- Osjetnik sile ili otpornik osjetljiv na silu
- Komponente potrebne
- Kružni dijagram i radno objašnjenje
U ovom ćemo projektu razviti zabavni krug pomoću Force senzora i Arduina Uno. Ovaj krug generira zvuk linearno povezan sa silom koja djeluje na senzor. Zbog toga ćemo spojiti FORCE senzor s Arduino Uno. U UNO-u ćemo za obavljanje posla koristiti značajku 8-bitnog ADC-a (analogna u digitalnu konverziju).
Osjetnik sile ili otpornik osjetljiv na silu
FORCE senzor je pretvarač koji mijenja svoj otpor kada se vrši pritisak na površinu. FORCE senzor dostupan je u različitim veličinama i oblicima. Koristit ćemo jednu od jeftinijih verzija jer nam ovdje ne treba puno točnosti. FSR400 je jedan od najjeftinijih senzora sile na tržištu. Slika FSR400 prikazana je na donjoj slici. Oni se nazivaju i otpornik osjetljiv na silu ili FSR, jer se njegov otpor mijenja u skladu sa silom ili pritiskom koji se na njega primjenjuje. Kada se na ovaj otpor osjetnik sile primijeni tlak, njegov otpor opada, odnosno otpor je obrnuto proporcionalan primijenjenoj sili. Dakle, kada se na njega ne izvrši pritisak, otpor FSR bit će vrlo velik.
Sada je važno napomenuti da je FSR 400 osjetljiv po dužini, sila ili težina trebaju se koncentrirati na labirint na sredini oka senzora, kao što je prikazano na slici. Ako se sila primijeni u pogrešno vrijeme, uređaj bi mogao trajno oštetiti.
Još jedna važna stvar koju treba znati, senzor može pokretati struje velikog dometa. Zato imajte na umu pogonske struje tijekom instalacije. Također senzor ima ograničenje sile od 10 njutna. Tako možemo primijeniti samo 1 kg težine. Ako se primijene utezi veće od 1 kg, senzor može pokazati neka odstupanja. Ako se poveća više od 3 kg. senzor može trajno oštetiti.
Kao što je ranije rečeno, ovaj senzor koristi se za osjet promjena tlaka. Dakle, kada se težina nanese na vrh FORCE senzora, otpor se drastično mijenja. Otpor FS400 prema težini prikazan je na donjem grafikonu,
Kao što je prikazano na gornjoj slici, otpor između dva kontakta senzora opada s težinom ili se povećava vodljivost između dva kontakta senzora. Otpor čistog vodiča daje:
Gdje, p- Otpor vodiča
l = duljina vodiča
A = Površina vodiča.
Sada razmotrite vodič s otporom "R", ako se na njegov vod vrši pritisak, površina na vodiču se smanjuje, a duljina vodiča se povećava kao rezultat pritiska. Prema formuli, otpor vodiča trebao bi se povećati, jer je otpor R obrnuto proporcionalan površini i također izravno proporcionalan duljini l.
Dakle, s ovim za vodič pod pritiskom ili težinom otpor vodiča se povećava. Ali ta je promjena mala u usporedbi s ukupnim otporom. Za znatnu promjenu mnogi su vodiči složeni zajedno. To se događa unutar senzora sile prikazanih na gornjoj slici. Ako se pažljivo pogleda, može se vidjeti mnogo linija unutar senzora. Svaka od ovih linija predstavlja vodiča. Osjetljivost senzora je u brojevima vodiča.
Ali u ovom slučaju otpor će se smanjivati s tlakom jer ovdje korišteni materijal nije čisti vodič. Ovdje su FSR robusni uređaji od polimernog debelog filma (PTF). Dakle, to nisu uređaji od čistog vodiča. Oni su izrađeni od materijala koji pokazuje smanjenje otpora s povećanjem sile koja se primjenjuje na površinu senzora. Ovaj materijal pokazuje karakteristike prikazane na grafikonu FSR.
Ova promjena otpora ne može učiniti ništa ako ih ne pročitamo. Priručni regulator može očitati šanse samo u naponu i ništa manje, za to ćemo koristiti krug djelitelja napona, s tim da promjenu otpora možemo izvesti s promjenom napona.
Razdjelnik napona je otporni krug i prikazan je na slici. U ovoj otpornoj mreži imamo jedan stalni otpor i drugi promjenjivi otpor. Kao što je prikazano na slici, R1 je ovdje konstantan otpor, a R2 je SILA senzor koji djeluje kao otpor. Srednja točka grane uzima se za mjerenje. S promjenom R2, imamo promjenu na Voutu. Dakle, s ovim imamo promjenu napona s težinom.
Ovdje je važno napomenuti da je ulazni signal regulatora za ADC konverziju nizak od 50µAmp. Ovaj učinak opterećenja djelitelja napona zasnovan na otporu važan je jer struja povučena iz Vout napona-djelitelja povećava postotak pogreške i povećava se za sada ne moramo brinuti o učinku opterećenja.
Kako provjeriti FSR senzor
Otpor osjetnika sile može se ispitati pomoću multimetra. Spojite dvije pinove FSR senzora na multimetar bez ikakvog pritiska i provjerite vrijednost otpora, bit će vrlo visoka. Zatim primijenite neku silu na njezinu površinu i pogledajte pad vrijednosti otpora.
