इस परियोजना में हम फोर्स सेंसर और अरुडिनो यूनो का उपयोग करके एक मजेदार सर्किट विकसित करेंगे । यह सर्किट सेंसर पर लागू बल से संबंधित ध्वनि उत्पन्न करता है। इसके लिए हम Arduino Uno के साथ FORCE सेंसर इंटरफेस करने जा रहे हैं । UNO में, हम काम करने के लिए 8 बिट ADC (एनालॉग से डिजिटल रूपांतरण) सुविधा का उपयोग करने जा रहे हैं।
बल संवेदक या बल संवेदी रोकनेवाला
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। उन्हें बल-संवेदनशील रोकनेवाला या FSR भी कहा जाता है क्योंकि इसके प्रतिरोध को बल या दबाव के अनुसार बदल दिया जाता है। जब दबाव इस बल संवेदन पर लागू किया जाता है, तो प्रतिरोधक प्रतिरोध कम हो जाता है, यह प्रतिरोध लागू बल के व्युत्क्रमानुपाती होता है। इसलिए जब इस पर कोई दबाव नहीं डाला जाता है, तो एफएसआर का प्रतिरोध बहुत अधिक होगा।
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 है जो 10 न्यूटन 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 ही हमारे पास वजन के साथ वोल्टेज में बदलाव होता 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।
एफएसआर सेंसर की जांच कैसे करें
मल्टीमीटर का उपयोग करके बल संवेदन अवरोधक का परीक्षण किया जा सकता है। एफएसआर सेंसर के दो पिनों को बिना किसी बल के मल्टीमीटर से कनेक्ट करें और प्रतिरोध मान की जांच करें, यह बहुत अधिक होगा। फिर इसकी सतह पर कुछ बल लागू करें और प्रतिरोध मूल्य में गिरावट देखें।
एफएसआर सेंसर के अनुप्रयोग
बल-संवेदन प्रतिरोधों का उपयोग मुख्य रूप से दबाव-संवेदन "बटन" बनाने के लिए किया जाता है। वे कई क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं जैसे कि कार अधिभोग सेंसर, प्रतिरोधक स्पर्श-पैड, रोबोट उंगलियों, कृत्रिम अंग, कीपैड, फुट उच्चारण प्रणाली, संगीत वाद्ययंत्र, एंबेडेड इलेक्ट्रॉनिक्स, परीक्षण और मापन उपकरण, OEM विकास किट और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स, खेल । उनका उपयोग संवर्धित वास्तविकता प्रणालियों के साथ-साथ मोबाइल इंटरैक्शन को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है।
अवयव आवश्यक
हार्डवेयर: Arduino Uno, पॉवर सप्लाई (5v), 1000 uF कैपेसिटर, 100nF कैपेसिटर (3 टुकड़े), 100K) रोकनेवाला, Buzzer, 220Ω रोकनेवाला, FSR400 फोर्स सेंसर।
सॉफ़्टवेयर: एटम स्टूडियो 6.2 या ऑर्डिनो रात में
सर्किट आरेख और कार्य स्पष्टीकरण
Arduino के साथ फोर्स सेंसिंग रेसिस्टर को इंटरसेप्टर करने के लिए सर्किट कनेक्शन नीचे चित्र 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 संयुक्त राष्ट्र संघ के एडीसी चैनलों में से एक में खिलाते हैं। रूपांतरण के बाद हम उस डिजिटल मूल्य (वजन का प्रतिनिधित्व) करने जा रहे हैं और बजर को चलाने के लिए इसे PWM मूल्य से संबंधित 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 जितना अधिक होता है, पीडब्लूएम का कर्तव्य अनुपात उतना ही अधिक होता है, जो बजर द्वारा उत्पन्न शोर से अधिक होता है। तो हम ध्वनि से संबंधित वजन।
आगे जाने से पहले Arduino Uno के ADC के बारे में बात करते हैं। 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 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।
Arduino Uno का PWM PCB 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।
संयुक्त राष्ट्र संघ के PWM मान को 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 हमारे पास ADC आउटपुट के रूप में 0-1024 मूल्य और PWM ड्यूटी अनुपात के रूप में 0-255 है। तो एडीसी पीडब्लूएम अनुपात का लगभग चार गुना है। तो ADC परिणाम को 4 से विभाजित करके हम अनुमानित कर्तव्य अनुपात प्राप्त करेंगे।
इसके साथ हमारे पास एक पीडब्लूएम सिग्नल होगा जिसका कर्तव्य अनुपात वजन के साथ रैखिक रूप से बदलता है। यह बजर को दिया जा रहा है, हमारे पास वजन के आधार पर ध्वनि जनरेटर है ।