- Spēka sensors vai spēka jutīgais rezistors
- Nepieciešamās sastāvdaļas
- Shēmas shēma un darba skaidrojums
Šajā projektā mēs izstrādāsim jautru shēmu, izmantojot Force sensoru un Arduino Uno. Šī shēma rada skaņu, kas ir lineāri saistīta ar sensora spēku. Šim nolūkam mēs savienosim FORCE sensoru ar Arduino Uno. UNO darbam mēs izmantosim 8 bitu ADC (Analog to Digital Conversion) funkciju.
Spēka sensors vai spēka jutīgais rezistors
FORCE sensors ir devējs, kas maina savu pretestību, kad tiek izdarīts spiediens uz virsmu. FORCE sensors ir pieejams dažādos izmēros un formās. Mēs izmantosim vienu no lētākajām versijām, jo mums šeit nav vajadzīga liela precizitāte. FSR400 ir viens no lētākajiem spēka sensoriem tirgū. FSR400 attēls ir parādīts zemāk redzamajā attēlā. Tos sauc arī par spēka jutīgiem rezistoriem vai FSR, jo tā pretestība mainās atkarībā no tam piemērotā spēka vai spiediena. Kad šim spēka jutīgajam rezistoram tiek piemērots spiediens, tā pretestība samazinās, tas ir, pretestība ir apgriezti proporcionāla pielietotajam spēkam. Tātad, kad uz to netiks izdarīts spiediens, FSR pretestība būs ļoti augsta.
Tagad ir svarīgi atzīmēt, ka FSR 400 ir jutīgs visā garumā, spēks vai svars jākoncentrē uz labirintu sensora acs vidū, kā parādīts attēlā. Ja spēks tiek piemērots nepareizā laikā, ierīce var neatgriezeniski sabojāt.
Vēl viena svarīga lieta, kas jāzina, sensors var vadīt liela diapazona strāvas. Tāpēc instalēšanas laikā paturiet prātā braukšanas straumes. Arī sensora spēka ierobežojums ir 10 ņūtoni. Tātad mēs varam uzklāt tikai 1 kg svara. Ja tiek piemērots svars, kas lielāks par 1 kg, sensors var parādīt dažas novirzes. Ja tas ir palielinājies vairāk nekā par 3 kg. sensors var neatgriezeniski sabojāt.
Kā stāstīts iepriekš, šo sensoru izmanto spiediena izmaiņu uztveršanai. Tātad, kad svars tiek uzklāts virs FORCE sensora, pretestība tiek krasi mainīta. FS400 izturība pret svaru ir parādīta zemāk redzamajā diagrammā,
Kā parādīts iepriekšējā attēlā, pretestība starp diviem sensora kontaktiem samazinās līdz ar svaru vai palielinās vadītspēja starp diviem sensora kontaktiem. Tīra vadītāja pretestību dod:
Kur, p- Vadītāja pretestība
l = vadītāja garums
A = vadītāja laukums.
Tagad apsveriet vadītāju ar pretestību “R”, ja uz vadītāja augšdaļas tiek izdarīts zināms spiediens, spiediena rezultātā samazinās laukums uz vadītāja un palielinās vadītāja garums. Tātad pēc formulas vadītāja pretestībai vajadzētu palielināties, jo pretestība R ir apgriezti proporcionāla laukumam un arī tieši proporcionāla garumam l.
Tātad ar šo vadītājam zem spiediena vai svara palielinās vadītāja pretestība. Bet šīs izmaiņas ir mazas, salīdzinot ar kopējo pretestību. Lai veiktu ievērojamas izmaiņas, daudzi vadītāji ir sakrauti kopā. Tas notiek iepriekšminētajā attēlā parādītajos spēka sensoros. Rūpīgi apskatot, sensora iekšpusē var redzēt daudzas līnijas. Katra no šīm līnijām apzīmē diriģentu. Sensora jutība ir norādīta vadītāju skaitļos.
