Megtekintések: 222 Szerző: Leah Publish Idő: 2025-02-18 Eredeti: Telek
Tartalommenü
● A feszültségérzékelők megértése
>> A feszültségérzékelők típusai
>> A feszültségérzékelő kiválasztásának legfontosabb megfontolásai
● Fejlesztések és jövőbeli irányok
● GYIK
>> 1. Mi az a feszültségérzékelő?
>> 2. Hogyan működnek a törzsmérők?
>> 3. Használhatok -e flex érzékelőket a feszültség mérésére?
>> 4. Mi a HX711 erősítő szerepe?
>> 5. Hogyan kalibrálhatom a feszültségérzékelőt?
A feszültségmérés számos alkalmazás kritikus szempontja, kezdve a robotikától és a hordható technológiától a szerkezeti egészségügyi megfigyelésig és a sporteszközökig. A feszültség vagy a húzóerő pontos mérésének képessége elengedhetetlen a biztonság biztosításához, a teljesítmény optimalizálásához és a hibák megelőzéséhez. Olyan mikrovezérlők megjelenésével, mint az Arduino, egy egyszerű felépítés A feszültségmérő rendszer hozzáférhetőbbé és költséghatékonyabbá vált. Ez a cikk feltárja az alkatrészeket, technikákat és megfontolásokat egy ilyen rendszer létrehozásában.
A feszítőérzékelők olyan eszközök, amelyeket kifejezetten a kábelre, húrra vagy bármilyen rugalmas anyagra gyakorolt húzóerő mérésére terveztek. A nyomóérzékelőkkel ellentétben, amelyek mérik a tolóerőket, a feszültségérzékelők reagálnak azokra az erőkre, amelyek nyújtják vagy meghosszabbítják az érzékelő elemet. Ezen érzékelők árnyalatainak megértése elengedhetetlen a pontos adatgyűjtéshez és értelmezéshez.
Számos típusú érzékelő használható az Arduino feszültségméréséhez, mindegyik egyedi tulajdonságokat és képességeket kínál:
- Terhelési cellák: A terhelési cellákat széles körben használják az alkalmazások mérésében, de a feszültség mérésére is adaptálhatók. A feszültségmérők elvén működnek, amelyek meghosszabbításuk során megváltoztatják az ellenállást. A szakító erő alkalmazásakor a terhelési cella kissé deformálódik, ami a feszültségmérők megváltoztatását okozta. Ezeket az ellenállásváltozásokat ezután az alkalmazott erővel arányos elektromos jelké alakítják. A terhelési cellák robusztusságukról és pontosságukról ismertek, így alkalmasak az igényes alkalmazásokra.
- Törzsmérők: A törzsmérők ellenálló érzékelők, amelyek mérik az anyag feszültségét (deformációját), ha stressznek vannak kitéve. Általában egy speciális ragasztóval feszültség alatt van kötve az objektum felületéhez. Ha az objektumot húzóerőnek vetik alá, akkor deformálódik, és a feszültségmérő is deformálódik. Ez a deformáció megváltoztatja a feszültségmérő ellenállását, amelyet egy Wheatstone -híd áramkörrel lehet mérni. Az ellenállás változása közvetlenül arányos a feszültséggel, lehetővé téve a feszültség pontos mérését.
- Erőérzékeny ellenállások (FSR): Az FSR -k változó ellenállások, amelyek ellenállás megváltozik az alkalmazott erővel. Ezek egyszerűen használhatók, de általában kevésbé pontosak, mint a sejtek vagy a törzsmérők. Az FSR -ek egy vezetőképes polimer fóliából állnak, amely megváltoztatja az ellenállást, amikor nyomást gyakorolnak a felületére. Ahogy a szakítóerő növekszik, az ellenállás csökken. Ez az ellenállás változása könnyen mérhető egy feszültség -elválasztó áramkörrel, így az FSRS kényelmes lehetőség a gyors prototípus készítéséhez és az egyszerű alkalmazásokhoz, ahol a nagy pontosság nem kritikus.
