ビュー： 222 著者：Leah Publish Time：2025-02-12 Origin： サイト
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● 力センサーの理解
>> 力センサーの種類
>> コンポーネントが必要です
>> ロードセルの校正
>> デジタルスケール
>> ロボットアーム
>> 材料テスト
● 結論
● よくある質問
>> 1.力に敏感な抵抗器（FSR）とは何ですか？また、Arduinoでどのように機能しますか？
>> 2。FSRと比較して、力測定に荷重セルを使用することの利点と欠点は何ですか？
>> 3. Arduinoに接続されたロードセルを較正するにはどうすればよいですか？
>> 4. Arduinoでロードセルを使用する際のHX711アンプの役割は何ですか？
>> 5.単一のArduinoを備えた複数の力センサーを使用できますか？
● 引用：
測定力は、多くのエンジニアリングおよび愛好家プロジェクトにおける基本的な要件です。デジタルスケール、ロボットアーム、または材料テストリグを構築するかどうかにかかわらず、正確に検知力が重要です。 1つの汎用性と費用対効果の高いソリューションには、Arduinoマイクロコントローラーを備えたセンサーテンションデバイスの使用が含まれます。この記事では、 のArduinoを備えた張力荷重セル。 ハードウェアのセットアップ、プログラミング、キャリブレーション、および実用的なアプリケーションをカバーする、力測定用
Arduinoを使用してセンサーテンションデバイスを使用する詳細に飛び込む前に、利用可能な力センサーの種類とその動作原理を理解することが不可欠です。フォーストランスデューサーとしても知られるフォースセンサーは、機械的力をArduinoのようなマイクロコントローラーによって測定および解釈できる電気信号に変換します。
1。力敏感抵抗器（FSR）：
-FSRは、抵抗が適用された力とともに変化する可変抵抗です[1]。それらは簡単に使用できますが、一般に精度が低く、他のタイプの力センサーよりもドリフトの影響を受けやすい[2]。
- アプリケーション：プレスまたはタッチの検出などの定性的な力測定[1]。
- 利点：低コスト、使いやすい[1]。
- 短所：非線形反応、強制分布に対する感度、精度の低下[2]。
2。セルの負荷：
- 負荷セルは、負荷下の機械構造の変形を検出することにより力を測定します[7]。彼らは通常、この変形を測定するためにホイートストーンブリッジ構成に配置されたひずみゲージを使用します[7]。
- アプリケーション：正確な重量と力の測定、デジタルスケール、材料テスト[9]。
- 利点：高精度、線形応答、堅牢性[9]。
- 短所：より複雑な回路、より高いコスト[7]。
3。ひずみゲージ：
- ひずみゲージは、機械的ひずみを受けると抵抗を変化させる小さな抵抗です[7]。それらはしばしば、荷重下での変形を測定するために構造に結合されます[5] [7]。
- アプリケーション：構造内の応力とひずみの測定、制御スティックの力測定[5]。
- 利点：高感度は、さまざまな表面に適用できます[7]。
- 短所：温度変化に敏感な安定した電源と計装アンプが必要です[5]。
- 精度：アプリケーションに必要な精度を決定します。荷重セルとひずみゲージは一般に、FSRよりも高い精度を提供します[9]。
- 力範囲：アプリケーションの予想される力に一致する力範囲のセンサーを選択します[9]。
- 感度：センサーの感度を考慮してください。センサーは、力の変化のための出力信号の変化を決定します[9]。
- 環境条件：センサーが予想される温度、湿度、およびその他の環境条件で確実に動作できることを確認します[5]。
- コスト：パフォーマンス要件のバランスとプロジェクトの予算の制約。
張力負荷セルは、張力力を測定するように特異的に設計されています。これらは、何かを引っ張っている量を測定する必要があるアプリケーションに最適です。 Arduinoで効果的に使用する方法は次のとおりです。
- 張力荷重セル：プロジェクトの適切な力範囲と取り付けオプションを持つロードセルを選択します[9]。
-HX711アンプ：HX711は、負荷セル用に設計された特殊なアンプです。ロードセルからの小さな電圧の変化を増幅し、Arduino [7]で簡単に読むことができるデジタル出力を提供します。
-Arduinoボード：Arduino UnoまたはNanoは、ほとんどの力測定アプリケーションに適しています[1]。
- ワイヤーの接続：ロードセル、アンプ、およびArduino [1]を接続するため。
- 電源：HX711およびArduinoの安定した5V電源[5]。
1。励起電圧（E+およびE-）：loadセルからE+（励起陽性）およびE-（励起陰性）ワイヤをHX711の対応するE+およびE-PINに接続します[7]。これらのピンは、荷重セル内のホイートストーンブリッジへの電力を提供します。
