- Force Sensor o Force Sensitive Resistor
- Kinakailangan ang Mga Bahagi
- Circuit Diagram at Paggawa ng Paliwanag
Sa proyektong ito bubuo kami ng isang masaya na circuit gamit ang Force sensor at Arduino Uno. Ang circuit na ito ay bumubuo ng tunog na tuwirang nauugnay sa puwersang inilapat sa sensor. Para doon pupunta kami sa interface ng FORCE ng interface kasama ang Arduino Uno. Sa UNO, gagamit kami ng 8 bit na ADC (Analog sa Digital Conversion) na tampok upang gawin ang trabaho.
Force Sensor o Force Sensitive Resistor
Ang isang FORCE sensor ay isang transducer na nagbabago ng paglaban nito kapag inilapat ang presyon sa ibabaw. Magagamit ang sensor ng FORCE sa iba't ibang laki at hugis. Gagamitin namin ang isa sa mga mas murang bersyon dahil hindi namin kailangan ng kawastuhan dito. Ang FSR400 ay isa sa pinakamurang lakas ng sensor sa merkado. Ang larawan ng FSR400 ay ipinapakita sa ibaba ng pigura. Tinatawag din silang Force-sensitive resistor o FSR dahil nagbabago ang paglaban nito alinsunod sa puwersa o presyon na inilapat dito. Kapag inilapat ang presyon sa puwersang ito na nararamdaman ang risistor ang resistensya ay bumababa iyon, ang resistensya ay baligtad na proporsyonal sa puwersang inilapat. Kaya't kapag hindi inilapat ang presyon dito, ang paglaban ng FSR ay magiging napakataas.
Ngayon mahalagang tandaan na ang FSR 400 ay sensitibo sa haba, ang puwersa o bigat ay dapat na nakatuon sa maze sa gitna ng mata ng sensor, tulad ng ipinakita sa pigura. Kung ang puwersa ay inilapat sa mga maling oras maaaring permanenteng makapinsala ang aparato.
Ang isa pang mahalagang bagay na dapat malaman na, ang sensor ay maaaring humimok ng mga alon ng mataas na saklaw. Kaya't tandaan ang mga alon sa pagmamaneho habang nag-i-install. Gayundin ang sensor ay may isang limitasyon sa puwersa na 10 Newton. Kaya 1Kg lang ng bigat ang mailalapat namin. Kung ang mga timbang ay mas mataas kaysa sa 1Kg na inilapat ang sensor ay maaaring magpakita ng ilang mga paglihis. Kung nadagdagan ito ng higit sa 3Kg. ang sensor ay maaaring permanenteng makapinsala.
Tulad ng sinabi kanina, ang sensor na ito ay ginagamit upang maunawaan ang mga pagbabago sa presyon. Kaya't kapag ang bigat ay inilapat sa tuktok ng FORCE sensor, ang paglaban ay nabago nang husto. Ang paglaban ng FS400 sa bigat ay ipinapakita sa ibaba ng graph,
Tulad ng ipinakita sa itaas na pigura, ang paglaban sa pagitan ng dalawang contact ng sensor ay nababawasan ng bigat o pagtaas ng conductance sa pagitan ng dalawang contact ng sensor. Ang paglaban ng isang purong conductor ay ibinibigay ng:
Kung saan, p- Paglaban ng konduktor
l = Ang haba ng conductor
A = Lugar ng conductor.
Ngayon isaalang-alang ang isang konduktor na may paglaban na "R", kung ang ilang presyon ay inilapat sa tuktok ng conductor, ang lugar sa conductor ay bumababa at ang haba ng conductor ay tumataas bilang isang resulta ng presyon. Kaya't sa pamamagitan ng pormula ang paglaban ng conductor ay dapat na tumaas, dahil ang resistensya R ay baligtad na proporsyonal sa lugar at direktang proporsyonal din sa haba l.
Kaya kasama nito para sa isang konduktor sa ilalim ng presyon o bigat ang pagtaas ng paglaban ng conductor. Ngunit ang pagbabagong ito ay maliit kumpara sa pangkalahatang paglaban. Para sa isang malaking pagbabago ng maraming mga conductor ay nakasalansan nang magkasama. Ito ang nangyayari sa loob ng Force Sensors na ipinakita sa itaas na pigura. Sa pagtingin nang maigi, makikita ang maraming mga linya sa loob ng sensor. Ang bawat isa sa mga linyang ito ay kumakatawan sa isang conductor. Ang pagkasensitibo ng sensor ay nasa mga bilang ng conductor.
