La resistencia sensible a la fuerza Arduino es un nuevo miembro de la familia tradicional de sensores resistivos Arduino. Los sensores resistivos responden a cualquier cambio en una cantidad física variando su resistencia. Se aplica un voltaje fijo al sensor cuando el voltaje de cambio de resistencia cae. Esta caída de voltaje se puede muestrear y se puede medir el cambio en la cantidad física.
Generalmente, en un sensor resistivo, el cobre o algún otro material (conductor) se graba en la placa en círculos concéntricos, en una sola línea torcida paralela o en orientación rectangular. La línea conductora se divide en dos mitades, dividiéndola por la mitad. Se aplica voltaje a la mitad del conductor y la otra mitad permanece abierta.
Cuando el conductor se expone a una cantidad física (tocado físicamente, etc.) y se crea un pasaje entre las dos mitades, el voltaje comienza a fluir de una mitad a la otra. El valor de tensión depende del ancho de línea del conductor o del área/espesor de la ruta de subtensión del conductor.
Los sensores resistivos Arduino populares son sensores de agua de lluvia y humedad del suelo. Ambos funcionan según el mismo principio. El sensor de agua de lluvia tiene un cable conductor. El sensor de humedad del suelo tiene dos patas de material conductor.
El sensor de nivel del tanque de agua es el mejor ejemplo de sensores resistivos. Se bajan dos cables de cobre a un tanque. A través de un cable se aplica voltaje y el otro está abierto. Cuando el agua llega al recorrido de los dos cables, el voltaje comienza a fluir de un cable al otro. Se puede derivar fácilmente conocer la profundidad y el volumen de la ecuación de cantidad de agua del tanque.
¿Desventajas de los sensores resistivos?
- Les falta precisión (incluso entre sensores).
- Son voluminosos y consumen mucha energía.
- El conductor de la placa del sensor se corroe muy rápidamente.
La mayor ventaja es que son baratos e incluso se pueden hacer en casa.
Resistencia sensible a la fuerza
Una resistencia sensible a la fuerza (FSR) es un nuevo miembro de los sensores resistivos. Puede medir la fuerza que se le aplica. El sensor es una versión mejorada de sus predecesores. FSR es más flexible, preciso, consume menos energía y no se corroe rápidamente.
¿Como?
El material conductor está pegado a una membrana flexible. La membrana está intercalada entre dos sustratos semiconductores. Los sustratos están separados de la membrana. Cada ruta de impresión se crea entre la membrana y el semiconductor. En el lanzamiento, el camino se rompe. Al igual que la pantalla táctil, el material conductor está encerrado en una carcasa de plástico hermética. Sólo los pines están expuestos al ambiente externo.
El material conductor del sensor no pierde características eléctricas y, por lo tanto, se pueden realizar mediciones precisas durante un largo período de tiempo.
¿Cómo funciona la FSR?
El FSR funciona de la misma forma que otros sensores resistivos. El FSR simplemente mantiene el mismo parámetro de resistencia total durante toda su vida. Su resistencia total no se degrada; Además, el cambio de resistencia durante la medición es preciso.
FSR es como una resistencia variable en el circuito. Supongamos que conectamos una resistencia fija en serie con el FSR y medimos la caída/ganancia de voltaje a través de la resistencia fija. Podemos interpretar fácilmente el valor del cambio de resistencia en FSR. El cambio de resistencia en FSR se debe a la presión externa aplicada.
El circuito actuará como divisor de voltaje. Se conoce FSR, una resistencia de resistencia fija. También se conoce el voltaje aplicado. Podemos calcular fácilmente el voltaje a través de la resistencia fija usando la fórmula del divisor de voltaje.
Gráfico de barras LED con Arduino y FSR (resistencia sensible a la fuerza)
Juguemos con el ejemplo del gráfico de barras LED. Modifiqué el ejemplo original (circuito y código) disponible en la plataforma Arduino. En el ejemplo original, en lugar del FSR, se utiliza un potenciómetro y no existe el concepto de divisor de voltaje. Además, los LED funcionan con GPIO en el ejemplo original, lo cual no es una buena idea, especialmente cuando tienes muchos LED que consumen mucha energía en el circuito.
Decidí alimentar todos los LED desde una fuente de alimentación externa. Puede utilizar la salida de 5 V del regulador integrado de Arduino para alimentar los LED. Los reguladores incorporados pueden administrar la energía fácilmente. Tenga en cuenta que no todos los LED se pueden encender al mismo tiempo. Drenarán toda la energía y probablemente reiniciarán el Arduino. Le aconsejo que alimente su Arduino a través de una polea de alimentación de 12 voltios. Evite la alimentación USB desde la PC.
La salida de la resistencia sensible a la fuerza está conectada a los pines analógicos 0 del Arduino, la resistencia de 10k se usa en serie con el FSR.
Importante: Arduino funciona con 5 voltios, por lo que la entrada a un pin 0 analógico de Arduino no debe aumentar 5 voltios. Seleccione cuidadosamente una resistencia fija dependiendo de la resistencia FSR. El voltaje a través de la resistencia fija no debe aumentar en 5 voltios.
En el caso original (diagrama a continuación), los LED se alimentan mediante GPIO, sin divisor de voltaje, en lugar de una resistencia variable.
Código de proyecto
Los LED se encenderán dependiendo de la presión aplicada al FSR. El voltaje a través de la resistencia fija se puede ver en el monitor serie Arduino.
Primero, declaré el pin analógico de Arduino. A continuación, se define una matriz que contiene los números de referencia de los LED GPIO en el Arduino. En la configuración, la comunicación serie está habilitada a 9600 bits por segundo y los pines GPIO para LED se declaran como salida.
El voltaje a través de la resistencia fija se lee e imprime continuamente en el monitor en serie en la función de bucle. Luego, los GPIO LED se asignan a números específicos en el rango entre 0 y 1023. El rango de 0 a 1023 es la resolución del ADC (10 bits). En nuestro caso, 5 voltios en el pin analógico 0 significa que Arduino lo leerá y nos dará 1023 que representan 5 voltios. Si hay 2,5 voltios en A0, entonces Arduino nos dará 512. Entonces, 10 LED se asignan como LED1 (0-101), Led2 (102-204) y LED10 (922-1023).
En el bucle for, los LED se encienden y apagan. Supongamos que si el valor de voltaje leído es 600, se iluminará el LED1,2,3,4,5,6. Los LED formarán un patrón si presiona ligeramente el FSR y comienza a aumentar la presión. El patrón de lanzamiento se observará en dirección inversa.
Formularios
Se pueden utilizar resistencias sensibles a la fuerza para medir la fuerza experimentada durante los accidentes (instaladas en vehículos). La propiedad de variación de voltaje de los sensores de resistencia se puede utilizar para crear un bloque de bricolaje a través del cual se puede controlar el cursor del mouse (aplicación Matlab Simulink para control del cursor).
Hagamos el proyecto con bricolaje: ¿Dónde comprar piezas?
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