2。信号ワイヤ（A+およびA-）：ロードセルからA+（アンプ陽性）およびA-（アンプネガティブ）ワイヤをHX711のA+およびAピンに接続します[7]。これらのピンには、ホイートストーンブリッジからの小さな微分電圧信号があります。
1。データピン（DT）：HX711のDT（データ）ピンをArduinoのデジタルピンに接続します。たとえば、デジタルピンA1 [9]に接続します。
2。クロックピン（SCK）：HX711のSCK（クロック）ピンをArduinoの別のデジタルピンに接続します。たとえば、デジタルピンA0に接続します[9]。
3。POWER（VCCおよびGND）：HX711のVCCピンをArduinoの5Vピンに接続し、HX711のGNDピンをArduinoのGNDピンに接続します[5]。
ロードセルからの力測定を読むには、ArduinoにHX711ライブラリを使用する必要があります。このライブラリは、HX711アンプからデジタル出力を読み取るプロセスを簡素化します。
1。HX711ライブラリをインストールします。
-Arduino IDEを開きます。
- スケッチに移動>ライブラリを含める>ライブラリを管理します。
- 'HX711 'を検索し、Bogdan Necula [5]でライブラリをインストールします。
2。基本コード構造：
#include 'hx711.h '
#define dt_pin a1
#define sck_pin a0
HX711スケール;
void setup（）{
serial.begin（9600）;
scale.begin（dt_pin、sck_pin）;
scale.set_scale（）;
scale.tare（）;
}
void loop（）{
serial.print（ 'reading：'）;
serial.print（scale.get_units（）、1）;
serial.println（ 'kg '）;
遅延（1000）;
}
ライブラリを含める：
#include 'hx711.h '
HX711アンプを使用するために必要なライブラリが含まれています[9]。
ピンを定義する：
#define dt_pin a1
そして
#define sck_pin a0
HX711のDTおよびSCKピンに接続されたArduinoピンを定義します[9]。
HX711オブジェクトを作成します：
HX711スケール;
HX711クラス[9]のオブジェクトを作成します。
シリアル通信の初期化：
serial.begin（9600）;
シリアルモニターに測定値を表示するためのシリアル通信を初期化します[9]。
スケールの開始：
scale.begin（dt_pin、sck_pin）;
指定されたピンでHX711を初期化します[9]。
スケールの設定：
scale.set_scale（）;
スケーリング係数を設定します。これは後で調整されます[9]。
暴行：
scale.tare（）;
現在の読み取り値をゼロとして設定します[9]。
値の読み取りと印刷： で
ループ（）
関数、
scale.get_units（）
力測定を読み取り、
serial.print（）
シリアルモニター[9]に値を表示します。
正確な力測定を取得するには、キャリブレーションが重要です。次の手順では、キャリブレーションプロセスの概要を説明します。
1.既知の重みを決定する：測定すると予想される力の範囲をカバーする既知の重みのセットを収集します[9]。
2。既知のウェイトを荷重セルに配置します：各既知の重みを荷重セルに配置し、シリアルモニターから対応する測定値を記録します[9]。
3。キャリブレーション係数を計算します。次の式を使用して、キャリブレーション係数を計算します。
キャリブレーション係数=（既知の重量） /（読書）
より正確な値を得るために、各重量から得られたキャリブレーション係数を平均します[9]。
4。コードを更新します：変更します
scale.set_scale（）
計算されたキャリブレーション係数を使用して、コードで機能します。例えば：
scale.set_scale（122.0）; // 122.0をキャリブレーション係数に置き換えます
- 一貫性のない測定値：荷重セルが安全に取り付けられ、外部振動にさらされていないことを確認します[4]。
- 漂流値：安定した電源を使用して、キャリブレーションの前にロードセルとHX711がウォームアップできるようにします[5]。
- 間違った値：配線とキャリブレーション係数を再確認します[4]。
デジタルスケールは、張力負荷セルとArduinoの一般的なアプリケーションです。ロードセルの上にプラットフォームを取り付けることにより、プラットフォームに配置されたオブジェクトの重みを測定できます[9]。 Arduinoは、LCD画面に重量を表示するか、さらなる分析のためにデータをコンピューターに送信できます[7]。
ロボット工学では、張力負荷セルを使用して、ロボットアームによって加えられた力を測定できます[9]。これにより、ロボットは、デリケートな組み立て操作や脆弱なオブジェクトの処理など、正確な力制御を必要とするタスクを実行できます[5]。
