- Senzor sily alebo rezistor citlivý na silu
- Súčasti sú povinné
- Schéma zapojenia a pracovné vysvetlenie
V tomto projekte budeme vyvíjať zábavný okruh využívajúci snímač Force a Arduino Uno. Tento obvod generuje zvuk lineárne súvisiaci so silou pôsobiacou na snímač. Za týmto účelom prepojíme snímač FORCE s Arduino Uno. V UNO na vykonanie úlohy použijeme 8-bitovú funkciu ADC (Analog to Digital Conversion).
Senzor sily alebo rezistor citlivý na silu
Senzor FORCE je prevodník, ktorý mení svoj odpor pri pôsobení tlaku na povrch. Senzor FORCE je k dispozícii v rôznych veľkostiach a tvaroch. Budeme používať jednu z lacnejších verzií, pretože tu nepotrebujeme veľkú presnosť. FSR400 je jedným z najlacnejších snímačov sily na trhu. Obrázok FSR400 je zobrazený na obrázku nižšie. Tiež sa nazývajú rezistory citlivé na silu alebo FSR, pretože sa ich odpor mení podľa sily alebo tlaku, ktorý na ne pôsobí. Keď sa na tento odpor snímajúci silu aplikuje tlak, jeho odpor klesá, to znamená, že odpor je nepriamo úmerný použitej sile. Takže keď na ňu nebude vyvíjaný žiadny tlak, odpor FSR bude veľmi vysoký.
Teraz je dôležité poznamenať, že FSR 400 je pozdĺžne citlivý, sila alebo hmotnosť by sa mali sústrediť na bludisko v strede oka snímača, ako je to znázornené na obrázku. Ak použijete silu v nesprávnom čase, mohlo by dôjsť k trvalému poškodeniu zariadenia.
Ďalšou dôležitou vecou, ktorú treba vedieť, je, že snímač dokáže riadiť prúdy vysokého rozsahu. Pri inštalácii teda nezabudnite na budiace prúdy. Senzor má tiež limit sily, ktorý je 10 newtonov. Môžeme teda použiť iba 1 kg hmotnosti. Ak sú použité hmotnosti vyššie ako 1 kg, snímač môže vykazovať určité odchýlky. Ak sa zvýši o viac ako 3 kg. snímač by sa mohol trvale poškodiť.
Ako už bolo povedané, tento snímač sa používa na snímanie zmien tlaku. Takže keď sa na snímač FORCE aplikuje hmotnosť, odpor sa drasticky zmení. Odpor FS400 voči hmotnosti je uvedený v nasledujúcom grafe,
Ako je znázornené na obrázku vyššie, odpor medzi dvoma kontaktmi snímača klesá s hmotnosťou alebo sa zvyšuje vodivosť medzi dvoma kontaktmi snímača. Odpor čistého vodiča je daný:
Kde, p- Odpor vodiča
l = dĺžka vodiča
A = plocha vodiča.
Teraz uvažujte o vodiči s odporom „R“, ak na vrchný vodič vyviniete tlak, plocha na vodiči sa zmenší a jeho dĺžka sa vplyvom tlaku zvýši. Podľa vzorca by sa teda odpor vodiča mal zvýšiť, pretože odpor R je nepriamo úmerný ploche a tiež priamo úmerný dĺžke l.
Takže s týmto pre vodič pod tlakom alebo hmotnosťou sa odpor vodiča zvyšuje. Ale táto zmena je v porovnaní s celkovým odporom malá. Pre značnú zmenu je veľa vodičov naskladaných dohromady. Toto sa deje vo vnútri silových snímačov zobrazených na obrázku vyššie. Pri pozornom pohľade je vidieť veľa riadkov vo vnútri snímača. Každá z týchto čiar predstavuje vodič. Citlivosť snímača je v číslach vodičov.
Ale v tomto prípade bude odpor klesať s tlakom, pretože tu použitý materiál nie je čistý vodič. FSR sú robustné zariadenia s polymérovou vrstvou (PTF). Nejde teda o zariadenia z čistého vodivého materiálu. Sú vyrobené z materiálu, ktorý vykazuje pokles odporu so zvyšovaním sily pôsobiacej na povrch snímača. Tento materiál vykazuje vlastnosti, ktoré sú uvedené v grafe FSR.
Táto zmena odporu nemôže urobiť nič dobré, pokiaľ si ich nedokážeme prečítať. Ovládač, ktorý je po ruke, dokáže čítať iba šance na napätie a nič menej, preto použijeme obvod rozdeľovača napätia, pomocou ktorého môžeme odvodiť zmenu odporu ako zmenu napätia.
Delič napätia je odporový obvod a je znázornený na obrázku. V tejto odporovej sieti máme jeden konštantný odpor a druhý premenný odpor. Ako je znázornené na obrázku, R1 je tu konštantný odpor a R2 je snímač FORCE, ktorý funguje ako odpor. Stred vetvy sa prevedie na meranie. So zmenou R2 máme zmenu vo Vout. Takže s týmto máme zmenu napätia s hmotnosťou.
Teraz je dôležité poznamenať, že vstup, ktorý prijme radič na prevod ADC, je len 50µAmp. Tento zaťažovací efekt odporového deliča napätia je dôležitý, pretože prúd odoberaný z Vout deliča napätia zvyšuje zvyšovanie percentuálneho podielu chyby, zatiaľ sa nemusíme starať o zaťažovací efekt.
Ako skontrolovať snímač FSR
Rezistor na snímanie sily je možné testovať pomocou multimetra. Pripojte dva kolíky snímača FSR k multimetru bez použitia akejkoľvek sily a skontrolujte hodnotu odporu, ktorá bude veľmi vysoká. Potom pôsobte na jeho povrch určitou silou a uvidíte pokles hodnoty odporu.