Ngunit sa kasong ito, ang pagtutol ay mababawasan ng presyon dahil ang materyal na ginamit dito ay hindi isang purong conductor. Ang FSR dito ay mga matatag na aparatong makapal na polymer film (PTF). Kaya't ito ay hindi purong mga aparato ng materyal na conductor. Ang mga ito ay binubuo ng isang materyal, na nagpapakita ng pagbawas ng paglaban na may pagtaas ng puwersa na inilapat sa ibabaw ng sensor. Ipinapakita ng materyal na ito ang mga katangian tulad ng ipinakita sa grap ng FSR.
Ang pagbabago sa pagtutol na ito ay hindi makakabuti kung hindi natin ito mababasa. Mababasa lamang ng taga-kontrol ang mga pagkakataon sa boltahe at walang mas kaunti, para dito gagamit kami ng voltage divider circuit, na makukuha natin ang pagbabago ng paglaban bilang pagbabago ng boltahe.
Ang boltahe divider ay isang resistive circuit at ipinakita sa pigura. Sa resistive network na ito mayroon kaming isang pare-pareho na paglaban at iba pang variable na paglaban. Tulad ng ipinakita sa pigura, ang R1 dito ay isang pare-pareho ang paglaban at ang R2 ay FORCE sensor na kumikilos bilang isang paglaban. Ang midpoint ng sangay ay kinuha sa pagsukat. Sa pagbabago ng R2, mayroon kaming pagbabago sa Vout. Kaya sa ito mayroon kaming pagbabago ng boltahe na may timbang.
Ngayon ang mahalagang bagay na dapat tandaan dito ay, ang input na kinunan ng controller para sa conversion ng ADC ay kasing baba ng 50µAmp. Ang epekto ng paglo-load ng dividerang batay sa resistensya ay mahalaga dahil ang kasalukuyang iginuhit mula sa Vout ng boltahe na divider ay nagdaragdag ng pagtaas ng porsyento ng error, sa ngayon hindi namin kailangang mag-alala tungkol sa pag-load ng epekto.
Paano suriin ang isang FSR Sensor
Ang puwersa ng pakiramdam ng risistor ay maaaring masubukan gamit ang isang multimeter. Ikonekta ang dalawang mga pin ng FSR sensor sa multimeter nang hindi naglalapat ng anumang lakas at suriin ang halaga ng paglaban, ito ay magiging napakataas. Pagkatapos ay maglapat ng ilang puwersa sa ibabaw nito at tingnan ang pagbawas sa halaga ng paglaban.
Mga aplikasyon ng FSR Sensor
Ang resistors ng sensing ng lakas ay pangunahing ginagamit upang lumikha ng mga pindutan na nakaka-pressure. Ginagamit ang mga ito sa iba`t ibang larangan tulad ng mga sensor ng pagsasakop sa kotse, resistive touch-pad, robotic fingertips, artipisyal na mga limbs, keypad, system ng pronation ng Paa, mga instrumentong pangmusika, Embedded Electronics, Equipment ng Pagsubok at Pagsukat, OEM Development Kit at portable electronics, sports. Ginagamit din ang mga ito sa mga sistema ng Augmented Reality pati na rin upang mapahusay ang pakikipag-ugnay sa mobile.
Kinakailangan ang Mga Bahagi
Hardware: Arduino Uno, Power supply (5v), 1000 uF Capacitor, 100nF capacitor (3 piraso), 100KΩ resistor, Buzzer, 220Ω resistor, FSR400 Force sensor.
SOFTWARE: Atmel studio 6.2 o Aurdino gabi-gabi
Circuit Diagram at Paggawa ng Paliwanag
Ang koneksyon ng circuit para sa interfacing Force sensing Resistor na may Arduino ay ipinapakita sa diagram sa ibaba.
Ang boltahe sa kabuuan ng sensor ay hindi ganap na guhit; magiging maingay ito. Upang ma-filter ang ingay ng isang capacitor ay inilalagay sa bawat risistor sa divider circuit tulad ng ipinakita sa pigura.
Dito kukuha kami ng boltahe na ibinigay ng divider (boltahe na kumakatawan sa timbang nang linear) at pakainin ito sa isa sa mga ADC channel ng UNO. Pagkatapos ng conversion ay kukuha kami ng digital na halagang iyon (kumakatawan sa timbang) at maiugnay ito sa halagang PWM para sa pagmamaneho ng buzzer.