張力負荷セルは、材料の引張強度を測定するための材料テストに不可欠です[9]。制御された力をサンプルに適用し、結果として生じる変形を測定することにより、エンジニアは材料の特性を決定できます[7]。
- 費用対効果：Arduinoボードとフォースセンサーは、特殊な力測定装置と比較して比較的安価です[1]。
- 使いやすさ：Arduino IDEとライブラリはプログラミングプロセスを簡素化し、初心者がアクセスできるようにします[1]。
- 汎用性：Arduinoは他のセンサーやデバイスと簡単に統合でき、幅広いアプリケーションを可能にします[1]。
- カスタマイズ：Arduinoのオープンソースの性質により、コードの広範なカスタマイズと変更が可能になります[1]。
Arduinoを備えたセンサーテンションデバイスを使用することは、さまざまな用途での力測定のための多用途で費用対効果の高いソリューションです。動作原理を理解し、ハードウェアを適切にセットアップし、センサーを慎重に調整することにより、正確で信頼できる力測定を実現できます。デジタルスケール、ロボットアーム、または材料テストリグを構築するかどうかにかかわらず、センサーの張力とArduinoの組み合わせは、プロジェクトに強力なプラットフォームを提供します。
FSRは、その表面に適用される圧力の量に基づいて抵抗が変化するセンサーの一種です[1]。 Arduinoで使用する場合、通常、電圧分割構成[1]で接続されます。圧力が増加すると、FSRの抵抗が減少し、Arduinoが読み取る電圧が変化します[1]。この電圧の変化は、Arduinoによって解釈され、適用される力の量を決定できます[1]。
負荷セルは一般に、FSRと比較してより高い精度と信頼性を提供します[7]。彼らはひずみゲージを使用して力を測定し、より線形で安定した出力を提供します[7]。ただし、荷重セルは通常、より高価であり、HX711アンプなどのより複雑な回路を必要とします[7]。一方、FSRはより安価で使いやすいが、精度が低く、温度や表面上の力の分布などの要因の影響を受ける可能性がある[1]。
Arduinoに接続された荷重セルを校正するには、既知の重みが必要です[9]。まず、重量を適用しない（TARE）[9]で荷重セルからの生の測定値を記録します。次に、既知のウェイトを荷重セルに配置し、対応する測定値を記録します[9]。これらのデータポイントを使用して、キャリブレーション係数（重量と読み取りの比率）を計算します[9]。 Arduinoコードにこのキャリブレーション係数を適用して、生の読み取り値を正確な力測定に変換します[9]。
HX711は、負荷セル向けに設計された特殊なアンプです[7]。負荷セルは、多くの場合、ミリボルト範囲で、適用力に応答して非常に小さな電圧の変化を生成します[7]。 HX711はこの小さな電圧の変化を増幅し、Arduinoによって読みやすくなります[7]。また、安定した正確なデジタル出力を提供し、ノイズを減らし、力測定の全体的な精度を改善します[7]。
はい、単一のArduinoを備えた複数の力センサーを使用できますが、アプローチはセンサーのタイプに依存します[1]。 FSRの場合、それぞれが別のFSR回路に接続されているArduinoで複数のアナログピンを使用できます[1]。 HX711アンプを備えたロードセルの場合、各HX711に複数のデジタルピンが必要です[7]。ピンを使い果たした場合は、マルチプレクサを使用して、読み取ることができるセンサーの数を拡張できます[1]。複数のセンサーを使用すると、各センサーのデータを管理および処理するために、より複雑なコードが必要になる場合があることに留意してください[1]。
[1] https://www.youtube.com/watch?v=r7owtce6qcc
[2] https://forum.arduino.cc/t/arduino-force-pressure-sensor/957733
[3] https://huggingface.co/openbmb/viscpm-chat/raw/main/vocab.txt
[4] https://www.youtube.com/watch？v = jlctzvkvbu
[5] https://forum.arduino.cc/t/force-measuring-kit/697681
[6] https://uegeek.com/search.xml
[7] https://www.instructables.com/force-measurement-with-arduino-and-data-logger-gui/
[8] https://forum.arduino.cc/t/measuring-the-amount-of-force-applied-to-human/462844
[9] https://www.fibossensor.com/what-the-the-the-tension-load-cell-for-arduino-projects.html