- Kapacitív érzékelők: A kapacitív érzékelők észlelik a kapacitás változásait, amelyeket egy kábel vagy anyag feszültsége okoz. Integrálhatók különféle anyagokba, és nem érintkezési módszert biztosítanak a feszültség észlelésére. Ezek az érzékelők úgy működnek, hogy megmérik a két vezetőképes lemez közötti kapacitás változását, mivel a közöttük lévő távolság a feszültség miatt megváltozik. Különösen hasznosak lehetnek azokban az alkalmazásokban, ahol a feszültség alatt álló anyaggal való fizikai érintkezés nem kívánatos.
Amikor az Arduino -val végzett feszültség észlelésére szolgáló érzékelőt választ, vegye figyelembe a következő tényezőket:
- Mérési tartomány: Gondoskodjon arról, hogy az érzékelő meg tudja -e mérni a várt feszültségtartományt anélkül, hogy meghaladná a maximális kapacitást. Az érzékelő túlterhelése károsíthatja azt, vagy pontatlan leolvasásokhoz vezethet.
- Érzékenység: A magasabb érzékenység pontosabb méréseket tesz lehetővé, különösen a kis feszítő erők kezelése esetén. Az érzékenység a kimeneti jel megváltozására utal, egységnyi változás a bemeneti erőben.
- Pontosság: Határozza meg az alkalmazáshoz szükséges pontosság szintjét. A pontosság arra utal, hogy az érzékelő leolvasásai milyen közel állnak a feszítőerő valódi értékéhez.
- Kalibrálás: Egyes érzékelőknek kalibrálást igényelnek a pontos leolvasások biztosítása érdekében. A kalibrálás magában foglalja az érzékelő kimenetének beállítását az ismert feszültségértékekhez.
- Integrációs bonyolultság: Válasszon olyan érzékelőt, amelyet könnyű integrálni a meglévő Arduino beállításához. Vegye figyelembe az érzékelő kábelezési követelményeit, a jelkondicionálási igényeket és a rendelkezésre álló könyvtárakat.
- Költség: Kiegyensúlyozza az érzékelő költségeit teljesítményével és funkcióival. A magasabb teljesítményű érzékelők gyakran magasabb árcédulával járnak.
Egy egyszerű feszültségmérő rendszer felépítéséhez az Arduino -val a következő alkatrészekre lesz szüksége:
1. Arduino Board: Az Arduino UNO vagy hasonló tábla szolgál mikrovezérlőként az érzékelő adatok feldolgozásához és a rendszer vezérléséhez. Az Arduino biztosítja a szükséges feldolgozási teljesítményt, a memóriát és a bemeneti/kimeneti csapokat a feszültségérzékelővel és más alkatrészekkel való kapcsolódáshoz.
2. feszültségérzékelő: Válasszon egy megfelelő feszültségérzékelőt az alkalmazási igényei alapján (pl. Terheléscella, feszültségmérő vagy FSR). Az érzékelő megválasztása a projekt mérési tartományától, pontossági követelményeitől és a projekt integrációs bonyolultságától függ.
3. jelerősítő (ha szükséges): Néhány feszítőérzékelő, például a terhelési cellák, nagyon kis feszültségváltozásokat eredményez, amelyek erősítést igényelnek. Erre a célra általában egy HX711 erősítőt használnak. A HX711 egy speciális erősítő, amelynek célja a terhelési cellákból származó kis analóg jelek amplifikálása, és azokat digitális jelekké alakítva, amelyeket az Arduino könnyen elolvashat.
4. Ellenállások: Szükséges a feszültség elválasztók vagy torzító áramkörök létrehozásához bizonyos típusú érzékelők számára, például az FSR -k. Az ellenállókat egy feszültség -elválasztó áramkör létrehozására használják, amely az FSR ellenállásának változását feszültségjelké alakítja, amelyet az Arduino analóg bemenete olvashat.
5. Kenyérlemez és jumper vezetékek: Az alkatrészek prototípusának készítéséhez és csatlakoztatásához. A kenyérlemez kényelmes módszert kínál a prototípus áramkörök forrasztás nélkül, míg a jumper vezetékeket az alkatrészek közötti elektromos csatlakozások kialakításához használják.
6. tápegység: Az Arduino tábla és a feszültségérzékelő táplálása. A stabil és megbízható tápegység elengedhetetlen a pontos és következetes mérések biztosításához.
