هر کیت آغازین آردوینو یا ایاسپی۳۲ با چند حسگر رایج عرضه میشود؛ همانهایی که در پروژههای مبتدی، اینجا و آنجا در اینترنت میبینید. برای یاد گرفتن سازوکار حسگرها، خواندن برگههای مشخصات، و سیمکشیِ درستِ تختهنمونه بدون آنکه چیزی را بسوزانید، فوقالعادهاند؛ اما اگر خیال دارید با آنها پروژهای واقعی بسازید، احتیاط را کنار نگذارید.
استفاده از این حسگرها آسان است، بله؛ اما در عین حال بهشدت نامطمئناند و میتوانند عددهایی کاملاً آشفته تحویل بدهند. هیچکدام از آنها بیرون از یک پروژهٔ نمایشی دادهای نمیدهند که واقعاً بتوان روی آن حساب کرد؛ پس اگرچه برای جا افتادنِ مبانی مفیدند، برای یک پروژهٔ واقعی چیزی دقیقتر میخواهید.
دیاچتی۱۱ با اعتمادبهنفس، دقیق و اغلب نادرست است
۳۸٪ از خوانشها بیرون از برگهٔ مشخصات خودِ حسگر بودند
دیاچتی۱۱ یکی از محبوبترین حسگرهای نخستین است که اگر تازه پا به دنیای شگفتانگیز ریزکنترلگرها گذاشتهاید، احتمالاً دلتان میخواهد در پروژهٔ آردوینو یا ایاسپی۳۲ از آن استفاده کنید. ارزان است، سیمکشیاش ساده است، و در عین حال، بهتمامی معمولی و متوسط.
این حسگر تنها برای رطوبت نسبیِ ۲۰ تا ۸۰ درصد با دقت ±۵٪ و برای دما با دقت ±۲ درجهٔ سانتیگراد درجهبندی شده است، و بهسادگی زیر ۰ درجهٔ سانتیگراد یا کمتر از ۲۰٪ رطوبت را نمیخواند. آزمایشهای مستقل هم این را تأیید میکنند؛ در یکی از پژوهشهای بلندمدت، معلوم شد ۳۸٪ از خوانشهای رطوبتِ دیاچتی۱۱ بیرون از بازهٔ تعیینشدهٔ خودش افتادهاند، و این عددهای خراب را با همان اطمینانی گزارش کرده که عددهای درست را. در پژوهشی دیگر دربارهٔ دقت، دامنهٔ خطای دیاچتی۱۱ برای دما ۱ تا ۷٪ و برای رطوبت شگفتانگیزِ ۱۱ تا ۳۵٪ اندازهگیری شد.
دیاچتی۲۲ روی کاغذ بهتر است، اما اگر آن را کنار یک حسگر واقعی دما یا رطوبتسنج بگذارید و همزمان بخوانید، میبینید که خوانشِ رطوبت هنوز هم میتواند ۲۰٪ یا بیشتر خطا داشته باشد. برای یک پروژهٔ ساده که در آن به دقتِ موشکافانه نیاز ندارید، یا اگر تازه دارید دربارهٔ ریزکنترلگرها و حسگرها یاد میگیرید، قابل استفاده است؛ اما دادهای که از این حسگرها میگیرید، در بهترین حالت فقط یک پیشنهاد است.
اچسی-اسآر۰۴ در حدسزدن چندان خوب نیست
۳.۵٪ خطا پیش از آنکه کد حتی اجرا شود
اچسی-اسآر۰۴، یکی دیگر از حسگرهای بسیار محبوب آردوینو، فاصله را با زمانگیریِ پژواکِ فراصوت و تقسیم بر سرعت صوت میسنجد. این سازوکار تا وقتی ساده به نظر میرسد که یادتان بیفتد سرعت صوت ثابت نیست. این سرعت با هر ۱۰ درجهٔ افزایش دمای هوا حدود ۲.۶٪ جابهجا میشود و رطوبت و فشار هوا هم به این تغییر میافزایند.
یعنی حسگری که در فضای باز و زیر آفتاب مستقیم نصب شده، بسته به اینکه چه زمانی اندازهگیری را انجام میدهید، میتواند برای یک فاصلهٔ یکسان عددهای متفاوتی نشان بدهد. این حسگرها اغلب پیش از آنکه حتی پالس بفرستند، بر پایهٔ یک فرضِ بهغایت نادرست اندازهگیری میکنند.
و بعد، زاویهٔ پرتو را هم باید حساب کرد. با پهنای تقریبی ۱۵ درجه، هر سطحی که تخت و عمود نباشد، صدا را با زاویهای بازمیتاباند و حسگر آن را دورتر از آنچه هست میخواند. مواد نرم و جاذب، مانند پارچه یا فوم، بهندرت اصلاً صدا را برمیگردانند؛ بنابراین گاهی حسگر وقتی کسی درست روبهرویش ایستاده و لباسی ضخیم و پارچهای پوشیده، هیچچیز گزارش نمیکند. حتی در شرایط عادی هم نوسانهایی در حدود ±۱ تا ±۱۰ سانتیمتر دیده میشود، و اگر در نزدیکیِ حداقلِ برد حسگر کار کنید یا با سطحهایی نهچندان ایدهآل روبهرو باشید، اوضاع میتواند خیلی بدتر شود.
