- Capteur de force ou résistance sensible à la force
- Composants requis
- Schéma de circuit et explication de fonctionnement
Dans ce projet, nous développerons un circuit amusant utilisant le capteur Force et Arduino Uno. Ce circuit génère un son lié linéairement à la force appliquée sur le capteur. Pour cela, nous allons interfacer le capteur FORCE avec Arduino Uno. Dans UNO, nous allons utiliser la fonction ADC (conversion analogique-numérique) 8 bits pour faire le travail.
Capteur de force ou résistance sensible à la force
Un capteur FORCE est un transducteur qui change sa résistance lorsque la pression est appliquée sur la surface. Le capteur FORCE est disponible en différentes tailles et formes. Nous allons utiliser l'une des versions les moins chères car nous n'avons pas besoin de beaucoup de précision ici. Le FSR400 est l'un des capteurs de force les moins chers du marché. L'image du FSR400 est illustrée ci-dessous. Ils sont également appelés résistance sensible à la force ou FSR car sa résistance change en fonction de la force ou de la pression qui lui est appliquée. Lorsque la pression est appliquée à cette résistance de détection de force, sa résistance diminue, c'est-à-dire que la résistance est inversement proportionnelle à la force appliquée. Ainsi, lorsqu'aucune pression n'est appliquée, la résistance du FSR sera très élevée.
Maintenant, il est important de noter que le FSR 400 est sensible sur la longueur, la force ou le poids doit être concentré sur le labyrinthe au milieu de l'œil du capteur, comme indiqué sur la figure. Si la force est appliquée à de mauvais moments, l'appareil peut être endommagé de façon permanente.
Autre chose importante à savoir, le capteur peut entraîner des courants de gamme élevée. Gardez donc à l'esprit les courants de conduite lors de l'installation. De plus, le capteur a une limite de force qui est de 10 Newtons. On ne peut donc appliquer que 1Kg de poids. Si des poids supérieurs à 1 kg sont appliqués, le capteur peut présenter des écarts. S'il a augmenté de plus de 3 kg. le capteur pourrait être endommagé de façon permanente.
Comme indiqué précédemment, ce capteur est utilisé pour détecter les changements de pression. Ainsi, lorsque le poids est appliqué sur le capteur FORCE, la résistance est considérablement modifiée. La résistance du FS400 au poids est indiquée dans le graphique ci-dessous,
Comme le montre la figure ci-dessus, la résistance entre les deux contacts du capteur diminue avec le poids ou la conductance entre deux contacts du capteur augmente. La résistance d'un conducteur pur est donnée par:
Où, p- Résistivité du conducteur
l = longueur du conducteur
A = Zone du conducteur.
Considérons maintenant un conducteur avec la résistance «R», si une certaine pression est appliquée sur le dessus du conducteur, la zone sur le conducteur diminue et la longueur du conducteur augmente en raison de la pression. Donc, par formule, la résistance du conducteur devrait augmenter, car la résistance R est inversement proportionnelle à la surface et également directement proportionnelle à la longueur l.
Donc, avec cela pour un conducteur sous pression ou poids, la résistance du conducteur augmente. Mais ce changement est faible par rapport à la résistance globale. Pour un changement considérable, de nombreux conducteurs sont empilés ensemble. C'est ce qui se passe à l'intérieur des capteurs de force illustrés dans la figure ci-dessus. En regardant de près, on peut voir de nombreuses lignes à l'intérieur du capteur. Chacune de ces lignes représente un conducteur. La sensibilité du capteur est exprimée en nombre de conducteurs.
Mais dans ce cas, la résistance diminuera avec la pression car le matériau utilisé ici n'est pas un pur conducteur. Les FSR sont ici des dispositifs robustes à film épais en polymère (PTF). Ce ne sont donc pas des dispositifs en matériau purement conducteur. Ceux-ci sont constitués d'un matériau, qui présente une diminution de la résistance avec l'augmentation de la force appliquée à la surface du capteur. Ce matériau présente les caractéristiques comme indiqué dans le graphique de FSR.
Ce changement de résistance ne peut faire de bien que si nous pouvons les lire. Le contrôleur à portée de main ne peut lire que les chances de tension et rien de moins, pour cela, nous allons utiliser un circuit diviseur de tension, avec lequel nous pouvons dériver le changement de résistance en tant que changement de tension.
Le diviseur de tension est un circuit résistif et est illustré sur la figure. Dans ce réseau résistif, nous avons une résistance constante et une autre résistance variable. Comme le montre la figure, R1 est ici une résistance constante et R2 est un capteur FORCE qui agit comme une résistance. Le point médian de la branche est pris à la mesure. Avec le changement R2, nous avons du changement chez Vout. Donc, avec cela, nous avons un changement de tension avec le poids.
Maintenant, la chose importante à noter ici est que l'entrée prise par le contrôleur pour la conversion ADC est aussi faible que 50µAmp. Cet effet de charge du diviseur de tension basé sur la résistance est important car le courant tiré de Vout du diviseur de tension augmente le pourcentage d'erreur augmente, pour l'instant nous n'avons pas à nous soucier de l'effet de chargement.
Comment vérifier un capteur FSR
La résistance de détection de force peut être testée à l'aide d'un multimètre. Connectez les deux broches du capteur FSR au multimètre sans appliquer de force et vérifiez la valeur de résistance, elle sera très élevée. Ensuite, appliquez une certaine force sur sa surface et voyez la diminution de la valeur de résistance.
