基于微控制器的心跳同步扇動(dòng)的電子風(fēng)扇

該系列將構(gòu)建一個(gè)心跳風(fēng)扇，該系列的這一部分將描述應(yīng)用目的、檢測(cè)和控制以及風(fēng)扇選擇。

構(gòu)建您的第一個(gè)小工具是一種您想要記住的體驗(yàn)。

對(duì)于我們的第一個(gè)項(xiàng)目，讓我們制作一個(gè)可以在悶熱的夏日午后為我們降溫的電子風(fēng)扇。而且，為了增加挑戰(zhàn)，讓我們制作一個(gè)能與我們的心跳同步扇動(dòng)的風(fēng)扇。當(dāng)我們的心率加快時(shí)，風(fēng)扇會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)得更快——讓我們冷靜下來(lái)。我們將把這個(gè)小工具稱為心跳風(fēng)扇。

所以現(xiàn)在讓我們考慮一下這個(gè)設(shè)備需要做什么。首先，它需要感知心率。其次，它需要與感應(yīng)到的速率同步驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。實(shí)際上，它將需要三個(gè)部分：心率感應(yīng)部分、風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)部分和介于兩者之間的控制部分。

感知心跳

對(duì)于感應(yīng)部分，我們將使用光傳感器來(lái)感應(yīng)附近血管反射率的變化。每一次心跳都會(huì)引起血流的變化，這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致周圍血管的反射性發(fā)生變化。

控制風(fēng)扇

今天，大多數(shù)電子設(shè)備都包含一個(gè)微控制器。該微控制器充當(dāng)設(shè)備的“大腦”，負(fù)責(zé)控制硬件。因此，我們的控制部分也將使用微控制器。為了簡(jiǎn)化我們的工作，我們將使用 GR-SAKURA 板。

GR-SAKURA 板配備了一個(gè)內(nèi)置的高性能多功能 RX63N 微控制器，適用于各種小工具項(xiàng)目——包括這個(gè)項(xiàng)目。瑞薩電子最初設(shè)計(jì) GR-SAKURA 作為我們“Gadget Renesas”項(xiàng)目的一部分——該項(xiàng)目旨在使小工具構(gòu)建既簡(jiǎn)單又有趣。

它還支持基于云的編程——更容易為微控制器編寫程序；它也有強(qiáng)大的支持。由于這些原因，它是我們第一個(gè)項(xiàng)目的最佳板。在下一節(jié)中，我們將詳細(xì)介紹我們將如何使用該板來(lái)構(gòu)建我們的小工具。

揮動(dòng)風(fēng)扇

我們將使用伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。與大多數(shù)電機(jī)類型不同，伺服電機(jī)可以精確控制電機(jī)停止的位置。對(duì)于伺服電機(jī)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)量由輸入信號(hào)控制：該信號(hào)的值“告訴”電機(jī)旋轉(zhuǎn)多遠(yuǎn)。電機(jī)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。伺服電機(jī)廣泛用??于無(wú)線電控制設(shè)備。

*檢測(cè)和控制之間：模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器*
讓我們首先看看將信息從心跳檢測(cè)部分發(fā)送到控制部分所需的處理。心跳傳感器會(huì)輸出模擬信號(hào)，但微控制器（控制部分）需要數(shù)字信號(hào)。因此，我們將使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字信號(hào)。

ADC 分三步執(zhí)行轉(zhuǎn)換： (1) 采樣，其中 ADC 定期讀?。ú蓸樱┬盘?hào)；(2) 量化，其中每個(gè)讀數(shù)都映射到一個(gè)離散數(shù)字，代表信號(hào)電平的近似值；(3)編碼，將離散數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。（參見(jiàn)圖 2）例如，采樣頻率為 10 Hz 且分辨率為 10 位的 ADC 將每秒讀取 10 次信號(hào)電平，將每個(gè)讀數(shù)映射到 1024 個(gè)數(shù)字之一，并將這些值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)攜帶的值。

在控制選擇和風(fēng)扇部分之間：PWM 控制

接下來(lái)，讓我們看看控制和驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇所需的處理。伺服電機(jī)的輸入信號(hào)將是一系列脈沖，其中每個(gè)脈沖的寬度將決定電機(jī)將旋轉(zhuǎn)多遠(yuǎn)（旋轉(zhuǎn)角度）。例如，窄脈沖將導(dǎo)致不旋轉(zhuǎn)（0°），而中等脈沖將導(dǎo)致電機(jī)旋轉(zhuǎn) 90°。

因此，為了驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，我們每個(gè)周期（每幀）發(fā)送一個(gè)脈沖，脈沖寬度告訴電機(jī)在哪里停止。如果連續(xù)脈沖的脈沖寬度保持不變，電機(jī)將簡(jiǎn)單地保持其位置。以我們的風(fēng)扇為例，我們可能會(huì)引導(dǎo)風(fēng)扇從 0° 旋轉(zhuǎn)到 60° 并返回到 0°，風(fēng)扇在每個(gè)位置停止，直到脈沖寬度發(fā)生變化。

編輯：hfy