. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ДОМАШНЕЙ
МЕТЕОСТАНЦИИ
1.1 Изучение основ электричества
Начнем с понятия электричества. Электрический ток – это упорядоченное движе-ние заряженных частиц под действием электрического поля. В качестве частиц могут выступать свободные электроны металла, если ток течет по металлическому проводу, или ионы, если ток течет в газе или жидкости.
Вещество называют проводником или полупроводником, если в нём есть части-цы, способные переносить электрический заряд. Если таких частиц нет, то такое вещество называется диэлектриком, оно не проводит электричество. Заряженные частицы несут на себе электрический заряд, который измеряется в кулонах и обознача-ется буквой q.
Единица измерения силы тока называется Ампер и обозначается буковой I, ток величиной в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда величиной 1 Кулон за 1 секунду. Сила тока — это количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника. Чем больше заряженных частиц бежит по проводу, тем соответственно больше ток.
Чтобы заставить заряженные частицы перемещаться от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Напря-жение измеряется в вольтах и обозначается буквой U. Чтобы получить напряжение величиной 1 Вольт нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж. Зависимость между всеми тремя рассмотренными величинами в цепи постоянного тока определяет закон Ома, который выражается вот такой формулой:
и звучит как сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропор-циональна сопротивлению. Чем больше сопротивление, тем меньше ток, и наоборот.
Закон, описывающий тепловое действие электрического тока был открыт в 19 веке двумя учеными, Джеймсом Джоулем и Эмилием Ленцем. Закон назвали закон Джоуля-Ленца. Он выражается вот такой формулой:
и численно показывает, сколько джоулей энергии выделяется в проводнике, в котором течёт ток, за единицу времени. Из этого закона можно найти мощность, которая выделяется на этом проводнике, мощность обозначается английской буквой Р и измеря-ется в ваттах:
При последовательном соединении сила тока одинакова на всех потребителях, напря-жение разделилось на части, а общее сопротивление потребителей представляет собой сумму всех сопротивлений. При параллельном соединении напряжение на всех потре-бителях одинаково, сила тока разделилась, а общее сопротивление вычисляется вот по такой формуле (Рисунок 1).
1.2 Изучение платформы Arduino
Arduino – это инструмент для проектирования электронных устройств, более плотно взаимодействующих с окружающей физической средой, чем стандартные персональные компьютеры, которые фактически не выходят за рамки виртуальности. Это платформа, предназначенная для «physical computing» с открытым программным кодом, построенная на простой печатной плате с современной средой для написания программного обеспечения.
Arduino применяется для создания электронных устройств с возможностью прие-ма сигналов от различных цифровых и аналоговых датчиков, которые могут быть подключены к нему, и управления различными исполнительными устройствами. Проекты устройств, основанные на Arduino, могут работать самостоятельно или взаимодействовать с программным обеспечением на компьютере. Платы могут быть собраны пользователем самостоятельно или куплены в сборе.
Цифровые выводы
Выводы платформы Arduino могут работать как входы или как выходы. Также большинство аналоговых входов Arduino (Atmega) могут конфигурироваться и работать так же, как и цифровые порты ввода/вывода.
Свойства порта вводы/вывода (pin), сконфигурированного как порт ввода
Выводы Arduino (Atmega) стандартно настроены как порты ввода, таким образом, не требуется явной декларации в функции pinMode(). Это означает то, что порт ввода дает слишком малую нагрузки на схему, в которую он включен. Эквивалентом внутреннему сопротивлению будет резистор 100 МОм, подключенный к выводу микросхемы. Таким образом, для перевода порта ввода из одного состояния в другое требуется маленькое значение тока. Это позволяет применять выводы микросхемы для подключения емкост-ного датчика касания, фотодиода, аналогового датчика со схемой, похожей на RC-цепь.
С другой стороны, если к данному выводу ничего не подключено, то значения на нем будут принимать случайные величины, наводимые электрическими помехами или емкостной взаимосвязью с соседним выводом.
