
}

if (measurement > 4000){
digitalWrite(red_led, HIGH);
digitalWrite(green_led, LOW);
digitalWrite(yellow_led, LOW);

}

else{

digitalWrite(red_led, LOW);
digitalWrite(yellow_led, LOW);
digitalWrite(green_led, LOW);
}
}

long vibration(){
long measurement=pulseIn (vs, HIGH); //wait for the pin to get HIGH and returns measurement
return measurement;
}