Bet šajā gadījumā pretestība samazināsies ar spiedienu, jo šeit izmantotais materiāls nav tīrs vadītājs. FSR šeit ir izturīgas polimēru biezas plēves (PTF) ierīces. Tātad šīs nav tīras vadītāja materiāla ierīces. Tie ir izgatavoti no materiāla, kam pretestība samazinās, palielinoties spēkam, kas tiek piemērots sensora virsmai. Šis materiāls parāda īpašības, kā parādīts FSR diagrammā.
Šīs pretestības izmaiņas nevar dot neko labu, ja vien mēs tās nevaram nolasīt. Kontrolieris, kas atrodas pie rokas, var nolasīt tikai sprieguma izredzes un ne mazāk, šim nolūkam mēs izmantosim sprieguma dalītāja ķēdi, ar to mēs varam iegūt pretestības izmaiņas, mainoties spriegumam.
Sprieguma dalītājs ir pretestības ķēde un parādīts attēlā. Šajā pretestības tīklā mums ir viena pastāvīga pretestība un cita mainīga pretestība. Kā parādīts attēlā, R1 šeit ir nemainīga pretestība, un R2 ir FORCE sensors, kas darbojas kā pretestība. Zaru viduspunkts tiek mērīts. Ar R2 izmaiņām mums ir izmaiņas pie Vout. Tātad ar to mums ir sprieguma izmaiņas ar svaru.
Šeit ir svarīgi atzīmēt, ka kontrollera ievadītā ADC pārveidošanas ievade ir tik maza kā 50µAmp. Šis uz pretestību balstītā sprieguma dalītāja slodzes efekts ir svarīgs, jo strāva, kas iegūta no sprieguma dalītāja Vout, palielina kļūdas procentu, tagad mums nav jāuztraucas par slodzes efektu.
Kā pārbaudīt FSR sensoru
Spēka sensoru var pārbaudīt, izmantojot multimetru. Savienojiet abus FSR sensora tapas ar multimetru, nepieliekot nekādu spēku, un pārbaudiet pretestības vērtību, tā būs ļoti augsta. Pēc tam pielieciet nelielu spēku tās virsmai un redziet pretestības vērtības samazinājumu.
FSR sensora pielietojums
Spēka jutīgie rezistori galvenokārt tiek izmantoti, lai izveidotu spiedienu uztverošas "pogas". Tos izmanto dažādās jomās, piemēram, automašīnu noslogojuma sensoros, pretestības skārienpaliktņos, robotu pirkstu galos, mākslīgās ekstremitātēs, tastatūrās, pēdu pronācijas sistēmās, mūzikas instrumentos, iegultā elektronikā, testēšanas un mērīšanas iekārtās, OEM izstrādes komplektā un pārnēsājamā elektronikā, sportā. Tie tiek izmantoti arī paplašinātās realitātes sistēmās, kā arī mobilās mijiedarbības uzlabošanai.
Nepieciešamās sastāvdaļas
Aparatūra: Arduino Uno, barošanas avots (5v), 1000 uF kondensators, 100nF kondensators (3 gab.), 100KΩ rezistors, skaņas signāls, 220Ω rezistors, FSR400 spēka sensors.
PROGRAMMATŪRA: Atmel studio 6.2 vai Aurdino katru vakaru
Shēmas shēma un darba skaidrojums
Ķēdes savienojums spēka sensora pretestības saskarnei ar Arduino ir parādīts zemāk esošajā diagrammā.
Sensora spriegums nav pilnīgi lineārs; tas būs trokšņains. Lai filtrētu troksni, kondensatori tiek novietoti pāri katram rezistoram sadalītāja ķēdē, kā parādīts attēlā.
Šeit mēs ņemsim dalītāja sniegto spriegumu (spriegums, kas lineāri atspoguļo svaru) un ievadīsim to vienā no UNO ADC kanāliem. Pēc konvertēšanas mēs ņemsim šo digitālo vērtību (norādot svaru) un saistīsim to ar PWM vērtību, lai darbinātu skaņas signālu.
