इस ट्यूटोरियल में हम Force सेंसर, Arduino Uno और सर्वो मोटर का उपयोग करते हुए एक सर्किट विकसित करेंगे। यह एक इमदादी नियंत्रण प्रणाली होगी जहां इमदादी शाफ्ट स्थिति बल सेंसर पर मौजूद वजन से निर्धारित होती है। आगे जाने से पहले आइये सर्वो और अन्य घटकों के बारे में बात करते हैं।
सर्वो मोटर्स का उपयोग किया जाता है जहां सटीक शाफ्ट आंदोलन या स्थिति की आवश्यकता होती है। ये उच्च गति अनुप्रयोगों के लिए प्रस्तावित नहीं हैं। ये कम गति, मध्यम टोक़ और सटीक स्थिति आवेदन के लिए प्रस्तावित हैं। इन मोटर्स का उपयोग रोबोट आर्म मशीन, उड़ान नियंत्रण और नियंत्रण प्रणाली में किया जाता है। इमदादी मोटर्स का उपयोग कुछ प्रिंटर और फैक्स मशीनों में भी किया जाता है।
सर्वो मोटर्स विभिन्न आकारों और आकारों में उपलब्ध हैं। एक सर्वो मोटर में मुख्य रूप से तार होते हैं, एक सकारात्मक वोल्टेज के लिए होता है दूसरा जमीन के लिए होता है और अंतिम स्थिति के लिए होता है। RED तार बिजली से जुड़ा होता है, काला तार जमीन से जुड़ा होता है और YELLOW तार सिग्नल से जुड़ा होता है।
एक इमदादी मोटर डीसी मोटर, स्थिति नियंत्रण प्रणाली, गियर का एक संयोजन है। DC मोटर के शाफ्ट की स्थिति को सर्वो में नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा समायोजित किया जाता है, जो PWM के कर्तव्य अनुपात के आधार पर संकेत पिन को दर्शाता है। बस बोल नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स डीसी मोटर को नियंत्रित करके शाफ्ट की स्थिति को समायोजित करता है। शाफ्ट की स्थिति के बारे में यह डेटा SIGNAL पिन के माध्यम से भेजा जाता है। नियंत्रण के लिए स्थिति डेटा को इमदादी मोटर के सिग्नल पिन के माध्यम से पीडब्लूएम सिग्नल के रूप में भेजा जाना चाहिए।
पीडब्लूएम (पल्स चौड़ाई संशोधित) सिग्नल की आवृत्ति सर्वो मोटर के प्रकार के आधार पर भिन्न हो सकती है। यहाँ महत्वपूर्ण बात PWM सिग्नल की DUTY RATIO है। इस DUTY RATION के आधार पर नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स शाफ्ट को समायोजित करता है।
जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है, शाफ्ट को 9o घड़ी में ले जाने के लिए TURN ON RATION 1 / 18.ie होना चाहिए। १ time मी सिग्नल में time ओन टाइम’का 1 गेलिक सेकंड और 'ऑफ टाइम’ का 17 गेलियन सेकेंड।
शाफ्ट को 12o घड़ी में ले जाने के लिए सिग्नल के समय को 1.5ms और ऑफ का समय 16.5ms होना चाहिए।
यह अनुपात सर्वो में नियंत्रण प्रणाली द्वारा डिकोड किया गया है और यह इसके आधार पर स्थिति को समायोजित करता है।
यहाँ यह PWM ARDUINO UNO का उपयोग करके बनाया गया है।
इसलिए अब हम जानते हैं कि, हम UNO द्वारा उत्पन्न PWM सिग्नल के कर्तव्य अनुपात को अलग करके सर्वो मोटर शाफ्ट को नियंत्रित कर सकते हैं।
अब बात करते हैं फोर्स सेंसर या वेट सेंसर की।
ARDUINO UNO के साथ एक फोर्स सेंसर को इंटरफ़ेस करने के लिए, हम arduno uno में 8 बिट ADC (डिजिटल रूपांतरण के अनुरूप) सुविधा का उपयोग करने जा रहे हैं।
एक बल सेंसर एक ट्रांसड्यूसर है जो सतह पर दबाव लागू होने पर इसके प्रतिरोध को बदलता है। बल सेंसर विभिन्न आकारों और आकारों में उपलब्ध है।
