Вы, возможно, видели раньше пьезозуммер, иными словами, устройство, производящее звук, использующий пьезоэлектрический эффект. Подобно тому, как существуют датчики, которые обнаруживают свет или излучают свет по тому же принципу, существуют пьезоэлектрические датчики: устройство, которое обнаруживает вибрацию или, чаще всего, звук. Сегодня мы рассмотрим основы пьезоэлектрических датчиков и принципы их работы.
Производство электроэнергии с помощью пьезоэлектрического эффекта привлекает значительное внимание из-за его способности использовать энергию от вибраций окружающей среды и механических движений. Пьезоэлектрический эффект относится к способности определенных материалов генерировать электрический заряд при некотором механическом воздействии или деформации.
В данном материале будет представлена самодельная уличная система генерации энергии, которая использует пьезоэлектрические элементы, устанавливаемые на поверхности дороги, для выработки электроэнергии от движения транспортных средств. Генерируемая мощность используется для зарядки микроконтроллера Arduino. Arduino управляет уличным освещением, используя датчики LDR (светозависимые резисторы), чтобы включать светодиодные фонари ночью. Кроме того, система включает в себя ультразвуковой датчик для контроля движения транспортных средств и датчик MQ-135 для определения уровня газа в воздухе.
Пьезо – это греческий термин, обозначающий «пресс» или «сжатие». Пьезоэлектричество (также называемое пьезоэлектрическим эффектом) – это наличие электрического потенциала по бокам кристалла, когда механическое напряжение прикладывается путем его сжатия. В работающей системе кристалл действует как крошечная батарея с положительным зарядом на одной стороне и отрицательным зарядом на противоположной стороне. Чтобы сформировать целостную цепь, две грани соединены вместе, и через эту цепь проходит ток.
Большинство из нас знакомо с пьезоэлектрическим эффектом благодаря его роли в формировании высокоточных сигналов синхронизации. Бесчисленные электронные устройства синхронизируются с помощью осцилляторных схем, построенных вокруг кристалла кварца. Однако кварц является лишь одним из многих материалов, которые демонстрируют пьезоэлектрическое поведение, а функциональность пьезоэлектрических компонентов не ограничивается генерированием тактовых сигналов.
Не будем останавливаться на физике пьезоэлектричества; это широкий вопрос, который достоин отдельного материала. Суть в том, что пьезоэлектрический эффект является мостом между механическим миром и электрическим миром.
Пьезоэлектрический датчик используется для измерения изменений параметров, таких как давление, температура, ускорение и сила, путем преобразования их в электрический заряд. Этот датчик работает по принципу пьезоэлектрического эффекта.
Такой датчик может быть очень полезен в различных радиолюбительских и инженерных проектах, поэтому в данном материале мы рассмотрим, как подключить пьезоэлектрический датчик к Arduino и организовать их совместную работу.
В последнее время популярность методов сбора и накопления энергии (energy harvesting) растет, особенно в отношении возобновляемых источников энергии. Возобновляемые источники не ограничиваются только солнечной энергией; Есть другие, такие как ветер, геотермальная и приливная энергии. Единственная проблема со всеми этими формами энергии состоит в том, что они зависят от местоположения или зависят от погоды и не всегда доступны.
Но как насчет активности человека как источника энергии? Может ли энергия собираться из повседневной деятельности, чтобы помочь нашему современному обществу? Возможно, есть. И власти штата Калифорния решили извлечь энергию из вибраций транспортных средств на дороге.