Tātad ar svaru mums ir PWM vērtība, kas maina tā darba attiecību atkarībā no digitālās vērtības. Jo augstāka ir digitālā vērtība, jo augstāka ir PWM darba attiecība, tāpēc lielāks skaņas signāls. Tātad mēs saistījām svaru ar skaņu.
Pirms turpināt, ļaujiet runāt par Arduino Uno ADC. ARDUINO ir seši ADC kanāli, kā parādīts attēlā. Tajos vienu vai visus no tiem var izmantot kā analogā sprieguma ieejas. UNO ADC ir 10 bitu izšķirtspēja (tātad veselu skaitļu vērtības no (0- (2 ^ 10) 1023)). Tas nozīmē, ka tā ieejas spriegumu no 0 līdz 5 voltiem kartēs veselu skaitļu vērtībās no 0 līdz 1023. Tātad katram (5/1024 = 4,9 mV) uz vienu vienību.
Šeit mēs izmantosim UNO A0.
Mums jāzina dažas lietas.
|
Pirmkārt, UNO ADC kanāliem noklusējuma atsauces vērtība ir 5 V. Tas nozīmē, ka mēs varam dot maksimālo ieejas spriegumu 5 V ADC pārveidošanai jebkurā ieejas kanālā. Tā kā daži sensori nodrošina spriegumu no 0-2,5 V, ar 5 V atsauci mēs iegūstam mazāku precizitāti, tāpēc mums ir instrukcija, kas ļauj mums mainīt šo atsauces vērtību. Tātad, lai mainītu mums esošo atsauces vērtību (“analogReference ();”) Pagaidām mēs to atstājam kā.
Pēc noklusējuma mēs iegūstam maksimālo plates ADC izšķirtspēju, kas ir 10 biti, šo izšķirtspēju var mainīt, izmantojot instrukciju (“analogReadResolution (bits);”). Šīs izšķirtspējas izmaiņas dažos gadījumos var būt noderīgas. Pagaidām mēs to atstājam kā.
Ja iepriekš minētie nosacījumi ir iestatīti uz noklusējumu, mēs varam nolasīt kanāla '0' ADC vērtību, tieši izsaucot funkciju "analogRead (pin);", šeit "pin" apzīmē tapu, kur mēs savienojām analogo signālu, šajā gadījumā tas būtu “A0”. Vērtību no ADC var uzskatīt par veselu skaitli kā “int SENSORVALUE = analogRead (A0); ”, Pēc šīs instrukcijas vērtība pēc ADC tiek saglabāta veselā skaitlī“ SENSORVALUE ”.
Arduino Uno PWM var sasniegt jebkurā no tapām, kuras PCB plāksnē simbolizē kā “~”. UNO ir seši PWM kanāli. Mēs savam mērķim izmantosim PIN3.
|
analogWrite (3, VALUE); |
No iepriekš minētā nosacījuma mēs varam tieši iegūt PWM signālu attiecīgajā tapā. Pirmais iekavās esošais parametrs ir PWM signāla tapas numura izvēle. Otrais parametrs ir paredzēts rakstīšanas darba attiecībai.
UNO PWM vērtību var mainīt no 0 līdz 255. Ar “0” kā zemāko uz “255” kā augstāko. Ar 255 kā darba attiecību mēs saņemsim 5V pie PIN3. Ja nodevas koeficients ir norādīts kā 125, mēs saņemsim 2,5 V pie PIN3.
Tagad mums ir 0-1024 vērtība kā ADC izeja un 0-255 kā PWM darba attiecība. Tātad ADC aptuveni četras reizes pārsniedz PWM koeficientu. Tātad, dalot ADC rezultātu ar 4, mēs saņemsim aptuveno nodokļa attiecību.
Līdz ar to mums būs PWM signāls, kura darba attiecība mainās lineāri atkarībā no svara. Tas tiek dots skaņas signālam, mums ir skaņas ģenerators atkarībā no svara.