हम सस्ते संस्करणों में से एक का उपयोग करने जा रहे हैं क्योंकि हमें यहां बहुत सटीकता की आवश्यकता नहीं है। FSR400 बाजार में सबसे सस्ते बल सेंसर में से एक है। FSR400 की तस्वीर नीचे दिए गए चित्र में दिखाई गई है।
अब यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एफएसआर 400 लंबाई के साथ संवेदनशील है, बल या वजन सेंसर की आंख के मध्य पर भूलभुलैया पर केंद्रित होना चाहिए, जैसा कि आंकड़ा में दिखाया गया है।
यदि बल गलत समय पर लगाया जाता है तो उपकरण स्थायी रूप से क्षतिग्रस्त हो सकता है।
एक और महत्वपूर्ण बात यह जानना है कि, सेंसर उच्च श्रेणी की धाराओं को चला सकता है। इसलिए इंस्टॉल करते समय ड्राइविंग धाराओं का ध्यान रखें। इसके अलावा सेंसर पर बल की एक सीमा होती है जो 10Newtons है। तो हम केवल 1Kg वजन ही लगा सकते हैं। यदि 1 kg से अधिक वजन का हो तो सेंसर कुछ विचलन दिखा सकता है। यदि यह 3Kg से अधिक बढ़ गया है। सेंसर स्थायी रूप से क्षतिग्रस्त हो सकता है।
जैसा कि पहले बताया गया है कि इस सेंसर का उपयोग दबाव में बदलाव को महसूस करने के लिए किया जाता है। इसलिए जब बल FORCE सेंसर के शीर्ष पर लगाया जाता है, तो प्रतिरोध को काफी बदल दिया जाता है। वजन पर FS400 का प्रतिरोध नीचे ग्राफ में दिखाया गया है:
जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है, सेंसर के दो संपर्कों के बीच प्रतिरोध वजन के साथ घटता है या सेंसर के दो संपर्कों के बीच चालन बढ़ता है।
शुद्ध कंडक्टर का प्रतिरोध किसके द्वारा दिया गया है:
कहाँ पे, p- कंडक्टर की प्रतिरोधकता
l = कंडक्टर की लंबाई
कंडक्टर का एक = क्षेत्र।
अब प्रतिरोध के साथ कंडक्टर पर विचार करें "आर", यदि कंडक्टर के ऊपर कुछ दबाव लागू किया जाता है, तो कंडक्टर पर क्षेत्र घट जाता है और दबाव के परिणामस्वरूप कंडक्टर की लंबाई बढ़ जाती है। तो सूत्र द्वारा कंडक्टर का प्रतिरोध बढ़ना चाहिए, क्योंकि प्रतिरोध आर क्षेत्र के विपरीत आनुपातिक है और सीधे लंबाई एल के लिए आनुपातिक भी है।
तो इसके लिए दबाव या भार के एक कंडक्टर के लिए कंडक्टर का प्रतिरोध बढ़ जाता है। लेकिन यह परिवर्तन समग्र प्रतिरोध की तुलना में छोटा है। काफी बदलाव के लिए कई कंडक्टर एक साथ ढेर हो जाते हैं।
उपरोक्त आकृति में दिखाए गए बल सेंसर के अंदर ऐसा होता है। करीब से देखने पर सेंसर के अंदर कई लाइनें देखी जा सकती हैं। इनमें से प्रत्येक रेखा एक चालक का प्रतिनिधित्व करती है। संवेदक की संवेदनशीलता कंडक्टर संख्याओं में है।
लेकिन इस मामले में दबाव के साथ प्रतिरोध कम हो जाएगा क्योंकि यहां इस्तेमाल की जाने वाली सामग्री शुद्ध कंडक्टर नहीं है। यहां एफएसआर मजबूत बहुलक मोटी फिल्म (पीटीएफ) उपकरण हैं। तो ये शुद्ध कंडक्टर भौतिक उपकरण नहीं हैं। ये एक सामग्री से बने होते हैं, जो सेंसर की सतह पर लागू बल में वृद्धि के साथ प्रतिरोध में कमी को प्रदर्शित करता है।
यह सामग्री एफएसआर के ग्राफ में दर्शाई गई विशेषताओं को दर्शाती है।
प्रतिरोध में यह बदलाव तब तक अच्छा नहीं हो सकता जब तक कि हम उन्हें नहीं पढ़ सकते। हाथ में नियंत्रक केवल वोल्टेज में संभावनाओं को पढ़ सकता है और कुछ भी कम नहीं है, इसके लिए हम वोल्टेज विभक्त सर्किट का उपयोग करने जा रहे हैं, इसके साथ हम प्रतिरोध परिवर्तन को वोल्टेज परिवर्तन के रूप में प्राप्त कर सकते हैं।