Applications du capteur FSR
Les résistances de détection de force sont principalement utilisées pour créer des «boutons» de détection de pression. Ils sont utilisés dans une variété de domaines tels que les capteurs de présence de voiture, les pavés tactiles résistifs, les bouts des doigts robotiques, les membres artificiels, les claviers, les systèmes de pronation des pieds, les instruments de musique, l'électronique embarquée, les équipements de test et de mesure, le kit de développement OEM et l'électronique portable, le sport. Ils sont également utilisés dans les systèmes de réalité augmentée ainsi que pour améliorer l'interaction mobile.
Composants requis
Matériel: Arduino Uno, alimentation (5v), condensateur 1000 uF, condensateur 100nF (3 pièces), résistance 100KΩ, buzzer, résistance 220Ω, capteur de force FSR400.
LOGICIEL: Atmel studio 6.2 ou Aurdino tous les soirs
Schéma de circuit et explication de fonctionnement
La connexion du circuit pour l' interfaçage de la résistance de détection de force avec Arduino est illustrée dans le diagramme ci-dessous.
La tension aux bornes du capteur n'est pas complètement linéaire; ce sera bruyant. Pour filtrer le bruit, des condensateurs sont placés à travers chaque résistance du circuit diviseur, comme indiqué sur la figure.
Ici, nous allons prendre la tension fournie par le diviseur (tension qui représente le poids linéairement) et l'introduire dans l'un des canaux ADC de UNO. Après la conversion, nous allons prendre cette valeur numérique (représentant le poids) et la relier à la valeur PWM pour piloter le buzzer.
Donc, avec le poids, nous avons une valeur PWM qui change son rapport cyclique en fonction de la valeur numérique. Plus la valeur numérique est élevée, plus le rapport cyclique de PWM est élevé, donc plus le bruit généré par le buzzer. Nous avons donc lié le poids au son.
Avant d'aller plus loin, parlons de l'ADC d'Arduino Uno. ARDUINO dispose de six canaux ADC, comme le montre la figure. Dans ceux-ci, l'un d'entre eux ou tous peuvent être utilisés comme entrées pour la tension analogique. L'UNO ADC a une résolution de 10 bits (donc les valeurs entières de (0- (2 ^ 10) 1023)). Cela signifie qu'il mappera les tensions d'entrée entre 0 et 5 volts en valeurs entières entre 0 et 1023. Donc, pour chaque (5/1024 = 4,9 mV) par unité.
Ici, nous allons utiliser A0 de UNO.
Nous devons savoir peu de choses.
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Tout d'abord, les canaux UNO ADC ont une valeur de référence par défaut de 5V. Cela signifie que nous pouvons donner une tension d'entrée maximale de 5 V pour la conversion ADC sur n'importe quel canal d'entrée. Étant donné que certains capteurs fournissent des tensions de 0 à 2,5 V, avec une référence de 5 V, nous obtenons une précision moindre, nous avons donc une instruction qui nous permet de modifier cette valeur de référence. Donc, pour changer la valeur de référence, nous avons (“analogReference ();”) Pour l'instant, nous la laissons comme.
Par défaut, nous obtenons la résolution ADC maximale de la carte qui est de 10 bits, cette résolution peut être modifiée en utilisant l'instruction («analogReadResolution (bits);»). Ce changement de résolution peut être utile dans certains cas. Pour l'instant, nous laissons cela comme.
Maintenant, si les conditions ci-dessus sont définies par défaut, nous pouvons lire la valeur du CAN du canal '0' en appelant directement la fonction "analogRead (pin);", ici "pin" représente la broche où nous avons connecté le signal analogique, dans ce cas, il serait «A0». La valeur de ADC peut être prise dans un entier comme «int SENSORVALUE = analogRead (A0); ”, Par cette instruction, la valeur après ADC est stockée dans l'entier“ SENSORVALUE ”.
Le PWM d'Arduino Uno peut être obtenu à n'importe laquelle des broches symbolisées par «~» sur la carte PCB. Il existe six canaux PWM dans UNO. Nous allons utiliser PIN3 à nos fins.
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analogWrite (3, VALUE); |
À partir de la condition ci-dessus, nous pouvons directement obtenir le signal PWM à la broche correspondante. Le premier paramètre entre parenthèses sert à choisir le numéro de broche du signal PWM. Le deuxième paramètre est pour l'écriture du rapport cyclique.
La valeur PWM de UNO peut être modifiée de 0 à 255. Avec «0» comme plus bas à «255» comme plus haut. Avec 255 comme rapport de service, nous obtiendrons 5V à PIN3. Si le rapport cyclique est donné à 125, nous obtiendrons 2,5 V à PIN3.
Nous avons maintenant une valeur de 0 à 1024 comme sortie ADC et de 0 à 255 comme rapport de service PWM. Donc ADC est environ quatre fois le rapport PWM. Donc, en divisant le résultat ADC par 4, nous obtiendrons le rapport cyclique approximatif.
Avec cela, nous aurons un signal PWM dont le rapport cyclique change linéairement avec le poids. Ceci étant donné au buzzer, nous avons un générateur de son en fonction du poids.