Pandangan: 222 Pengarang: Leah Menerbitkan Masa: 2025-02-18 Asal: Tapak
Menu Kandungan
>> Pertimbangan utama untuk memilih sensor ketegangan
● Aplikasi
● Peningkatan dan arah masa depan
>> 1. Apakah sensor ketegangan?
>> 2. Bagaimana alat pengukur terikan berfungsi?
>> 3. Bolehkah saya menggunakan sensor flex untuk mengukur ketegangan?
>> 4. Apakah peranan penguat HX711?
>> 5. Bagaimana saya menentukur sensor ketegangan?
● Petikan:
Pengukuran ketegangan adalah aspek kritikal dalam pelbagai aplikasi, mulai dari robotik dan teknologi yang boleh dipakai untuk pemantauan kesihatan struktur dan peralatan sukan. Keupayaan untuk mengukur ketegangan atau daya tarikan secara tepat adalah penting untuk memastikan keselamatan, mengoptimumkan prestasi, dan mencegah kegagalan. Dengan kedatangan mikrokontrol seperti Arduino, membina mudah Sistem pengukuran ketegangan telah menjadi lebih mudah dan kos efektif. Artikel ini meneroka komponen, teknik, dan pertimbangan yang terlibat dalam mewujudkan sistem sedemikian.
Sensor ketegangan adalah peranti yang direka khusus untuk mengukur daya menarik yang dikenakan pada kabel, rentetan, atau bahan fleksibel. Tidak seperti sensor mampatan yang mengukur daya tarikan, sensor ketegangan bertindak balas terhadap daya yang meregangkan atau memanjang elemen penderiaan. Memahami nuansa sensor ini adalah penting untuk pengumpulan dan tafsiran data yang tepat.
Beberapa jenis sensor boleh digunakan untuk pengukuran ketegangan dengan Arduino, masing -masing menawarkan ciri -ciri dan keupayaan yang unik:
- Sel beban: Sel beban digunakan secara meluas dalam aplikasi berat tetapi juga boleh disesuaikan untuk pengukuran ketegangan. Mereka beroperasi berdasarkan prinsip alat pengukur ketegangan, yang mengubah rintangan apabila diregangkan. Apabila daya tegangan digunakan, sel -sel beban berubah sedikit, menyebabkan alat pengukur terikan mengubah rintangan. Perubahan rintangan ini kemudiannya ditukar menjadi isyarat elektrik yang berkadar dengan daya yang digunakan. Sel beban dikenali kerana keteguhan dan ketepatannya, menjadikannya sesuai untuk menuntut aplikasi.
- Alat tolok: alat pengukur terikan adalah sensor rintangan yang mengukur ketegangan (ubah bentuk) bahan apabila tertakluk kepada tekanan. Mereka biasanya terikat ke permukaan objek di bawah ketegangan menggunakan pelekat khusus. Apabila objek itu tertakluk kepada daya tegangan, ia cacat, menyebabkan tolok terikan juga berubah. Pengubahsuaian ini mengubah rintangan tolok terikan, yang boleh diukur menggunakan litar jambatan wheatstone. Perubahan dalam rintangan adalah berkadar terus dengan ketegangan, yang membolehkan pengukuran ketegangan yang tepat.
- Memaksa perintang sensitif (FSRs): FSRs adalah perintang yang berubah -ubah yang rintangannya berubah dengan daya yang digunakan. Mereka mudah digunakan tetapi umumnya kurang tepat daripada sel beban atau alat pengukur terikan. FSR terdiri daripada filem polimer konduktif yang mengubah rintangan apabila tekanan digunakan pada permukaannya. Apabila daya tegangan meningkat, rintangan berkurangan. Perubahan dalam rintangan ini dapat diukur dengan mudah menggunakan litar pembahagi voltan, menjadikan FSRS pilihan mudah untuk prototaip cepat dan aplikasi mudah di mana ketepatan yang tinggi tidak kritikal.