Kaya't sa bigat mayroon kaming halaga na PWM na nagbabago sa ratio ng tungkulin depende sa digital na halaga. Mas mataas ang halagang digital na mas mataas ang ratio ng tungkulin ng PWM kaya mas mataas ang ingay na nabuo ng buzzer. Kaya nauugnay namin ang timbang sa tunog.
Bago pumunta sa anumang karagdagang hinahayaan pag-usapan ang tungkol sa ADC ng Arduino Uno. Ang ARDUINO ay may anim na mga channel ng ADC, tulad ng ipinakita sa pigura. Sa mga alinman sa isa o lahat sa kanila ay maaaring magamit bilang mga input para sa analog boltahe. Ang UNO ADC ay may resolusyon na 10 bit (kaya ang mga halaga ng integer mula sa (0- (2 ^ 10) 1023)). Nangangahulugan ito na mapapa-input ang mga voltages ng pag-input sa pagitan ng 0 at 5 volts sa mga halaga ng integer sa pagitan ng 0 at 1023. Kaya't para sa bawat (5/1024 = 4.9mV) bawat yunit.
Dito ay gagamitin namin ang A0 ng UNO.
Kailangan nating malaman ang ilang bagay.
|
Una sa lahat ang mga UNO ADC channel ay may default na sanggunian na halaga ng 5V. Nangangahulugan ito na maaari kaming magbigay ng isang maximum na boltahe ng pag-input ng 5V para sa pag-convert ng ADC sa anumang input channel. Dahil ang ilang mga sensor ay nagbibigay ng mga voltages mula sa 0-2.5V, na may isang sanggunian na 5V nakakakuha kami ng mas kaunting kawastuhan, kaya mayroon kaming isang tagubilin na nagbibigay-daan sa amin na baguhin ang halagang ito ng sanggunian. Kaya para sa pagbabago ng sangguniang halaga na mayroon kami ("analogReferensi ();") Sa ngayon ay iniiwan namin ito bilang.
Bilang default nakukuha namin ang maximum na resolusyon ng board ng ADC na 10bits, ang resolusyon na ito ay maaaring mabago sa pamamagitan ng paggamit ng tagubilin ("analogReadResolution (bits);"). Ang pagbabago ng resolusyon na ito ay maaaring maging madaling gamiting para sa ilang mga kaso. Sa ngayon iniiwan namin ito bilang.
Ngayon kung ang mga kundisyon sa itaas ay nakatakda sa default, mababasa natin ang halaga mula sa ADC ng channel '0' sa pamamagitan ng direktang pagtawag sa pagpapaandar na "analogRead (pin);", narito ang "pin" ay kumakatawan sa pin kung saan namin ikinonekta ang analog signal, sa kasong ito ay magiging "A0". Ang halaga mula sa ADC ay maaaring makuha sa isang integer bilang "int SENSORVALUE = analogRead (A0); ", Sa pamamagitan ng tagubiling ito ang halaga pagkatapos maimbak ang ADC sa integer na" SENSORVALUE ".
Ang PWM ng Arduino Uno ay maaaring makamit sa anumang mga pin na sinasagisag bilang "~" sa board ng PCB. Mayroong anim na mga channel ng PWM sa UNO. Gagamitin namin ang PIN3 para sa aming hangarin.
|
analogWrite (3, VALUE); |
Mula sa kundisyon sa itaas maaari naming direktang makuha ang signal ng PWM sa kaukulang pin. Ang unang parameter sa mga braket ay para sa pagpili ng pin na numero ng PWM signal. Pangalawang parameter ay para sa pagsulat ng ratio ng tungkulin.
Ang halaga ng PWM ng UNO ay maaaring mabago mula 0 hanggang 255. Sa pamamagitan ng "0" bilang pinakamababa sa "255" bilang pinakamataas. Sa 255 bilang duty ratio makakakuha kami ng 5V sa PIN3. Kung ang duty ratio ay ibinigay bilang 125 makakakuha kami ng 2.5V sa PIN3.
Ngayon ay mayroon kaming 0-1024 na halaga bilang output ng ADC at 0-255 bilang ratio ng tungkulin ng PWM. Kaya ang ADC ay humigit-kumulang na apat na beses sa PWM ratio. Kaya sa pamamagitan ng paghati sa resulta ng ADC ng 4 makukuha namin ang tinatayang ratio ng tungkulin.
Sa gayon magkakaroon kami ng isang signal ng PWM na ang ratio ng tungkulin ay nagbabago nang tuwid sa timbang. Ibinibigay ito sa buzzer, mayroon kaming tunog generator depende sa timbang.