- Senzor síly nebo rezistor citlivý na sílu
- Požadované komponenty
- Schéma zapojení a pracovní vysvětlení
V tomto projektu budeme vyvíjet zábavný obvod využívající snímač Force a Arduino Uno. Tento obvod generuje zvuk lineárně související se silou působící na snímač. Za tímto účelem propojíme senzor FORCE s Arduino Uno. V UNO použijeme funkci 8 bit ADC (Analog to Digital Conversion).
Senzor síly nebo rezistor citlivý na sílu
Senzor FORCE je převodník, který mění svůj odpor při působení tlaku na povrch. Senzor FORCE je k dispozici v různých velikostech a tvarech. Budeme používat jednu z levnějších verzí, protože zde nepotřebujeme příliš velkou přesnost. FSR400 je jedním z nejlevnějších snímačů síly na trhu. Obrázek FSR400 je uveden na následujícím obrázku. Nazývají se také Síla-citlivý rezistor nebo FSR, protože jeho odpor se mění podle síly nebo tlaku, který na něj působí. Když se na tento odpor snímající sílu aplikuje tlak, jeho odpor klesá, to znamená, že odpor je nepřímo úměrný použité síle. Takže pokud na něj není vyvíjen žádný tlak, odpor FSR bude velmi vysoký.
Nyní je důležité si uvědomit, že FSR 400 je po celé délce citlivý, síla nebo hmotnost by se měla soustředit na bludiště uprostřed oka senzoru, jak je znázorněno na obrázku. Pokud by síla působila v nesprávnou dobu, mohlo by dojít k trvalému poškození zařízení.
Další důležitá věc, kterou musíte vědět, že snímač může řídit proudy vysokého rozsahu. Při instalaci mějte na paměti hnací proudy. Senzor má také limit síly, který je 10 Newtonů. Můžeme tedy použít pouze 1 kg hmotnosti. Pokud jsou použity hmotnosti vyšší než 1 kg, může senzor vykazovat určité odchylky. Pokud se zvýší o více než 3 kg. senzor by se mohl trvale poškodit.
Jak již bylo řečeno dříve, tento snímač se používá ke snímání změn tlaku. Když je tedy váha aplikována na snímač FORCE, odpor se drasticky změní. Odpor FS400 vůči hmotnosti je uveden v následujícím grafu,
Jak je znázorněno na obrázku výše, odpor mezi dvěma kontakty senzoru klesá s hmotností nebo se zvyšuje vodivost mezi dvěma kontakty senzoru. Odpor čistého vodiče je dán vztahem:
Kde, p- Odpor vodiče
l = délka vodiče
A = Plocha vodiče.
Nyní zvažte vodič s odporem „R“, pokud na horní část vodiče působí určitý tlak, plocha na vodiči se zmenšuje a v důsledku tlaku se zvyšuje délka vodiče. Podle vzorce by se tedy měl odpor vodiče zvýšit, protože odpor R je nepřímo úměrný ploše a také přímo úměrný délce l.
Takže s tímto pro vodič pod tlakem nebo hmotností se odpor vodiče zvyšuje. Ale tato změna je ve srovnání s celkovým odporem malá. Pro podstatnou změnu je mnoho vodičů naskládáno dohromady. To se děje uvnitř senzorů síly zobrazených na obrázku výše. Při bližším pohledu je vidět mnoho čar uvnitř snímače. Každá z těchto linií představuje vodič. Citlivost snímače je v číslech vodičů.
Ale v tomto případě bude odpor s tlakem klesat, protože zde použitý materiál není čistý vodič. FSR jsou zde robustní zařízení s polymerovým tlustým filmem (PTF). Nejedná se tedy o zařízení z čistého vodivého materiálu. Jsou vyrobeny z materiálu, který vykazuje pokles odporu se zvýšením síly působící na povrch snímače. Tento materiál ukazuje vlastnosti, jak je znázorněno v grafu FSR.
Tato změna odporu nemůže udělat nic dobrého, pokud si je nebudeme moci přečíst. Řadič po ruce může číst pouze šance na napětí a nic méně, k tomu použijeme obvod děliče napětí, s nímž můžeme odvodit změnu odporu jako změnu napětí.
Dělič napětí je odporový obvod a je znázorněn na obrázku. V této odporové síti máme jeden konstantní odpor a další proměnný odpor. Jak je znázorněno na obrázku, R1 je zde konstantní odpor a R2 je snímač FORCE, který funguje jako odpor. Střed větve se převede na měření. Se změnou R2 máme změnu ve Voutu. Takže s tím máme změnu napětí s hmotností.
Nyní je důležité si uvědomit, že vstup přijímaný řadičem pro převod ADC je tak nízký jako 50µAmp. Tento zatěžovací efekt odporového děliče napětí je důležitý, protože proud odebíraný z Vout děliče napětí zvyšuje procentuální zvýšení chyb, zatím si nemusíme dělat starosti s efektem načítání.
Jak zkontrolovat snímač FSR
Rezistor pro snímání síly lze testovat pomocí multimetru. Připojte dva kolíky snímače FSR k multimetru bez použití jakékoli síly a zkontrolujte hodnotu odporu, bude velmi vysoká. Poté na jeho povrch aplikujte určitou sílu a uvidíte pokles hodnoty odporu.