7. kijelző (opcionális): LCD képernyő vagy soros monitor használható a feszültségmérések megjelenítéséhez. Az LCD képernyő a feszültség leolvasásainak vizuális megjelenítését biztosítja, míg a soros monitor lehetővé teszi az adatok megtekintését a számítógépen.
A vezetékek és a csatlakozások a választott feszültségérzékelő típusától függően változnak. Íme egy példa arra, hogyan lehet összekapcsolni egy erőérzékeny ellenállást (FSR) egy Arduino -hoz:
1. Csatlakoztassa az FSR egyik végét az 5 V -os ellátáshoz.
2. Csatlakoztassa az FSR másik végét az Arduino analóg bemeneti csapjához (pl. A0).
3. Csatlakoztasson egy ellenállást (pl. 10kΩ) az analóg bemeneti csapról a földre, hogy feszültség -elválasztót hozzon létre.
FSR ----> Arduino A0
|
10kΩ ellenállás
|
GND
Ebben a konfigurációban az FSR és a 10KΩ ellenállás feszültségválasztót képez. Ahogy az FSR ellenállása az alkalmazott erővel megváltozik, az analóg bemeneti csapnál a feszültség arányosan változik. Az Arduino ezután elolvashatja ezt a feszültséget, és feszültségmérésgé alakíthatja.
A terhelési cellák esetében a kapcsolatok általában HX711 erősítőt tartalmaznak:
| terheléscella | HX711 |
|---|---|
| Piros (e+) | E+ |
| Fekete (e-) | E- |
| Fehér (A-) | A- |
| Zöld (A+) | A+ |
Csatlakoztassa a HX711 -et az Arduino -hoz, az alábbiak szerint:
| HX711 | Arduino |
|---|---|
| DT | 2. érintkező |
| SCK | 3. érintkező |
| VCC | 5 V -os |
| GND | GND |
A HX711 soros interfész segítségével kommunikál az Arduino -val. A DT (Data) PIN -kód továbbítja az amplifikált és digitalizált érzékelő adatait, míg az SCK (soros óra) PIN -kód az időzítési jelet biztosítja a kommunikációhoz. Ha ezeket a csapokat csatlakoztatja az Arduino -hoz, olvassa el a feszültségméréseket a terhelési cellából.
Az Arduino kód az érzékelő típusától és a kívánt funkciótól függ. Íme egy példa az FSR elolvasására és az értékek megjelenítésére a soros monitoron:
const intensorpin = a0; // Az FSR -hez csatlakoztatott analóg tű
const int rezisztor érték = 10000; // A sorozat ellenállás ellenállása
void setup () {
Serial.begin (9600); // A soros kommunikáció inicializálása
}
void hurok () {
int sensorValue = analogread (szenorpin); // Olvassa el az érzékelő analóg értékét
Serial.print ( 'érzékelő érték: ');
Serial.println (sensorValue);
késleltetés (100); // A stabilitás késleltetése
}
Ez a kód az Arduino analóg bemeneti csapjához (A0) csatlakoztatott FSR analóg értékét olvassa. Az `analogread ()` függvény 0 és 1023 között ad vissza egy értéket, amely az analóg bemeneti tű feszültségét képviseli. Ezt az értéket ezután a soros monitorra nyomtatják.
HX711 erősítővel rendelkező terhelési cellához használhatja a HX711 könyvtárat:
#include 'hx711.h '
HX711 skála;
const int dt_pin = 2;
const int sck_pin = 3;
void setup () {
Serial.begin (9600);
scale.begin (dt_pin, sck_pin);
scale.set_scale ();
scale.tare ();
}
void hurok () {
Serial.print ( 'súly: ');
Serial.print (scale.get_units (), 1);
Serial.println ( 'g ');
késleltetés (1000);
}
Ez a kód a HX711 könyvtárat használja a HX711 erősítővel való interfészhez. A `HX711 skála;` vonal létrehozza a HX711 osztály példányát. A `scale.begin (dt_pin, sck_pin);` sor inicializálja a HX711 -et az adatokkal és az órakóval. A `scale.set_scale ();` sor beállítja a terhelési cella kalibrációs tényezőjét. A `scale.tare ();` sor beállítja a terhelési cella nulla pontját. A `Scale.Get_Units ()` függvény grammban adja vissza a súlyt.