- Sensor kapasitif: Sensor kapasitif mengesan perubahan kapasitansi yang disebabkan oleh ketegangan dalam kabel atau bahan. Mereka boleh diintegrasikan ke dalam pelbagai bahan, menyediakan kaedah bukan hubungan untuk pengesanan ketegangan. Sensor ini berfungsi dengan mengukur perubahan kapasitans antara dua plat konduktif kerana jarak di antara mereka berubah disebabkan oleh ketegangan. Mereka boleh menjadi sangat berguna dalam aplikasi di mana hubungan fizikal dengan bahan di bawah ketegangan tidak diingini.
Apabila memilih sensor untuk pengesanan ketegangan dengan Arduino, pertimbangkan faktor berikut:
- Julat Pengukuran: Pastikan sensor dapat mengukur julat daya ketegangan yang dijangkakan tanpa melebihi kapasiti maksimumnya. Melebih -lebihkan sensor boleh merosakkannya atau membawa kepada pembacaan yang tidak tepat.
- Kepekaan: Kepekaan yang lebih tinggi membolehkan pengukuran yang lebih tepat, terutamanya apabila berurusan dengan daya ketegangan kecil. Sensitiviti merujuk kepada perubahan isyarat output per unit perubahan dalam daya input.
- Ketepatan: Tentukan tahap ketepatan yang diperlukan untuk permohonan anda. Ketepatan merujuk kepada sejauh mana bacaan sensor adalah nilai sebenar daya ketegangan.
- Penentukuran: Sesetengah sensor memerlukan penentukuran untuk memastikan pembacaan yang tepat. Penentukuran melibatkan penyesuaian output sensor untuk memadankan nilai ketegangan yang diketahui.
- Kerumitan Integrasi: Pilih sensor yang mudah diintegrasikan dengan persediaan Arduino sedia ada anda. Pertimbangkan keperluan pendawaian sensor, keperluan penyaman isyarat, dan perpustakaan yang ada.
- Kos: Keseimbangan kos sensor dengan prestasi dan ciri -cirinya. Sensor prestasi yang lebih tinggi sering datang dengan tag harga yang lebih tinggi.
Untuk membina sistem pengukur ketegangan yang mudah dengan Arduino, anda memerlukan komponen berikut:
1. Arduino Board: Arduino UNO atau papan yang serupa berfungsi sebagai mikrokontroler untuk memproses data sensor dan mengawal sistem. Arduino menyediakan kuasa pemprosesan yang diperlukan, memori, dan pin input/output untuk interfacing dengan sensor ketegangan dan komponen lain.
2. Sensor ketegangan: Pilih sensor ketegangan yang sesuai berdasarkan keperluan aplikasi anda (misalnya, sel beban, tolok terikan, atau FSR). Pilihan sensor bergantung kepada julat pengukuran, keperluan ketepatan, dan kerumitan integrasi projek anda.
3. Penguat isyarat (jika diperlukan): Beberapa sensor ketegangan, seperti sel beban, menghasilkan perubahan voltan yang sangat kecil yang memerlukan penguatan. Penguat HX711 biasanya digunakan untuk tujuan ini. HX711 adalah penguat khusus yang direka untuk menguatkan isyarat analog kecil dari sel beban dan mengubahnya menjadi isyarat digital yang dapat dibaca dengan mudah oleh Arduino.
4. Resistor: diperlukan untuk membuat pembahagi voltan atau litar bias untuk jenis sensor tertentu seperti FSR. Resistor digunakan untuk membuat litar pembahagi voltan, yang menukarkan perubahan rintangan FSR ke dalam isyarat voltan yang boleh dibaca oleh input analog Arduino.
5. Papan roti dan wayar pelompat: Untuk prototaip dan menghubungkan komponen. Papan roti menyediakan cara yang mudah untuk litar prototaip tanpa pematerian, manakala wayar jumper digunakan untuk membuat sambungan elektrik antara komponen.