Aplikace snímače FSR
Rezistory snímající sílu se používají hlavně k vytváření „tlačítek“ snímajících tlak. Používají se v různých oblastech, jako jsou senzory obsazení automobilu, odporové dotykové podložky, robotické konečky prstů, umělé končetiny, klávesnice, systémy pronace nohou, hudební nástroje, vestavěná elektronika, testovací a měřicí zařízení, vývojová sada OEM a přenosná elektronika, sport. Používají se také v systémech rozšířené reality a také ke zlepšení mobilní interakce.
Požadované komponenty
Hardware: Arduino Uno, napájecí zdroj (5v), kondenzátor 1000 uF, kondenzátor 100nF (3 kusy), rezistor 100KΩ, bzučák, rezistor 220Ω, snímač síly FSR400.
SOFTWARE: Atmel studio 6.2 nebo Aurdino každou noc
Schéma zapojení a pracovní vysvětlení
Zapojení obvodu pro propojení rezistoru snímajícího sílu s Arduinem je znázorněno na následujícím diagramu.
Napětí napříč senzorem není zcela lineární; bude to hlučný. K odfiltrování hluku jsou kondenzátory umístěny napříč každým odporem v rozdělovacím obvodu, jak je znázorněno na obrázku.
Zde vezmeme napětí poskytované děličem (napětí, které lineárně představuje váhu) a přivedeme jej do jednoho z ADC kanálů UNO. Po převodu vezmeme tuto digitální hodnotu (představující hmotnost) a spojíme ji s hodnotou PWM pro řízení bzučáku.
Takže s hmotností máme hodnotu PWM, která mění svůj poměr výkonu v závislosti na digitální hodnotě. Čím vyšší je digitální hodnota, tím vyšší je poměr výkonu PWM, takže je vyšší šum generovaný bzučákem. Vztahovali jsme tedy váhu se zvukem.
Než půjdeme dál, pojďme si promluvit o ADC Arduino Uno. ARDUINO má šest ADC kanálů, jak ukazuje obrázek. V nich lze jeden nebo všechny použít jako vstupy pro analogové napětí. UNO ADC má 10 bitové rozlišení (tedy celočíselné hodnoty od (0- (2 ^ 10) 1023)). To znamená, že bude mapovat vstupní napětí mezi 0 a 5 volty na celočíselné hodnoty mezi 0 a 1023. Takže pro každou (5/1024 = 4,9 mV) na jednotku.
Zde použijeme A0 UNO.
Potřebujeme vědět pár věcí.
|
Nejprve mají kanály UNO ADC výchozí referenční hodnotu 5V. To znamená, že můžeme poskytnout maximální vstupní napětí 5V pro převod ADC na jakémkoli vstupním kanálu. Jelikož některé senzory poskytují napětí od 0 do 2,5 V, s referencí 5 V získáme menší přesnost, takže máme instrukci, která nám umožňuje změnit tuto referenční hodnotu. Takže pro změnu referenční hodnoty máme („analogReference ();“) Prozatím to necháme jako.
Ve výchozím nastavení dostaneme maximální rozlišení ADC desky, které je 10 bitů, toto rozlišení lze změnit pomocí instrukce („analogReadResolution (bits);“). Tato změna rozlišení se může v některých případech hodit. Prozatím to necháme tak.
Nyní, pokud jsou výše uvedené podmínky nastaveny na výchozí hodnoty, můžeme načíst hodnotu z ADC kanálu „0“ přímým voláním funkce „analogRead (pin);“, zde „pin“ představuje pin, kde jsme připojili analogový signál, v tomto případě to bude „A0“. Hodnotu z ADC lze vzít do celého čísla jako „int SENSORVALUE = analogRead (A0); ”, Touto instrukcí se hodnota po ADC uloží do celého čísla„ SENSORVALUE “.
PWM Arduino Uno lze dosáhnout na kterémkoli z pinů symbolizovaných jako „~“ na desce plošných spojů. V UNO je šest kanálů PWM. K našemu účelu použijeme PIN3.
|
analogWrite (3, VALUE); |
Z výše uvedené podmínky můžeme přímo získat signál PWM na odpovídajícím kolíku. První parametr v závorkách slouží k výběru počtu pinů signálu PWM. Druhý parametr je pro poměr zápisu.
Hodnotu PWM UNO lze změnit od 0 do 255. S „0“ jako nejnižší na „255“ jako nejvyšší. S poměrem cla 255 dostaneme 5V na PIN3. Pokud je poměr cla uveden jako 125, dostaneme 2,5V na PIN3.
Nyní máme hodnotu 0-1024 jako výstup ADC a 0-255 jako poměr PWM. ADC je tedy přibližně čtyřnásobek poměru PWM. Vydělením výsledku ADC číslem 4 tedy získáme přibližný poměr cla.
S tím budeme mít signál PWM, jehož poměr výkonu se lineárně mění s hmotností. To je dáno bzučákem, máme zvukový generátor v závislosti na hmotnosti.