Чувствительный к силе резистор Arduino — это новый элемент семейства традиционных резистивных датчиков Arduino. Резистивные датчики реагируют на любое изменение физической величины, изменяя свое сопротивление. Фиксированное напряжение подается на датчик при падении напряжения изменения сопротивления. Это падение напряжения может измерить изменение физической величины.
Как правило, в резистивном датчике медь или какой-либо другой материал (проводник) выгравированы на плате концентрическими кругами, одной линией, скрученной параллельно. Токопроводящая линия делится на две половины путем разъединения ее посередине. На одну половину проводника подается напряжение, а другая половина остается открытой.
Когда проводник подвергается физическому воздействию (физическому прикосновению и т. д.) и между двумя половинами создается проход, напряжение начинает течь от одной половины к другой. Значение напряжения зависит от ширины линии проводника или площади/толщины пути прохождения минимального напряжения проводника.
Популярными резистивными датчиками Arduino являются датчики воды (дождя) и влажности почвы. Оба работают по одному и тому же принципу. Датчик дождевой воды имеет токопроводящую линию. Принимая во внимание, что датчик влажности почвы имеет две ножки из проводящего материала.
Датчик уровня воды в резервуаре является лучшим примером резистивных датчиков. Два медных провода опущены в бак. На один провод подается напряжение, а другой разомкнут. Когда вода попадает на два провода, напряжение начинает течь от одного провода к другому. Зная глубину и объем резервуара, можно легко вывести уравнение количества воды.
Недостатки резистивных датчиков:
- Им не хватает точности.
- Они громоздки и потребляют много энергии.
- Проводник на сенсорной пластине слишком быстро подвергается коррозии.
Самый большой плюс в том, что они дешевы и их можно использовать даже дома.
Чувствительный к силе резистор
Резистор, чувствительный к силе (FSR), является новым элементом резистивных датчиков. Он может измерять силу, приложенную к нему. Датчик представляет собой улучшенную версию своих предшественников. FSR более гибкий, точный, потребляет меньше энергии и не подвергается быстрой коррозии.
Устройство датчика
Проводящий материал наклеен на гибкую мембрану. Мембрана находится между двумя полупроводниковыми подложками. Подложки отделены от мембраны. Каждый прессовый путь создается между мембраной и полупроводником. При освобождении путь обрывается. Как и сенсорный экран, токопроводящий материал заключен в герметичный пластиковый корпус. Только штифты (выводы) подвергаются воздействию внешней среды.
Токопроводящий материал на датчике не теряет электрических характеристик, а значит, можно проводить точные измерения в течение длительного времени.
Работа FSR
FSR работает так же, как и другие резистивные датчики. FSR сохраняет неизменным только параметр полного сопротивления в течение всего срока службы. Его общее сопротивление не ухудшается, как и точное изменение сопротивления во время измерения.
FSR похож на переменный резистор в цепи. Предположим, мы подключаем постоянный резистор последовательно с FSR и измеряем падение/усиление напряжения на постоянном резисторе. Мы можем легко интерпретировать значение изменения сопротивления по FSR. Изменение сопротивления на FSR происходит из-за приложенного внешнего давления.
Схема будет действовать как делитель напряжения. FSR, фиксированное сопротивление резистора, известно. Приложенное напряжение также известно. Мы можем легко рассчитать напряжение на постоянном резисторе, используя формулу делителя напряжения.
Светодиодная гистограмма с Arduino и FSR
Давайте поэкспериментируем с примером светодиодной гистограммы. Мы изменили исходный пример (схему и код), который взяли на платформе Arduino. В исходном примере вместо FSR используется потенциометр, а понятие делителя напряжения отсутствовало. Кроме того, в исходном примере светодиоды питаются от GPIO, что не очень хорошая идея, особенно когда в схеме много энергоемких светодиодов.
Мы решили запитать все светодиоды от внешнего источника питания. Вы можете использовать встроенный стабилизатор Arduino 5V для питания светодиодов. Встроенные регуляторы могут легко управлять мощностью. Имейте в виду, что все светодиоды не могут быть включены одновременно. Они истощат всю энергию и, скорее всего, перезагрузят Arduino. Мы советуем вам запитать Arduino через 12-вольтовый блок питания. Избегайте питания ПК от USB.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
void loop() { // read the sensor reading int sensorReading = analogRead(analogPin); //Print sensor reading on serial monitor Serial.println(sensorReading); // map the result to a range from 0 to the number of LEDs: int ledLevel = map(sensorReading, 0, 1023, 0, ledCount); // loop over the LED array: for (int thisLed = 0; thisLed < ledCount; thisLed++) { // if the array element's index is less than ledLevel, // turn the pin for this element on: if (thisLed < ledLevel) { digitalWrite (ledPins[thisLed], HIGH); } // turn off all pins higher than the ledLevel: else { digitalWrite (ledFins[thisLed], LOW); } } } |
Выход силочувствительного резистора подключен к аналоговым контактам Arduino, резистор 10k используется последовательно с FSR.
Важно: Arduino работает от 5 вольт, поэтому входной сигнал аналогового контакта Arduino не должен увеличиваться до 5 вольт. Тщательно выбирайте сопротивление постоянного резистора в зависимости от сопротивления FSR. Напряжение на постоянном резисторе не должно увеличиваться более 5 вольт.
В исходном случае (ниже на диаграмме) светодиоды питаются от GPIO, без делителя напряжения вместо переменного резистора.
Код
Светодиоды включаются в зависимости от давления, приложенного к FSR. Напряжение на постоянном резисторе можно увидеть через монитор порта Arduino.
Во-первых, мы объявили аналоговый вывод Arduino. Затем определяем массив, содержащий справочные номера светодиодов GPIO на Arduino. В настройке активирована последовательная связь со скоростью 9600 бит в секунду, а выводы GPIO для светодиодов объявлены выходными.
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 |
void loop() { // read the sensor reading int sensorReading = analogRead(analogPin); //Print sensor reading on serial monitor Serial.println(sensorReading); // map the result to a range from 0 to the number of LEDs: int ledLevel = map(sensorReading, 0, 1023, 0, ledCount); // loop over the LED array: for (int thisLed = 0; thisLed < ledCount; thisLed++) { // if the array element's index is less than ledLevel, // turn the pin for this element on: if (thisLed < ledLevel) { digitalWrite (ledPins[thisLed], HIGH); } // turn off all pins higher than the ledLevel: else { digitalWrite (ledPins [thisLed], LOW); } } } |
Напряжение на постоянном резисторе считывается и выводится на серийный монитор в функции петли. Затем светодиодные GPIO сопоставляются с определенными числами в диапазоне от 0 до 1023. Диапазон от 0 до 1023 — это разрешение АЦП (10 бит). В нашем случае 5 вольт на выводе Analog 0 означает, что Arduino прочитает его и предоставит нам 1023, что соответствует 5 вольтам. Если 2,5 вольта на A0, то Arduino даст нам 512. Итак, 10 светодиодов отображаются как LED1 (0-101), LED2 (102-204) и LED10 (922-1023).
В цикле for светодиоды включаются и выключаются. Предположим, что если считанное значение напряжения равно 600, то светодиоды 1,2,3,4,5,6 включатся. Светодиоды сформируют узор, если вы слегка нажмете на FSR и начнете увеличивать давление. Паттерн при выпуске будет наблюдаться в обратном направлении.
Итог
Чувствительные к силе резисторы можно использовать для измерения силы, действующей во время аварий (устанавливаются в транспортных средствах). Свойство резисторных датчиков изменения напряжения может быть использовано для создания различных проектов.
С Уважением, МониторБанк