A kalibrálás elengedhetetlen a pontos feszültségmérések eléréséhez. A kalibrációs folyamat magában foglalja az érzékelő kimenetének összehasonlítását az ismert feszültségértékekkel és a kód beállítását a hibák kompenzálása érdekében. Megfelelő kalibrálás nélkül az érzékelő leolvasása nem tükrözi pontosan a valódi feszültség erőt.
Az FSR -k esetében kalibrálhatja az érzékelő értékeit különböző ismert erőknél, és létrehozhatja az értékek és a megfelelő erők közötti leképezést. Ez a feltérképezés a keresési táblázat vagy a matematikai képlet felhasználásával valósítható meg.
A terhelési cellák esetében a kalibrálás általában az ismert súlyok használatát foglalja magában. Rögzítse a nyers leolvasásokat a terhelési cellából, súly nélkül (TARE). Ezután helyezze az ismert súlyokat a terhelési cellára, és rögzítse a megfelelő leolvasásokat. Használja ezeket az adatpontokat a kalibrációs tényező kiszámításához (a súly és az olvasás aránya). Vigye fel ezt a kalibrációs tényezőt az Arduino -kódban, hogy a nyers leolvasásokat pontos erőmérésekké alakítsa. Minél több adatpontot használ, annál pontosabb lesz a kalibrálás.
- Szűrés: A digitális szűrők alkalmazása az érzékelő adatokra csökkentheti a zajt és javíthatja a pontosságot. A mozgó átlagos szűrőket és a Kalman szűrőket általában erre a célra használják.
- Hőmérséklet -kompenzáció: A hőmérsékleti változások befolyásolhatják az érzékelő leolvasásait. A hőmérsékleti kompenzációs technikák végrehajtása javíthatja a pontosságot a hőmérséklet szélesebb tartományában.
- Adatnaplózás: Az érzékelőadatok naplózása SD-kártyára vagy felhőplatformra lehetővé teszi a hosszú távú megfigyelést és elemzést.
- Vezeték nélküli kommunikáció: Vezeték nélküli kommunikációs modul (pl. Bluetooth vagy WiFi) hozzáadása lehetővé teszi a feszültségmérések távoli megfigyelését.
Az Arduino -val végzett feszültségmérési rendszerek széles körű alkalmazásokkal rendelkeznek:
- Robotika: A robotkarok terhelésének ellenőrzése a biztonságos működés biztosítása és a túlterhelés megelőzése érdekében. A robotkar kábeleinek vagy ízületeinek feszültségének megfigyelésével biztosíthatja, hogy a kar nem haladja meg a maximális terhelési képességét.
- Hordható technológia: A ruházatba történő integrálás a fizikai aktivitás vagy az egészségügyi mutatók figyelésére. Például a feszültségérzékelők integrálhatók az atlétikai ruházatba, hogy mérje az izomfeszültséget edzés vagy rehabilitáció során.
- Strukturális egészségfigyelés: A stressz észlelése hidakban és épületekben a hibák megelőzése érdekében. A feszültségérzékelők beépíthetők a kritikus szerkezeti elemekre a stresszszintek megfigyelése és a lehetséges problémák felismerése érdekében, mielőtt azok katasztrofális hibákhoz vezetnének.
- Sportfelszerelés: A teljesítménymutatók, például a tapadási erő vagy az izomfeszültség mérése. A feszültségérzékelők olyan sporteszközökben használhatók, mint például a teniszütők vagy a golfklubok a sportoló által alkalmazott erő mérésére.
- Ipari automatizálás: A gépek terhelésének megfigyelése a túlterhelés és a biztonság biztosítása érdekében. A feszültségérzékelők felhasználhatók a szállítószalagok, daruk és egyéb ipari gépek terhelésének ellenőrzésére a túlterhelés megakadályozása és a biztonságos működés biztosítása érdekében.
