«Шумовое загрязнение
материал по физике на тему

Основные составляющие устройства к проекту «Шумовое загрязнение».

Arduino Mega

Микроконтроллер ATmega2560

Сердцем платформы Arduino Mega 2560 является 8-битный микроконтроллер семейства AVR — ATmega2560. Он предоставляет 256 КБ флеш-памяти для хранения прошивки, 8 КБ оперативной памяти SRAM и 4 КБ энергонезависимой памяти EEPROM для хранения данных.

Микроконтроллер ATmega16U2

Микроконтроллер ATmega16U2 обеспечивает связь микроконтроллера ATmega2560 с USB-портом компьютера. При подключении к ПК Arduino Mega 2560 определяется как виртуальный COM-порт. Прошивка микросхемы 16U2 использует стандартные драйвера USB-COM — установка внешних драйверов не требуется.

Пины питания

• VIN: Напряжение от внешнего источника питания (не связано с 5 В от USB или другим стабилизированным напряжением). Через этот вывод можно как подавать внешнее питание, так и потреблять ток, когда устройство запитано от внешнего адаптера.
• 5V: На вывод поступает напряжение 5 В от стабилизатора напряжения на плате, независимости от того, как запитано устройство: от адаптера (7–12 В), от USB (5 В) или через вывод VIN (7–12 В). Cтабилизатор обеспечивает питание микроконтроллера ATmega2560. Питать устройство через вывод 5V не рекомендуется — в этом случае не используется стабилизатор напряжения, что может привести к выходу платы из строя.
• 3.3V: 3,3 В от стабилизатора напряжения платы. Максимальный ток — 50 мА.
• GND: Выводы земли.
• IOREF: Этот вывод предоставляет платам расширения информацию о рабочем напряжении микроконтроллера. В зависимости от напряжения на нём, плата расширения может переключиться на соответствующий источник питания либо задействовать преобразователи уровней, что позволит ей работать как с 5 В, так и с 3,3 В устройствами.

Порты ввода/вывода

• Цифровые входы/выходы: пины 0–53
  Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. Максимальный ток выхода — 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
• ШИМ: пины 2–13 и 44–46
  Позволяют выводить 8-битные аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала.
• АЦП: пины A0–A16
  16 аналоговых входов, каждый из которых может представить аналоговое напряжение в виде 10-битного числа (1024 значений). Разрядность АЦП — 10 бит.
• TWI/I²C: пины 20(SDA) и 21(SCL)
  Для общения с периферией по синхронному протоколу, через 2 провода. Для работы используйте библиотеку Wire.
• SPI: пины 50(MISO), 51(MOSI), 52(SCK) и 53(SS).
  Пины коммутации по интерфейсу SPI (используйте библиотеку SPI).
• UART: Serial: пины 0(RX) и 1(TX); Serial1: пины 19(RX) и 18(TX);Serial2: пины 17(RX) и 16(TX); Serial3: пины 15(RX) и 14(TX).
  Эти выводы используются для получения (RX) и передачи (TX) данных по последовательному интерфейсу. Выводы 0(RX) и 1(TX) соединены с соответствующими выводами микросхемы ATmega16U2, выполняющей роль преобразователя USB-UART.

Светодиодная индикация

Разъём USB Type-B

Разъём USB Type-B предназначен для прошивки платформы Arduino Mega 2560 с помощью компьютера.

Разъём для внешнего питания

Разъём для подключения внешнего питания от 7 В до 12 В.

ICSP-разъём для ATmega2560

ICSP-разъём предназначен для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega2560. Также с применением библиотеки SPI данные выводы могут осуществлять связь с платами расширения по интерфейсу SPI. Линии SPI выведены на 6-контактный разъём, а также продублированы на цифровых пинах 50(MISO), 51(MOSI), 52(SCK) и 53(SS).

ICSP-разъём для ATmega16U2

ICSP-разъём для внутрисхемного программирования микроконтроллера ATmega16U2.

Распиновка

Характеристики

• Микроконтроллер: ATmega2560
• Тактовая частота: 16 МГц
• Напряжение логических уровней: 5 В
• Входное напряжение питания: 7–12 В
• Портов ввода-вывода общего назначения: 54
• Максимальный ток с пина ввода-вывода: 40 мА
• Максимальный выходной ток пина 3.3V: 50 мА
• Максимальный выходной ток пина 5V: 800 мА
• Портов с поддержкой ШИМ: 15
• Портов, подключённых к АЦП: 16
• Разрядность АЦП: 10 бит
• Flash-память: 256 КБ
• EEPROM-память: 4 КБ
• Оперативная память: 8 КБ
• Габариты: 101×53 мм

Датчик шума

Микрофон

Аналоговый сигнал микрофона — это переменное напряжение. Часть сигнала положительное, другая — отрицательное. Его можно попробовать передать на АЦП контроллера без обработки, но тогда оцифруется только положительное напряжение — то есть половина волны. А без предварительного усиления сигнал будет едва отличим от цифрового шума.

Усилитель поднимает нулевое значение аудиосигнала до середины напряжения питания, и дальнейшие изменения напряжения происходят уже относительно этого значения — аудиосигнал оцифровывается полностью.

Датчик уровня шума

Разовые замеры максимальных значений амплитуды не дадут представления об общем уровне шума. Чтобы получить достоверную информацию, нужно делать измерения максимально часто и интегрировать полученные значения. Численной характеристикой громкости будет площадь под графиком звуковой волны. Именно её и «считает» электронная обвязка датчика шума. Это позволяет определить изменение общего звукового фона или зафиксировать хлопки.

Сенсор выдаёт аналоговый сигнал в диапазоне от 0 до напряжения питания. Выходное напряжение пропорционально средней шумности за последние несколько сотен миллисекунд.

Настройка чувствительности

Для регулировки чувствительности мы предусмотрели на модуле триммер. Он пригодится, если вам захочется настроить чувствительность микрофона или изменить условия срабатывания вашего устройства не трогая прошивку.

Подключение

Модуль подключается к управляющей электронике с помощью трёхпроводных шлейфов. Два трёхпроводных шлейфа включены в комплект модуля.

Модуль подключается к четырём пинам контроллера:

• земля (G) — соедините с землёй микроконтроллера;
• питание (V) — соедините с питанием микроконтроллера;
• сигнал датчика шума (E) — подключите к аналоговому входу микроконтроллера;
• сигнал микрофона (S) — подключите к аналоговому входу микроконтроллера.

При подключении к Arduino будет крайне удобно использовать Troyka Shield.

Возьмите Troyka Slot Shield и избавьтесь от проводов.

Также модуль физически совместим с breadboard’ом.

Комплектация

• 1× Плата-модуль
• 2× Трёхпроводной шлейф

Характеристики

• Напряжение питания: 3,3–5 В
• Потребляемый ток: менее 10 мА
• Габариты: 25,4×25,4 мм

Дисплей LCD 1602

Технические характеристики дисплея:

• Символьный тип отображения, есть возможность загрузки символов;
• Светодиодная подсветка;
• Контроллер HD44780;
• Напряжение питания 5В;
• Формат 16х2 символов;
• Диапазон рабочих температур от -20С до +70С, диапазон температур хранения от -30С до +80 С;
• Угол обзора 180 градусов.