Primjena FSR senzora
Otpornici koji osjećaju silu uglavnom se koriste za stvaranje "tipki" osjetljivih na pritisak. Koriste se u raznim poljima kao što su senzori zauzetosti automobila, otporne dodirne podloge, robotski vrhovi prstiju, umjetni udovi, tipkovnice, sustavi za pronaciju stopala, glazbeni instrumenti, ugrađena elektronika, oprema za ispitivanje i mjerenje, OEM razvojni komplet i prijenosna elektronika, sport. Također se koriste u sustavima proširene stvarnosti, kao i za poboljšanje mobilne interakcije.
Komponente potrebne
Hardver: Arduino Uno, napajanje (5v), kondenzator 1000 uF, kondenzator 100nF (3 komada), otpornik 100KΩ, zujalica, otpor 220Ω, senzor sile FSR400.
SOFTVER: Atmel studio 6.2 ili Aurdino svake večeri
Kružni dijagram i radno objašnjenje
Priključak kruga za povezivanje otpornika osjetnika sile s Arduinom prikazan je na donjem dijagramu.
Napon na senzoru nije potpuno linearan; bit će bučna. Kako bi se filtrirao šum, kondenzatori se postavljaju preko svakog otpora u djeliteljskom krugu, kao što je prikazano na slici.
Ovdje ćemo uzeti napon koji daje razdjelnik (napon koji linearno predstavlja težinu) i napojiti ga u jedan od ADC kanala UNO-a. Nakon pretvorbe uzet ćemo tu digitalnu vrijednost (koja predstavlja težinu) i povezati je s vrijednosti PWM za upravljanje zujalicom.
Tako s težinom imamo PWM vrijednost koja mijenja svoj omjer radne snage ovisno o digitalnoj vrijednosti. Što je veća digitalna vrijednost, veći je omjer radne snage PWM, pa je veća buka koju stvara zujalica. Tako smo težinu povezali sa zvukom.
Prije nego što nastavimo, razgovarajmo o ADC-u Arduino Uno. ARDUINO ima šest ADC kanala, kao što je prikazano na slici. U njima se bilo koji ili jedan od njih mogu koristiti kao ulazi za analogni napon. UNO ADC ima 10-bitnu razlučivost (dakle, cjelobrojne vrijednosti iz (0- (2 ^ 10) 1023)). To znači da će preslikati ulazne napone između 0 i 5 volti u cjelobrojne vrijednosti između 0 i 1023. Dakle, za svaki (5/1024 = 4,9 mV) po jedinici.
Ovdje ćemo koristiti A0 UNO-a.
Moramo znati nekoliko stvari.
|
Prije svega UNO ADC kanali imaju zadanu referentnu vrijednost od 5V. To znači da možemo dati maksimalni ulazni napon od 5V za ADC pretvorbu na bilo kojem ulaznom kanalu. Budući da neki senzori pružaju napone od 0-2,5V, s referencom od 5V dobivamo manju točnost, pa imamo uputu koja nam omogućuje promjenu ove referentne vrijednosti. Dakle, za promjenu referentne vrijednosti imamo (“analogReference ();”) Za sada je ostavljamo kao.
Prema zadanim postavkama dobivamo maksimalnu razlučivost ADC ploče, koja iznosi 10 bita, ova se razlučivost može mijenjati pomoću uputa („analogReadResolution (bitovi);“). Ova promjena rezolucije može dobro doći u nekim slučajevima. Za sada to ostavljamo kao.
Ako su gornji uvjeti postavljeni na zadane, možemo očitati vrijednost iz ADC-a kanala '0' izravnim pozivom funkcije "analogRead (pin);", ovdje "pin" predstavlja pin na koji smo spojili analogni signal, u ovom slučaju to je bio bi "A0". Vrijednost iz ADC-a može se pretvoriti u cijeli broj kao „int SENSORVALUE = analogRead (A0); ", Ovom se uputom vrijednost nakon ADC-a pohranjuje u cijeli broj" SENSORVALUE ".
PWM Arduino Uno može se postići na bilo kojem od pinova simboliziranih kao „~“ na ploči PCB-a. U UNO postoji šest PWM kanala. U našu svrhu upotrijebit ćemo PIN3.
|
analogWrite (3, VRIJEDNOST); |
Iz gornjeg stanja možemo izravno dobiti PWM signal na odgovarajućem pinu. Prvi parametar u zagradama je za odabir broja pina PWM signala. Drugi parametar je za upisivanje omjera davanja.
Vrijednost PWM-a UNO može se mijenjati od 0 do 255. S "0" najniža na "255" najviša. Sa 255 kao omjer radne snage dobit ćemo 5V na PIN3. Ako je omjer radne snage naveden kao 125, dobit ćemo 2,5 V na PIN3.
Sada imamo vrijednost 0-1024 kao izlaz ADC i 0-255 kao omjer radne snage PWM. Dakle, ADC je približno četiri puta veći od omjera PWM. Dakle, dijeljenjem rezultata ADC-a s 4 dobit ćemo približni omjer dažbine.
Uz to ćemo dobiti PWM signal čiji se omjer radne snage linearno mijenja s težinom. To se daje zujalici, imamo generator zvuka, ovisno o težini.