Az ebben a cikkben leírt alapvető feszültségmérő rendszer tovább javítható és kibővíthető, hogy megfeleljen a konkrétabb igényeknek. Például a több érzékelő integrálása átfogóbb megértést nyújthat a rendszer feszültségeloszlásáról. A visszacsatolás -vezérlő mechanizmusok hozzáadása lehetővé teszi a rendszer számára, hogy az érzékelő leolvasása alapján automatikusan beállítsa a feszültségszinteket. Ezenkívül a gépi tanulási algoritmusok beépítése lehetővé teszi a rendszer számára, hogy megtanuljon a történelmi adatokból és megjósolja a jövőbeli feszültség trendeket.
A technológia fejlődésével számíthatunk arra, hogy még kifinomultabb feszültségmérési rendszereket látunk az Arduino és más mikrovezérlők alapján. Ezek a rendszerek egyre fontosabb szerepet játszanak az alkalmazások széles körében, az infrastruktúra biztonságának biztosításától kezdve a sportolók teljesítményének javításáig.
Egy egyszerű feszültségmérő rendszer felépítése az Arduino-val sokoldalú és költséghatékony megoldás az erőméréshez különböző alkalmazásokban. A működési alapelvek megértésével, a hardver megfelelő beállításával és az érzékelő gondos kalibrálásával pontos és megbízható erőméréseket érhet el. Függetlenül attól, hogy digitális léptéket, robotkarot vagy anyagtesztelőberendezést épít, a feszítőérzékelők és az Arduino kombinációja hatékony platformot biztosít a projektekhez.
A feszültségérzékelő egy olyan eszköz, amely méri a kábelre, húrra vagy más rugalmas anyagra gyakorolt húzóerőt. A kompressziós érzékelőkkel ellentétben a feszültségérzékelők reagálnak azokra az erőkre, amelyek nyújtják vagy meghosszabbítják az érzékelő elemet.
A törzsmérők azon az elven alapulnak, hogy elektromos ellenállásuk megváltozik, amikor mechanikai feszültségnek vagy feszültségnek vannak kitéve. Általában feszültség alatt vannak ragasztva a tárgy felületéhez, és mivel az objektum deformálódik, a feszültségmérő is deformálódik, és az ellenállást meg lehet mérni.
A flex érzékelőket általában a hajlítás vagy a hajlítás mérésére használják, de bizonyos alkalmazásokban adaptálhatók a feszültségméréshez. Ha egy flex érzékelőt feszültség alatt rögzít egy rugalmas anyaghoz, az érzékelő felismeri a feszültség által okozott hajlítás mennyiségét.
A HX711 egy speciális erősítő, amelyet a terhelési cellákhoz terveztek. A terhelési cellák nagyon kis feszültségváltozásokat eredményeznek az alkalmazott erőre adott válaszként, gyakran a millivolt tartományban. A HX711 felerősíti ezt a kis feszültségváltozást, így az Arduino olvasható. Ezenkívül stabil és pontos digitális kimenetet is biztosít, csökkentve a zajt és javítja az erőmérés általános pontosságát.
Az Arduino -hoz csatlakoztatott feszültségérzékelő kalibrálásához ismert súlyokra vagy erőkre van szüksége. Először rögzítse az érzékelő nyers leolvasásait, erő nélkül (TARE). Ezután alkalmazza az ismert súlyokat vagy erőket az érzékelőre, és rögzítse a megfelelő leolvasásokat. Használja ezeket az adatpontokat a kalibrációs tényező kiszámításához (az erő és az olvasás aránya). Vigye fel ezt a kalibrációs tényezőt az Arduino -kódban, hogy a nyers leolvasásokat pontos erőmérésekké alakítsa.
[1] https://www.youtube.com/watch?v=R7OWTCE6QQC
[2] https://www.fibosssor.com/what-sensors-work-best-with-arduino-for-stension-detection.html
[3] https://www.youtube.com/watch?v=vqwjzTeggc4
[4] https://www.fibosssor.com/how-can-use-a-sensor-stension-with-arduino-for-force-measural.html
[5] https://www.youtube.com/watch?v=azmdrsyml_o
[6] https://forum.arduino.cc/t/looking-for-a-stension-sensor-not-load-sensor/1017088
[7] https://www.instructables.com/arduino-pressure-sensor-fsr-with-lcd-display/
[8] https://forum.arduino.cc/t/tension-sensor-selection/564801