वोल्टेज विभक्त एक प्रतिरोधक सर्किट है और इसे आकृति में दिखाया गया है। इस प्रतिरोधक नेटवर्क में हमारे पास एक निरंतर प्रतिरोध और अन्य चर प्रतिरोध है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, आर 1 यहां एक निरंतर प्रतिरोध है और आर 2 फोर्स सेंसर है जो प्रतिरोध का काम करता है।
शाखा का मध्यबिंदु मापन के लिए लिया जाता है। R2 परिवर्तन के साथ, हमारे पास Vout में परिवर्तन है। तो इसके साथ हमारे पास एक वोल्टेज है जो वजन के साथ बदलता है।
अब यहां ध्यान देने योग्य बात यह है कि ADC रूपांतरण के लिए नियंत्रक द्वारा लिया गया इनपुट 50µAmp जितना कम है। प्रतिरोध आधारित वोल्टेज विभक्त का यह लोडिंग प्रभाव महत्वपूर्ण है क्योंकि वाउट ऑफ वोल्टेज डिवाइडर से खींची गई वर्तमान में त्रुटि प्रतिशत बढ़ जाता है, अब हमें लोडिंग प्रभाव के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है।
अब जब बल बल सेंसर पर लागू होता है, तो विभक्त अंत में वोल्टेज इस पिन को संयुक्त राष्ट्र संघ के एडीसी चैनल से जुड़ा हुआ के रूप में बदल देता है, हम सेंसर के बल पर जब भी यूएनओ के एडीसी से एक अलग डिजिटल मूल्य प्राप्त करेंगे।
यह ADC डिजिटल मूल्य PWM सिग्नल के कर्तव्य अनुपात से मेल खाता है, इसलिए हमारे पास सेंसर पर लागू बल के संबंध में सर्वो स्थिति नियंत्रण है।
अवयव
हार्डवेयर: UNO, बिजली की आपूर्ति (5v), 1000uF संधारित्र, 100nF संधारित्र (3 टुकड़े), 100K SERV रोकनेवाला, सर्वो मोटर (SG 90), 220Ω रोकनेवाला, FSR400 बल सेंसर।
सॉफ्टवेयर: एटम स्टूडियो 6.2 या ऑर्डिनो रात में।
सर्किट आरेख और कार्य स्पष्टीकरण
बल संवेदक द्वारा इमदादी मोटर नियंत्रण के लिए सर्किट आरेख आंकड़ा नीचे में दिखाया गया है।
सेंसर के पार वोल्टेज पूरी तरह से रैखिक नहीं है; यह एक शोर होगा। शोर को छानने के लिए एक संधारित्र को विभक्त सर्किट में प्रत्येक प्रतिरोधक के पार रखा जाता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।
यहां हम विभक्त (वोल्टेज जो भार रैखिक रूप से प्रतिनिधित्व करते हैं) द्वारा प्रदान किए गए वोल्टेज को लेने जा रहे हैं और इसे Arduino Uno के ADC चैनलों में से एक में खिलाते हैं। रूपांतरण के बाद हम उस डिजिटल मूल्य (वजन का प्रतिनिधित्व) करने जा रहे हैं और इसे PWM मूल्य से संबंधित करते हैं और सर्वो मोटर को यह PWM सिग्नल प्रदान करते हैं।
तो वजन के साथ हमारे पास पीडब्लूएम मूल्य है जो डिजिटल मूल्य के आधार पर अपने कर्तव्य अनुपात को बदलता है। डिजिटल मूल्य उच्चतर PWM का कर्तव्य अनुपात अधिक है। तो उच्च शुल्क अनुपात PWM सिग्नल के साथ, सर्वो शाफ्ट को परिचय में दिए गए आंकड़े के अनुसार दाईं ओर या बाईं ओर तक पहुंचना चाहिए।
यदि वजन कम है, तो हमारे पास पीडब्लूएम ड्यूटी अनुपात कम होगा और जैसा कि परिचय में है, उसके अनुसार, सुदूर तक पहुंच होनी चाहिए।
इसके साथ हमारे पास WE या FORCE द्वारा सर्वो स्थिति नियंत्रण है।
इसके लिए हमें कार्यक्रम में कुछ निर्देश स्थापित करने की आवश्यकता है और हम उनके बारे में नीचे विस्तार से बात करेंगे।
ARDUINO में छह ADC चैनल हैं, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। उन में से किसी एक या सभी को एनालॉग वोल्टेज के इनपुट के रूप में उपयोग किया जा सकता है। यूएनओ एडीसी 10 बिट रिज़ॉल्यूशन का होता है (इसलिए पूर्णांक मान (0-2 (10 ^ 10) 1023)))। इसका मतलब है कि यह 0 और 5 वोल्ट के बीच के इनपुट वोल्टेज को 0 और 1023 के बीच पूर्णांक मानों में मैप करेगा। इसलिए प्रत्येक के लिए (5/1024 = 4.9mV) प्रति यूनिट।