6. Bekalan Kuasa: Menguasai Lembaga Arduino dan Sensor Ketegangan. Bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai adalah penting untuk memastikan pengukuran yang tepat dan konsisten.
7. Paparan (pilihan): Skrin LCD atau monitor bersiri boleh digunakan untuk memaparkan pengukuran ketegangan. Skrin LCD menyediakan paparan visual bacaan ketegangan, manakala monitor bersiri membolehkan anda melihat data pada komputer anda.
Pendawaian dan sambungan akan berbeza -beza bergantung kepada jenis sensor ketegangan yang anda pilih. Berikut adalah contoh cara menyambungkan perintang sensitif daya (FSR) ke Arduino:
1. Sambungkan satu hujung FSR ke bekalan 5V.
2. Sambungkan hujung FSR yang lain ke pin input analog pada Arduino (misalnya, A0).
3. Sambungkan perintang (misalnya, 10kΩ) dari pin input analog ke tanah untuk membuat pembahagi voltan.
FSR ----> Arduino A0
|
10kΩ perintang
|
Gnd
Dalam konfigurasi ini, FSR dan perintang 10kΩ membentuk pembahagi voltan. Apabila rintangan perubahan FSR dengan daya yang digunakan, voltan pada pin input analog berubah secara proporsional. Arduino kemudian boleh membaca voltan ini dan mengubahnya menjadi pengukuran ketegangan.
Untuk sel beban, sambungan biasanya melibatkan penguat HX711:
| Beban sel | HX711 |
|---|---|
| Merah (E+) | E+ |
| Hitam (e-) | E- |
| Putih (a-) | A- |
| Hijau (A+) | A+ |
Sambungkan HX711 ke Arduino seperti berikut:
| HX711 | Arduino |
|---|---|
| Dt | Pin 2 |
| SCK | Pin 3 |
| Vcc | 5v |
| Gnd | Gnd |
HX711 berkomunikasi dengan Arduino menggunakan antara muka siri. Pin DT (data) menghantar data sensor yang diperkuat dan digital, manakala pin SCK (jam bersiri) menyediakan isyarat masa untuk komunikasi. Dengan menyambungkan pin ini ke Arduino, anda boleh membaca pengukuran ketegangan dari sel beban.
Kod Arduino bergantung kepada jenis sensor dan fungsi yang dikehendaki. Berikut adalah contoh kod untuk membaca FSR dan memaparkan nilai pada monitor siri:
const int sensorpin = a0; // pin analog yang disambungkan ke FSR
const int resistorvalue = 10000; // rintangan perintang siri
void setup () {
Serial.Begin (9600); // memulakan komunikasi siri
}
void loop () {
int sensorValue = analOGREAD (sensorpin); // Baca nilai analog dari sensor
Serial.print ( 'nilai sensor: ');
Serial.println (SensorValue);
kelewatan (100); // Kelewatan untuk kestabilan
}
Kod ini membaca nilai analog dari FSR yang disambungkan ke pin input analog Arduino (A0). Fungsi `analogread ()` mengembalikan nilai antara 0 dan 1023, yang mewakili voltan pada pin input analog. Nilai ini kemudian dicetak ke monitor bersiri.
Untuk sel beban dengan penguat HX711, anda boleh menggunakan perpustakaan HX711:
#include 'hx711.h '
Skala HX711;
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 loop () {
Serial.print ( 'berat: ');
Serial.print (scale.get_units (), 1);
Serial.println ( 'g ');
kelewatan (1000);
}
Kod ini menggunakan perpustakaan HX711 untuk berinteraksi dengan penguat HX711. Skala `HX711;` Line mencipta contoh kelas HX711. `Scale.begin (dt_pin, sck_pin);` garis memulakan HX711 dengan data dan pin jam. `Scale.set_scale ();` garis menetapkan faktor penentukuran untuk sel beban. `Scale.tare ();` garis menetapkan titik sifar untuk sel beban. Fungsi `scale.get_units ()` mengembalikan berat badan dalam gram.