حسگرهای فروسرخی که بازتابپذیری را میسنجند، نه فاصله را
هم سطوح تیره و هم نور خورشید، گیرنده را فریب میدهند
حسگرهای مانعیابِ فروسرخِ همراهِ کیتها بسیار شبیه حسگرهای فراصوتِ اچسی-اسآر۰۴ کار میکنند، با این تفاوت که بهجای صدا از نور فروسرخ بهره میبرند. اما آنها هم با همان دردسرها روبهرو میشوند — فاصله را نمیسنجند؛ بلکه جانشینی برای آن را میسنجند.
و این جانشین خیلی زود از هم میپاشد. سطحهای مشکی یا تیره و مات، فروسرخ را بهجای بازتاب دادن، جذب میکنند؛ بنابراین برد مؤثر حسگر میتواند از ۲۰ تا ۳۰ سانتیمترِ اعلامشده به تقریباً هیچ برسد. نور محیطیِ شدید یا آفتاب مستقیم هم میتواند گیرنده را اشباع کند، هشدارهای کاذب بسازد، یا حتی تشخیصهای واقعی را بهکلی محو کند.
حتی در فضای بسته هم چراغهای دیواری و لامپها میتوانند حسگرهای مانعیابِ فروسرخی را که تا آن لحظه بینقص کار میکردند، بیدلیل به خطا بیندازند. گردوغبار، رطوبت و زاویهٔ دید را هم به این ترکیب اضافه کنید، و حسگری خواهید داشت که تشخیصش در اصل چیزی نیست جز بهترین حدسِ ممکن در قالبِ یک سیگنالِ بالا یا پایین.
هیچ دو فتومقاومت با هم به یک نتیجه نمیرسند
تمام مشکل از تلرانسِ ساخت است
فوتومقاومتها، که به آنها LDR هم میگویند، ارزاناند چون تلرانسِ ساخت در آنها باز است، و همین شلبودنِ دقت، مستقیم در قرائتهای شما خودش را نشان میدهد. این مقاومتها میتوانند از یک نمونه تا نمونهای دیگر بهطرزی چشمگیر تفاوت داشته باشند؛ یعنی یک حسگر در همان شرایط نوری، ممکن است مقدار مقاومتی کاملاً متفاوت از حسگر دیگری نشان بدهد.
این وضعیت بهخاطر تفاوتهای ساخت در لایهٔ سولفیدِ کادمیومِ بهکاررفته در این مقاومتها رخ میدهد. حتی اگر میان مقاومت و سطح نور همبستگیِ کلیِ بسیار نیرومندی وجود داشته باشد (R² در بیشتر پژوهشها بالای ۰.۹۹ است)، باز هم کمکی نمیکند، چون آن منحنی از یک نمونه تا نمونهٔ دیگر جابهجا میشود. یعنی کالیبراسیونی که برای یک فوتومقاومت انجام دادهاید، به بعدی که از همان بسته بیرون میآید منتقل نمیشود. اگر چیزی دقیقتر از یک حدس دربارهٔ روشناییِ پیرامون حسگر بخواهید، ناچارید برای هر حسگر بهصورت دستی و خستهکننده کالیبراسیون جداگانه انجام دهید.
حسگرهای PIR فقط وقتی کار میکنند که شما در حال حرکت باشید
اگر مدت کافی بیحرکت بمانید، چراغها خاموش میشوند
حسگرهای حرکتی PIR حضور را تشخیص نمیدهند؛ آنها تغییراتِ تابشِ فروسرخ را میسنجند، و به همین دلیل، انسانی که بیحرکت نشسته باشد عملاً برایشان نامرئی است. به همین خاطر، چراغهای هوشمندی که با حسگر PIR کنترل میشوند، سابقهٔ روشنی در این دارند که روی کسی خاموش شوند که فقط پشت میز کارش از حرکت ایستاده است.
این حسگرها همچنین در برابر جهشهای ناگهانیِ دما، دریچههای سامانهٔ تهویه، یا حتی جابهجا شدنِ نورِ تندِ خورشید روی دیوار، بهاشتباه فعال میشوند. تازه دقتشان در شرایط گرم و مرطوب هم بهطور محسوسی افت میکند، جایی که گرمای محیط به دمای بدن انسان نزدیکتر میشود.
هر قرائت را یک پیشنهاد بدانید، نه یک حقیقت
میانگینگیری و حذفِ دادههای پرت همان کاری را انجام میدهند که این حسگرها از پسش برنمیآیند
هیچکدام از این حسگرها بیفایده نیستند. آنها ابزارهای آموزشیِ بسیار خوبیاند و اگر حاضر باشید با ناز و قلقها و دادههای نامطمئنشان کنار بیایید، راهی ارزان برای افزودن یک رابطِ فیزیکی به پروژهتان هستند. آنها شما را با پایههای GPIO، قرائتهای ADC و پردازشِ سادهٔ سیگنال آشنا میکنند، اما بیش از این نه.
اما اشتباه اینجاست که خروجیِ خامِ آنها را چیزی بیش از یک پیشنهاد بدانید. هر پروژهٔ جدی به میانگینگیری، حذفِ دادههای پرت، جبرانِ شرایط محیطی، یا راستش را بخواهید، به حسگری بهتر نیاز دارد؛ برای نمونه SHT31، حسگر زمانِ پروازِ VL53L0X، یا یک آیسیِ درستوحسابیِ سنجشِ لوکس مثل BH1750 تا بتواند قرائتهای دقیق ارائه دهد.
منبع: این مطلب ترجمه و بومیسازی مقالهای از MakeUseOf به قلم Yadullah Abidi است. مشاهده مقاله اصلی