यहां हम UNO के A0 का उपयोग करने जा रहे हैं। हमें कुछ चीजें जानने की जरूरत है।
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सबसे पहले Arduino Uno ADC चैनलों का डिफ़ॉल्ट संदर्भ मान 5V है। इसका मतलब है कि हम किसी भी इनपुट चैनल पर ADC रूपांतरण के लिए अधिकतम 5V का इनपुट वोल्टेज दे सकते हैं। चूंकि कुछ सेंसर 0-2.5V से वोल्टेज प्रदान करते हैं, 5V संदर्भ के साथ हमें कम सटीकता प्राप्त होती है, इसलिए हमारे पास एक निर्देश है जो हमें इस संदर्भ मूल्य को बदलने में सक्षम बनाता है। इसलिए हमारे पास संदर्भ मूल्य बदलने के लिए ("analogReference ();") अब के लिए हम इसे छोड़ देते हैं।
डिफ़ॉल्ट रूप से हमें अधिकतम बोर्ड एडीसी रिज़ॉल्यूशन मिलता है जो 10 बिट्स है, इस रिज़ॉल्यूशन को निर्देश ("analogReadResolution (बिट्स);") का उपयोग करके बदला जा सकता है। यह संकल्प परिवर्तन कुछ मामलों के लिए काम में आ सकता है। अभी के लिए हम इसे छोड़ देते हैं।
अब यदि उपरोक्त शर्तों को डिफ़ॉल्ट पर सेट किया गया है, तो हम सीधे '' analogRead (pin); "A0" होगा। ADC से मान को पूर्णांक में "int SENSORVALUE = analogRead (A0) के रूप में लिया जा सकता है; ", इस निर्देश द्वारा ADC पूर्णांक" SENSORVALUE "में संग्रहीत होने के बाद मान।
यूएनओ का पीडब्ल्यूएम पीसीबी बोर्ड पर "~" के रूप में अंकित किसी भी पिन को प्राप्त कर सकता है। UNO में छह PWM चैनल हैं। हम अपने उद्देश्य के लिए PIN3 का उपयोग करने जा रहे हैं।
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analogWrite (3, VALUE); |
उपरोक्त स्थिति से हम संबंधित पिन पर सीधे PWM सिग्नल प्राप्त कर सकते हैं। ब्रैकेट में पहला पैरामीटर PWM सिग्नल के पिन नंबर को चुनने के लिए है। दूसरा पैरामीटर ड्यूटी अनुपात लिखने के लिए है।
Arduino Uno का PWM मान 0 से 255 में बदला जा सकता है। "0" के साथ सबसे कम "255" के रूप में उच्चतम है। 255 के रूप में ड्यूटी अनुपात के साथ हमें पिन 3 पर 5 वी मिलेगा। यदि ड्यूटी अनुपात 125 के रूप में दिया जाता है तो हमें PIN3 पर 2.5V मिलेगा।
अब बात करते हैं इमदादी मोटर नियंत्रण की, अरुडिनो यूनो में एक विशेषता है जो हमें केवल डिग्री मूल्य देकर सर्वो स्थिति को नियंत्रित करने में सक्षम बनाती है। यदि हम चाहते हैं कि सर्वो 30 पर हो, तो हम सीधे कार्यक्रम में मूल्य का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। सर्वो हेडर फ़ाइल आंतरिक रूप से सभी ड्यूटी अनुपात गणनाओं का ध्यान रखती है। आप यहाँ arduino के साथ सर्वो मोटर नियंत्रण के बारे में अधिक जान सकते हैं।
अब sg90 0-180 डिग्री से आगे बढ़ सकता है, हमारे पास ADC परिणाम 0-1024 है।
तो ADC लगभग छह गुना सर्वोपरि है। तो ADC परिणाम को 6 से विभाजित करके हम अनुमानित सर्वो पद प्राप्त करेंगे। इसलिए हमारे पास एक पीडब्लूएम संकेत है जिसका कर्तव्य अनुपात WEIGHT या बल के साथ रैखिक रूप से बदलता है। यह इमदादी मोटर को दिया जा रहा है, हम बल संवेदक द्वारा सर्वो मोटर को नियंत्रित कर सकते हैं।