Penentukuran adalah penting untuk mendapatkan pengukuran ketegangan yang tepat. Proses penentukuran melibatkan membandingkan output sensor kepada nilai ketegangan yang diketahui dan menyesuaikan kod untuk mengimbangi sebarang kesilapan. Tanpa penentukuran yang betul, bacaan sensor mungkin tidak mencerminkan kekuatan ketegangan yang benar.
Untuk FSR, anda boleh mengkalibrasi dengan merakam nilai sensor pada daya yang berbeza dan mewujudkan pemetaan antara nilai dan daya yang sepadan. Pemetaan ini boleh dilaksanakan menggunakan jadual carian atau formula matematik.
Untuk sel beban, penentukuran biasanya melibatkan menggunakan berat yang diketahui. Catat bacaan mentah dari sel beban tanpa berat yang digunakan (TARE). Kemudian, letakkan berat yang diketahui pada sel beban dan rekod bacaan yang sepadan. Gunakan titik data ini untuk mengira faktor penentukuran (nisbah berat untuk membaca). Sapukan faktor penentukuran ini dalam kod Arduino anda untuk menukar bacaan mentah ke dalam pengukuran daya yang tepat. Semakin banyak titik data yang anda gunakan, semakin tepat penentukuran anda.
- Penapisan: Memohon penapis digital ke data sensor dapat mengurangkan bunyi bising dan meningkatkan ketepatan. Pemindahan penapis purata dan penapis Kalman biasanya digunakan untuk tujuan ini.
- Pampasan suhu: Perubahan suhu boleh menjejaskan pembacaan sensor. Melaksanakan teknik pampasan suhu dapat meningkatkan ketepatan ke atas suhu yang lebih luas.
- Pembalakan Data: Pembalakan data sensor ke kad SD atau platform awan membolehkan pemantauan dan analisis jangka panjang.
- Komunikasi tanpa wayar: Menambah modul komunikasi tanpa wayar (contohnya, Bluetooth atau WiFi) membolehkan pemantauan jauh pengukuran ketegangan.
Sistem pengukuran ketegangan dengan Arduino mempunyai pelbagai aplikasi:
- Robotics: Pemantauan beban pada lengan robot untuk memastikan operasi yang selamat dan mencegah beban. Dengan memantau ketegangan dalam kabel atau sendi lengan robot, anda dapat memastikan bahawa lengan tidak melebihi kapasiti beban maksimumnya.
- Teknologi yang boleh dipakai: Mengintegrasikan ke dalam pakaian untuk memantau aktiviti fizikal atau metrik kesihatan. Sebagai contoh, sensor ketegangan boleh diintegrasikan ke dalam pakaian olahraga untuk mengukur ketegangan otot semasa latihan atau pemulihan.
- Pemantauan kesihatan struktur: Mengesan tekanan di jambatan dan bangunan untuk mencegah kegagalan. Sensor ketegangan boleh dipasang pada unsur -unsur struktur kritikal untuk memantau tahap tekanan dan mengesan masalah yang berpotensi sebelum menyebabkan kegagalan bencana.
- Peralatan Sukan: Mengukur metrik prestasi seperti kekuatan cengkaman atau ketegangan otot. Sensor ketegangan boleh digunakan dalam peralatan sukan seperti raket tenis atau kelab golf untuk mengukur daya yang digunakan oleh atlet.
- Automasi Perindustrian: Beban pemantauan pada jentera untuk mengelakkan beban dan memastikan keselamatan. Sensor ketegangan boleh digunakan untuk memantau beban pada tali pinggang penghantar, kren, dan jentera perindustrian lain untuk mengelakkan beban dan memastikan operasi yang selamat.