Aplikácie snímača FSR
Rezistory snímajúce silu sa používajú hlavne na vytvorenie „tlačidiel“ snímajúcich tlak. Používajú sa v rôznych oblastiach, ako sú snímače obsadenosti automobilov, odporové dotykové podložky, robotické končeky prstov, umelé končatiny, klávesnice, systémy pronácie chodidiel, hudobné nástroje, zabudovaná elektronika, testovacie a meracie zariadenia, vývojová súprava OEM a prenosná elektronika, šport.. Používajú sa tiež v systémoch rozšírenej reality a na vylepšenie mobilnej interakcie.
Súčasti sú povinné
Hardvér: Arduino Uno, napájanie (5v), kondenzátor 1000 uF, kondenzátor 100nF (3 kusy), odpor 100KΩ, bzučiak, odpor 220Ω, snímač sily FSR400.
SOFTWARE: Atmel studio 6.2 alebo Aurdino každú noc
Schéma zapojenia a pracovné vysvetlenie
Pripojenie obvodu pre vzájomné prepojenie rezistora snímajúceho silu s Arduinom je znázornené na nasledujúcom diagrame.
Napätie na snímači nie je úplne lineárne; bude to hlučný. Na odfiltrovanie šumu sú kondenzátory umiestnené cez každý odpor v deliacom obvode, ako je to znázornené na obrázku.
Tu vezmeme napätie poskytované deličom (napätie, ktoré predstavuje váhu lineárne) a privedieme ho do jedného z ADC kanálov UNO. Po prepočte vezmeme túto digitálnu hodnotu (predstavujúcu hmotnosť) a spojíme ju s hodnotou PWM pre riadenie bzučiaka.
Takže s hmotnosťou máme hodnotu PWM, ktorá mení svoj pracovný pomer v závislosti na digitálnej hodnote. Čím vyššia je digitálna hodnota, tým vyšší je pracovný pomer PWM, takže vyšší šum generovaný bzučiakom. Vzťahovali sme teda váhu so zvukom.
Než pôjdeme ďalej, poďme sa rozprávať o ADC spoločnosti Arduino Uno. ARDUINO má šesť ADC kanálov, ako je znázornené na obrázku. V nich môže byť jeden alebo všetky použité ako vstupy pre analógové napätie. UNO ADC má 10 bitové rozlíšenie (teda celočíselné hodnoty od (0- (2 ^ 10) 1023)). To znamená, že bude mapovať vstupné napätie medzi 0 a 5 voltami na celočíselné hodnoty medzi 0 a 1023. Takže pre každú (5/1024 = 4,9 mV) na jednotku.
Tu použijeme A0 z UNO.
Potrebujeme vedieť pár vecí.
|
Najskôr majú kanály UNO ADC predvolenú referenčnú hodnotu 5 V. To znamená, že môžeme poskytnúť maximálne vstupné napätie 5 V pre prevod ADC na ktoromkoľvek vstupnom kanáli. Pretože niektoré snímače poskytujú napätie od 0 do 2,5 V, pri referenčnej hodnote 5 V dostaneme menšiu presnosť, takže máme inštrukciu, ktorá nám umožňuje zmeniť túto referenčnú hodnotu. Takže pre zmenu referenčnej hodnoty, ktorú máme („analogReference ();“), teraz ju necháme ako.
Ako predvolené nastavenie dostaneme maximálne rozlíšenie ADC na doske, ktoré je 10 bitov, toto rozlíšenie je možné zmeniť pomocou inštrukcie („analogReadResolution (bits);“). Táto zmena rozlíšenia sa môže v niektorých prípadoch hodiť. Zatiaľ to necháme tak.
Teraz, ak sú vyššie uvedené podmienky nastavené na predvolené, môžeme načítať hodnotu z ADC kanálu „0“ priamym volaním funkcie „analogRead (pin);“, tu „pin“ predstavuje pin, kam sme pripojili analógový signál, v tomto prípade to bude „A0“. Hodnotu z ADC možno vziať do celého čísla ako „int SENSORVALUE = analogRead (A0); ”, Touto inštrukciou sa hodnota po ADC uloží do celého čísla“ SENSORVALUE ”.
PWM Arduino Uno je možné dosiahnuť na ktoromkoľvek z pinov symbolizovaných ako „~“ na doske plošných spojov. V UNO je šesť kanálov PWM. Pre náš účel použijeme PIN3.
|
analogWrite (3, VALUE); |
Z vyššie uvedenej podmienky môžeme priamo získať signál PWM na zodpovedajúcom kolíku. Prvý parameter v zátvorkách slúži na voľbu počtu pinov signálu PWM. Druhý parameter je pre pomer písania.
Hodnotu PWM pre UNO je možné zmeniť od 0 do 255. S „0“ ako najnižšou hodnotou na „255“ ako najvyššou hodnotou. S pomerom cla 255 dostaneme 5V na PIN3. Ak je ukazovateľ cla uvedený ako 125, dostaneme na PIN3 2,5 V.
Teraz máme hodnotu 0-1024 ako výstup ADC a 0-255 ako pomer výkonu PWM. ADC je teda približne štvornásobok pomeru PWM. Takže delením výsledku ADC číslom 4 dostaneme približný pomer cla.
S tým budeme mať signál PWM, ktorého pracovný pomer sa lineárne mení s hmotnosťou. Toto je dané bzučiakom, máme zvukový generátor v závislosti od hmotnosti.