如何使用加速度計(jì)構(gòu)建一個基于Arduino的地震探測器

地震是一種不可預(yù)測的自然災(zāi)害，會對生命和財(cái)產(chǎn)造成損害。它突然發(fā)生，我們無法阻止它，但我們可以從中得到警報(bào)。在當(dāng)今時代，有許多技術(shù)可以用來檢測微小的震動和敲擊，以便我們可以在地球發(fā)生一些重大振動之前采取預(yù)防措施。在這里，我們使用加速度計(jì)ADXL335來檢測地震前的振動。加速度計(jì)ADXL335對所有三個軸的振動和振動都非常敏感。在這里，我們正在 使用加速度計(jì)構(gòu)建一個基于Arduino的地震探測器 。

我們在這里構(gòu)建這個 地震探測器作為PCB上的Arduino屏蔽， 還將使用處理在計(jì)算機(jī)上顯示振動圖。

Arduino地震探測器盾牌所需的組件

• Arduino UNO
• 加速度計(jì) ADXL335
• 16x2 液晶顯示器
• 蜂鳴器
• BC547 晶體管
• 1k 電阻器
• 10K 鍋
• 發(fā)光二極管
• 電源 9V/12V
• 伯格棍男/女

加速度計(jì)：

加速度計(jì)的引腳說明：

1. Vcc 5 伏電源應(yīng)在此引腳連接。
2. X-OUT 此引腳在 x 方向上提供模擬輸出
3. Y-OUT 此引腳在 y 方向上提供模擬輸出
4. Z-OUT 該引腳在 z 方向上提供模擬輸出
5. 接地
6. ST 此引腳用于設(shè)置傳感器的靈敏度

工作說明：

這個Arduino地震探測器的工作非常簡單。正如我們之前提到的，我們已經(jīng)使用加速度計(jì)來檢測沿三個軸中的任何一個的地震振動，以便每當(dāng)振動發(fā)生時，加速度計(jì)都會感知振動并將其轉(zhuǎn)換為等效的ADC值。然后，這些ADC值由Arduino讀取，并通過16x2 LCD顯示。我們還使用處理在圖形上顯示了這些值。通過在此處瀏覽我們的其他加速度計(jì)項(xiàng)目，了解有關(guān)加速度計(jì)的更多信息。

首先，我們需要通過在 Arduino 通電時采集周圍振動的樣本來 校準(zhǔn)加速度計(jì) 。然后我們需要從實(shí)際讀數(shù)中減去這些樣本值以獲得真實(shí)讀數(shù)。需要進(jìn)行此校準(zhǔn)，以便它不會顯示有關(guān)其正常周圍振動的警報(bào)。找到真實(shí)讀數(shù)后，Arduino將這些值與預(yù)定義的最大值和最小值進(jìn)行比較。如果Arduino發(fā)現(xiàn)任何變化值大于或小于兩個方向（負(fù)和正）上任何軸的預(yù)定義值，則Arduino會觸發(fā)蜂鳴器并通過16x2 LCD顯示警報(bào)狀態(tài)，并且LED也打開。我們可以通過更改Arduino代碼中的預(yù)定義值來調(diào)整地震探測器的靈敏度。

電路說明：

這個地震探測器Arduino Shield PCB的電路也很簡單.在這個項(xiàng)目中，我們使用了Arduino來讀取加速度計(jì)的模擬電壓并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。Arduino還驅(qū)動蜂鳴器，LED，16x2 LCD，并計(jì)算和比較值并采取適當(dāng)?shù)拇胧?。下一部分是加速度?jì)，它檢測大地振動并在 3 個軸（X、Y 和 Z）上產(chǎn)生模擬電壓。LCD用于顯示X，Y和Z軸的值變化，并在其上顯示警報(bào)消息。此LCD以4位模式連接到Arduino。RS、GND 和 EN 引腳直接連接到 Arduino 的 9、GND 和 8 個引腳，LCD 的其余 4 個數(shù)據(jù)引腳（即 D4、D5、D6 和 D7）直接連接到 Arduino 的數(shù)字引腳 7、6、5 和 4。蜂鳴器通過 NPN BC547 晶體管連接到 Arduino 的引腳 12。10k電位器也用于控制LCD的亮度。

編程說明：

在這個Arduino地震探測器項(xiàng)目中，我們制作了 兩個代碼 ：一個用于Arduino檢測地震，另一個用于處理IDE，用于在計(jì)算機(jī)上繪制圖形上的地震振動。我們將一一了解這兩個代碼：

Arduino 代碼 ：

首先，我們根據(jù)加速度計(jì)的放置表面校準(zhǔn)加速度計(jì)，使其不會顯示有關(guān)其正常周圍振動的警報(bào)。在此校準(zhǔn)中，我們采集一些樣本，然后取平均值并存儲在變量中。

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   ");

現(xiàn)在，每當(dāng)加速度計(jì)獲取讀數(shù)時，我們都會從讀數(shù)中減去這些樣本值，以便它可以忽略周圍的振動。

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將這些校準(zhǔn)（減去）值與預(yù)定義的限制進(jìn)行比較。并采取相應(yīng)的行動。如果值高于預(yù)定義的值，則它將發(fā)出蜂鳴器嗶嗶聲并使用處理在計(jì)算機(jī)上繪制振動圖。

/* 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;
   }

處理代碼：

我們使用處理設(shè)計(jì)了一個用于地震振動的圖表，其中我們定義了窗口的大小、單位、字體大小、背景、讀取和顯示串行端口、打開選定的串行端口等。

// 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)

在下面的函數(shù)中，我們從串行端口接收數(shù)據(jù)并提取所需的數(shù)據(jù)，然后將其映射到圖形的大小。

// 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，我們繪制了單位空間、最大和最小限制、x、y 和 z 軸的值。

//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，我們使用 3 種不同的顏色在圖形上繪制值，例如 x 軸值的藍(lán)色、y 軸的綠色和紅色表示的 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(" $");

}