Sistem pengukuran ketegangan asas yang diterangkan dalam artikel ini dapat dipertingkatkan dan diperluaskan lagi untuk memenuhi keperluan yang lebih spesifik. Sebagai contoh, mengintegrasikan pelbagai sensor dapat memberikan pemahaman yang lebih komprehensif tentang pengagihan ketegangan dalam sistem. Menambah mekanisme kawalan maklum balas boleh membenarkan sistem untuk menyesuaikan tahap ketegangan secara automatik berdasarkan pembacaan sensor. Selain itu, menggabungkan algoritma pembelajaran mesin boleh membolehkan sistem belajar dari data sejarah dan meramalkan trend ketegangan masa depan.
Sebagai kemajuan teknologi, kita boleh mengharapkan untuk melihat sistem pengukur ketegangan yang lebih canggih berdasarkan Arduino dan mikrokontroler lain. Sistem ini akan memainkan peranan yang semakin penting dalam pelbagai aplikasi, dari memastikan keselamatan infrastruktur kami untuk meningkatkan prestasi atlet kami.
Membina sistem pengukuran ketegangan mudah dengan Arduino adalah penyelesaian serba boleh dan kos efektif untuk pengukuran daya dalam pelbagai aplikasi. Dengan memahami prinsip operasi, dengan betul menubuhkan perkakasan, dan dengan teliti menentukur sensor, anda boleh mencapai pengukuran daya yang tepat dan boleh dipercayai. Sama ada anda membina skala digital, lengan robot, atau rig ujian bahan, gabungan sensor ketegangan dan Arduino menyediakan platform yang kuat untuk projek anda.
Sensor ketegangan adalah peranti yang mengukur daya menarik yang dikenakan pada kabel, rentetan, atau bahan fleksibel yang lain. Tidak seperti sensor mampatan, sensor ketegangan bertindak balas terhadap daya yang meregangkan atau memanjangkan elemen penderiaan.
Alat tolok beroperasi berdasarkan prinsip bahawa rintangan elektrik mereka berubah apabila mereka tertakluk kepada tekanan atau ketegangan mekanikal. Mereka biasanya terikat pada permukaan objek di bawah ketegangan, dan sebagai objek ubah bentuk, tolok terikan juga berubah bentuk, menyebabkan perubahan rintangan yang dapat diukur.
Sensor flex biasanya digunakan untuk mengukur lenturan atau lenturan, tetapi mereka boleh disesuaikan untuk pengukuran ketegangan dalam aplikasi tertentu. Dengan melampirkan sensor flex ke bahan yang fleksibel di bawah ketegangan, sensor dapat mengesan jumlah lenturan yang disebabkan oleh daya ketegangan.
HX711 adalah penguat khusus yang direka untuk sel beban. Sel beban menghasilkan perubahan voltan yang sangat kecil sebagai tindak balas kepada daya yang digunakan, selalunya dalam julat millivolt. HX711 menguatkan perubahan voltan kecil ini, menjadikannya boleh dibaca oleh Arduino. Ia juga menyediakan output digital yang stabil dan tepat, mengurangkan bunyi dan meningkatkan ketepatan keseluruhan pengukuran daya.
Untuk menentukur sensor ketegangan yang disambungkan ke Arduino, anda memerlukan berat atau daya yang diketahui. Pertama, rekod bacaan mentah dari sensor tanpa daya yang digunakan (TARE). Kemudian, gunakan berat atau daya yang diketahui kepada sensor dan rekod bacaan yang sepadan. Gunakan titik data ini untuk mengira faktor penentukuran (nisbah daya untuk membaca). Sapukan faktor penentukuran ini dalam kod Arduino anda untuk menukar bacaan mentah ke dalam pengukuran daya yang tepat.
[1] https://www.youtube.com/watch?v=r7owtce6qqc
[2] https://www.fibossensor.com/what-sensors-work-best-with-arduino-for-tensi-detection.html
[3] https://www.youtube.com/watch?v=vqwjzteggc4
[4] https://www.fibossensor.com/how-can-i-use-a-sensor-tension-with-arduino-for-force-measurement.html
[5] https://www.youtube.com/watch?v=azmdrsyml_o
[6] https://forum.arduino.cc/t/looking-for-a-tension-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
