цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 

Arduino и датчик силы

Автор: Mike(admin) от 5-01-2019, 08:55

В этом проекте мы будем разрабатывать интересную схему, используя датчик силы и Arduino Uno. Эта схема генерирует звук, линейно связанный с усилием, прикладываемым к датчику. Для этого мы собираемся связать датчик силы с платой Arduino Uno. В Arduino мы собираемся использовать функцию 8-битного АЦП (аналого-цифрового преобразования), чтобы реализовать это несложное устройство. Данный проект довольно простой и подойдет для новиков.


Arduino и датчик силы

Датчик силы – это датчик, который изменяет свое сопротивление, когда на его поверхность оказывается давление. Датчик силы доступен в разных размерах и формах. Мы собираемся использовать одну из более дешевых версий, потому что здесь нам не нужно много точности. FSR400 является одним из самых дешевых датчиков силы на рынке. Изображение FSR400 показано на рисунке ниже.


датчик силы

Теперь важно отметить, что FSR 400 чувствителен по длине, сила или вес должны быть сосредоточены на лабиринте в середине «головы» датчика, как показано на рисунке. Этот датчик имеет предел силы, который составляет 10 ньютонов. Таким образом, мы можем приложить только 1 кг веса. Если вес превышает 1 кг, датчик может показывать некоторые отклонения. Если вес увеличится более чем на 3 кг, датчик может быть поврежден.


Как было сказано ранее, этот датчик используется для определения изменений давления. Поэтому, когда вес прикладывается сверху датчика силы, сопротивление резко изменяется. Сопротивление FS400 относительно веса показано на графике ниже.


датчик силы

Как показано на рисунке выше, сопротивление между двумя контактами датчика уменьшается с весом или увеличивается проводимость между двумя контактами датчика. Сопротивление чистого проводника определяется как R = (p*l)/A. Здесь p – удельное сопротивление проводника, l – длина проводника, A – площадь проводника.


Теперь рассмотрим проводник с сопротивлением «R», если на проводник приложено некоторое давление, площадь проводника уменьшается и длина проводника увеличивается в результате давления. Таким образом, по формуле сопротивление проводника должно увеличиваться, так как сопротивление R обратно пропорционально площади, а также прямо пропорционально длине l. Таким образом, для проводника под давлением или весом сопротивление проводника увеличивается. Но это изменение мало по сравнению с общим сопротивлением. Для значительного изменения многие проводники сложены вместе. Это то, что происходит внутри датчиков силы, показанных на рисунке выше. При ближайшем рассмотрении можно увидеть много линий внутри датчика. Каждая из этих линий представляет проводник. Чувствительность датчика зависит от количества проводников.


Но в этом случае сопротивление будет уменьшаться с давлением, потому что материал, используемый здесь, не является чистым проводником. Датчики силы (FSR) – это надежные устройства с толстой полимерной пленкой (PTF). Так что это не чисто устройства из материала проводника. Они состоят из материала, который демонстрирует уменьшение сопротивления с увеличением силы, приложенной к поверхности датчика. Этот материал показывает характеристики, как показано на графике FSR.


Это изменение сопротивления не принесет пользы, если мы не сможем его прочитать. Контроллер может считывать только изменения по напряжению, для этого мы будем использовать схему делителя напряжения, с помощью которой мы можем получить изменение сопротивления при изменении напряжения. Делитель напряжения представляет собой резистивную цепь и показан на рисунке ниже. В этой резистивной цепи мы имеем одно постоянное сопротивление и другое переменное сопротивление. Как показано на рисунке, R1 здесь является постоянным сопротивлением, а R2 является датчиком силы, который действует как сопротивление. Середина ветви заводится к измерительной цепи. С изменением R2 будут наблюдаться изменения в напряжении. Таким образом, благодаря изменению напряжения мы можем измерять изменения веса.


Делитель напряжения

Теперь важно отметить, что ток входного сигнала, принимаемый контроллером для преобразования АЦП, составляет всего 50 мкА. Этот эффект нагрузки от делителя напряжения на основе сопротивления важен, так как ток, потребляемый от Vout делителя напряжения, увеличивает процент ошибок, поэтому нам не нужно беспокоиться об эффекте нагрузки.


Ниже показана схема подключения компонентов для создания генератора звуков с изменением силы, прикладываемой к датчику.


Arduino и датчик силы

Напряжение на датчике не является полностью линейным, оно будет зашумлено. Чтобы отфильтровать шум, размещены конденсаторы на каждом резисторе в цепи делителя, как показано на схеме. Здесь мы собираемся взять напряжение, предоставляемое делителем (напряжение, которое зависит от веса линейно) и подать его в один из каналов АЦП (A0) платы Arduino. После преобразования мы возьмем это цифровое значение (представляющее вес) и свяжем его со значением ШИМ для управления зуммером.


Таким образом, с весом у нас будет значение ШИМ, которое изменяет коэффициент заполнения в зависимости от цифрового значения. Чем выше цифровое значение, тем выше коэффициент заполнения ШИМ, тем выше уровень звука, создаваемого зуммером. Таким образом, мы и свяжем вес со звуком.


Код программы очень простой и не вызовет каких-либо затруднений в понимании.



int sensorvalue =0; // Целоечисленная переменная для хранения результата АЦП

void setup() // настройка

{

	pinMode(A0,INPUT); // Вход АЦП

	pinMode(3,OUTPUT); // Выход ШИМ

}

void loop() // бесконечный цикл

{

	sensorvalue = analogRead(A0); // Прочитать аналоговое значение и сохранить его целоечисленной переменной

	analogWrite(3,sensorvalue/4); // Коэффициент заполнения ШИМ

}



© digitrode.ru


Теги: Arduino



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий