Görünümler: 222 Yazar: Leah Publish Saat: 2025-02-18 Köken: Alan
İçerik Menüsü
● Gerilim sensörlerini anlamak
>> Bir gerginlik sensörü seçmek için temel hususlar
● Başvuru
● Geliştirmeler ve gelecekteki talimatlar
● Çözüm
● SSS
>> 2. Gerinim ölçerleri nasıl çalışır?
>> 3. Gerilimi ölçmek için Flex Sensörleri kullanabilir miyim?
>> 4. HX711 amplifikatörünün rolü nedir?
>> 5. Bir gerginlik sensörünü nasıl kalibre edebilirim?
Gerilim ölçümü, robotik ve giyilebilir teknolojiden yapısal sağlık izleme ve spor ekipmanlarına kadar çok sayıda uygulamada kritik bir konudur. Güvenliği sağlamak, performansı optimize etmek ve başarısızlıkları önlemek için gerginliği veya çekme kuvvetini doğru bir şekilde ölçme yeteneği esastır. Arduino gibi mikrodenetleyicilerin ortaya çıkmasıyla, basit bir Gerilim ölçüm sistemi daha erişilebilir ve uygun maliyetli hale gelmiştir. Bu makale, böyle bir sistem yaratmada yer alan bileşenleri, teknikleri ve hususları araştırmaktadır.
Gerilim sensörleri, bir kablo, ip veya herhangi bir esnek malzeme üzerine uygulanan çekme kuvvetini ölçmek için özel olarak tasarlanmış cihazlardır. İtme kuvvetlerini ölçen sıkıştırma sensörlerinin aksine, gerilim sensörleri algılama elemanını geren veya uzatan kuvvetlere yanıt verir. Bu sensörlerin nüanslarını anlamak, doğru veri toplama ve yorumlama için gereklidir.
Arduino ile gerginlik ölçümü için çeşitli sensör türleri kullanılabilir, her biri benzersiz özellikler ve yetenekler sunar:
- Yük hücreleri: Yük hücreleri tartım uygulamalarında yaygın olarak kullanılır, ancak gerginlik ölçümü için de uyarlanabilir. Gerildiğinde direnci değiştiren gerinim göstergeleri prensibi üzerinde çalışırlar. Bir gerilme kuvveti uygulandığında, yük hücresi hafifçe deforme olur, bu da gerinim göstergelerinin direnç değiştirmesine neden olur. Bu direnç değişiklikleri daha sonra uygulanan kuvvetle orantılı bir elektrik sinyaline dönüştürülür. Yük hücreleri, sağlamlıkları ve doğrulukları ile bilinir, bu da onları zorlu uygulamalara uygun hale getirir.
- Gerinim göstergeleri: Gerinim göstergeleri, strese maruz kaldığında bir malzemenin suşunu (deformasyon) ölçen dirençli sensörlerdir. Özel bir yapıştırıcı kullanılarak tipik olarak gerginlik altındaki nesnenin yüzeyine bağlanırlar. Nesne bir gerilme kuvvetine tabi tutulduğunda, deforme olur ve gerinim göstergesinin de deforme olmasına neden olur. Bu deformasyon, bir buğday taşı köprü devresi kullanılarak ölçülebilen gerinim ölçümünün direncini değiştirir. Dirençteki değişiklik, gerginliğin hassas ölçülmesine izin veren suşla doğru orantılıdır.
- Koruma Duyarlı Dirençler (FSR'ler): FSR'ler, direnci uygulanan kuvvetle değişen değişken dirençlerdir. Kullanımı basittir, ancak genellikle yük hücreleri veya gerinim göstergelerinden daha az doğrudur. FSR'ler, yüzeyine basınç uygulandığında direnci değiştiren iletken bir polimer filminden oluşur. Çekme kuvveti arttıkça direnç azalır. Dirençteki bu değişiklik, bir voltaj bölücü devresi kullanılarak kolayca ölçülebilir, bu da FSR'leri hızlı prototipleme ve yüksek doğruluğun kritik olmadığı basit uygulamalar için uygun bir seçenek haline getirir.
- Kapasitif sensörler: Kapasitif sensörler, bir kablo veya malzemede gerilimin neden olduğu kapasitanstaki değişiklikleri tespit eder. Gerilim tespiti için temassız bir yöntem sağlayarak çeşitli malzemelere entegre edilebilirler. Bu sensörler, aralarındaki mesafe gerilim nedeniyle değiştikçe iki iletken plaka arasındaki kapasitans değişikliğini ölçerek çalışır. Özellikle gerilim altındaki materyalle fiziksel temasın istenmeyen uygulamalarda yararlı olabilirler.
Arduino ile gerginlik tespiti için bir sensör seçerken aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurun:
- Ölçüm aralığı: Sensörün, maksimum kapasitesini aşmadan beklenen gerilim kuvvetleri aralığını ölçebileceğinden emin olun. Bir sensörün aşırı yüklenmesi ona zarar verebilir veya yanlış okumalara yol açabilir.
- Hassasiyet: Daha yüksek hassasiyet, özellikle küçük gerilim kuvvetleriyle uğraşırken daha hassas ölçümlere izin verir. Duyarlılık, giriş kuvvetindeki birim değişim başına çıkış sinyalindeki değişikliği ifade eder.
- Doğruluk: Uygulamanız için gereken doğruluk seviyesini belirleyin. Doğruluk, sensörün okumalarının gerilim kuvvetinin gerçek değerine ne kadar yakın olduğunu ifade eder.
- Kalibrasyon: Bazı sensörler doğru okumaları sağlamak için kalibrasyon gerektirir. Kalibrasyon, sensörün çıkışının bilinen gerilim değerlerine uyacak şekilde ayarlanmasını içerir.
- Entegrasyon karmaşıklığı: Mevcut Arduino kurulumunuzla entegre edilmesi kolay bir sensör seçin. Sensörün kablolama gereksinimlerini, sinyal koşullandırma ihtiyaçlarını ve mevcut kütüphaneleri göz önünde bulundurun.
- Maliyet: Sensörün maliyetini performansı ve özellikleri ile dengeleyin. Daha yüksek performanslı sensörler genellikle daha yüksek bir fiyat etiketi ile gelir.
Arduino ile basit bir gerilim ölçüm sistemi oluşturmak için aşağıdaki bileşenlere ihtiyacınız olacak:
1. Arduino kartı: Bir Arduino UNO veya benzeri kart, sensör verilerini işlemek ve sistemi kontrol etmek için mikrodenetleyici görevi görür. Arduino, gerilim sensörü ve diğer bileşenlerle arayüzlemek için gerekli işleme gücü, bellek ve giriş/çıkış pimlerini sağlar.
2. Gerilim Sensörü: Uygulama gereksinimlerinize göre uygun bir gerilim sensörü seçin (örn. Yük hücresi, gerinim ölçer veya FSR). Sensör seçimi, projenizin ölçüm aralığına, doğruluk gereksinimlerine ve entegrasyon karmaşıklığına bağlı olacaktır.
3. Sinyal amplifikatörü (gerekirse): Yük hücreleri gibi bazı gerginlik sensörleri, amplifikasyon gerektiren çok küçük voltaj değişiklikleri üretir. Bu amaç için yaygın olarak bir HX711 amplifikatörü kullanılır. HX711, küçük analog sinyalleri yük hücrelerinden yükseltmek ve bunları Arduino tarafından kolayca okunabilen dijital sinyallere dönüştürmek için tasarlanmış özel bir amplifikatördür.
4 Dirençler: FSR'ler gibi belirli sensör türleri için voltaj bölücüler veya önyargı devreleri oluşturmak için gereklidir. Dirençler, FSR'nin direncindeki değişimi Arduino'nun analog girişi tarafından okunabilen bir voltaj sinyaline dönüştüren bir voltaj bölücü devresi oluşturmak için kullanılır.
5. Breadboard ve jumper telleri: Bileşenlerin prototiplenmesi ve bağlanması için. Bir breadboard, lehimleme olmadan devreleri prototiplemek için uygun bir yol sağlarken, jumper telleri bileşenler arasında elektrik bağlantıları yapmak için kullanılır.
6. Güç kaynağı: Arduino kartına ve gerilim sensörüne güç vermek. Doğru ve tutarlı ölçümlerin sağlanması için istikrarlı ve güvenilir bir güç kaynağı esastır.
7. Ekran (isteğe bağlı): Gerilim ölçümlerini görüntülemek için bir LCD ekranı veya seri monitör kullanılabilir. LCD ekranı, gerilim okumalarının görsel bir görüntüsünü sağlarken, seri monitör bilgisayarınızdaki verileri görüntülemenize izin verir.
Kablolama ve bağlantılar, seçtiğiniz gerilim sensörünün türüne bağlı olarak değişecektir. İşte bir kuvvete duyarlı dirençin (FSR) bir Arduino'ya nasıl bağlanacağına bir örnek:
1. FSR'nin bir ucunu 5V beslemeye bağlayın.
2. FSR'nin diğer ucunu Arduino'daki bir analog giriş pimine bağlayın (örn. A0).
3. Bir voltaj bölücü oluşturmak için bir direnç (örn. 10kΩ) analog giriş piminden yere bağlayın.
FSR ----> Arduino A0
|
10kΩ direnç
|
Gnd
Bu konfigürasyonda, FSR ve 10KΩ direnç bir voltaj bölücü oluşturur. FSR'nin direnci uygulanan kuvvetle değiştikçe, analog giriş pimindeki voltaj orantılı olarak değişir. Arduino daha sonra bu voltajı okuyabilir ve bir gerilim ölçümüne dönüştürebilir.
Yük hücreleri için, bağlantılar genellikle bir HX711 amplifikatörü içerir:
| Yük hücresi | HX711 |
|---|---|
| Kırmızı (E+) | E+ |
| Siyah (E-) | E- |
| Beyaz (A-) | A- |
| Yeşil (A+) | A+ |
HX711'i Arduino'ya aşağıdaki gibi bağlayın:
| HX711 | Arduino |
|---|---|
| DT | Pim 2 |
| Sck | Pim 3 |
| VCC | 5V |
| Gnd | Gnd |
HX711, bir seri arayüz kullanarak Arduino ile iletişim kurar. DT (veri) pimi, amplifiye edilmiş ve sayısallaştırılmış sensör verilerini iletirken, SCK (seri saat) pimi iletişim için zamanlama sinyalini sağlar. Bu pimleri Arduino'ya bağlayarak, yük hücresinden gerilim ölçümlerini okuyabilirsiniz.
Arduino kodu, sensör türüne ve istenen işlevselliğe bağlı olacaktır. İşte bir FSR okumak ve seri monitördeki değerleri görüntülemek için bir kod örneği:
const int sensorpin = a0; // FSR'ye bağlı analog pin
const int direnç = 10000; // Seri dirençinin direnci
void setup () {
Serial.Begin (9600); // seri iletişimi başlatın
}
void loop () {
int sensorValue = analogread (sensorpin); // sensörden analog değeri okuyun
Serial.print ( 'sensör değeri: ');
Serial.println (sensorValue);
gecikme (100); // Kararlılık için gecikme
}
Bu kod, Arduino'nun analog giriş pimine (A0) bağlı FSR'den analog değeri okur. `Analogread ()` işlevi, analog giriş pimindeki voltajı temsil eden 0 ile 1023 arasında bir değer döndürür. Bu değer daha sonra seri monitöre yazdırılır.
HX711 amplifikatörüne sahip bir yük hücresi için HX711 kitaplığını kullanabilirsiniz:
#include 'hx711.h '
HX711 ölçeği;
const int dt_pin = 2;
const int sck_pin = 3;
void setup () {
Serial.Begin (9600);
Scale.Begin (dt_pin, sck_pin);
skala.set_scale ();
scale.Tare ();
}
void loop () {
Serial.print ( 'ağırlık: ');
Serial.print (skala.get_units (), 1);
Serial.println ( 'g ');
gecikme (1000);
}
Bu kod, HX711 amplifikatörüyle arayüz oluşturmak için HX711 kitaplığını kullanır. `HX711 ölçeği;` Hat, HX711 sınıfının bir örneğini oluşturur. `Scale.begin (dt_pin, sck_pin);` `satır, HX711'i veri ve saat pimleriyle başlatır. `Scale.set_scale ();` hat, yük hücresi için kalibrasyon faktörünü ayarlar. `Scale.are ();` Hat, yük hücresi için sıfır noktayı ayarlar. `Scale.get_units ()` işlevi ağırlığı gram olarak döndürür.
Kalibrasyon, doğru gerilim ölçümleri elde etmek için çok önemlidir. Kalibrasyon işlemi, sensörün çıkışının bilinen gerilim değerleriyle karşılaştırılmasını ve herhangi bir hatayı telafi etmek için kodu ayarlamayı içerir. Uygun kalibrasyon olmadan, sensörün okumaları gerçek gerilim kuvvetini doğru bir şekilde yansıtmayabilir.
FSR'ler için, farklı bilinen kuvvetlerde sensör değerlerini kaydederek ve değerler ve karşılık gelen kuvvetler arasında bir eşleme oluşturarak kalibre edebilirsiniz. Bu eşleme bir arama tablosu veya matematiksel bir formül kullanılarak uygulanabilir.
Yük hücreleri için kalibrasyon tipik olarak bilinen ağırlıkların kullanılmasını içerir. Ağırlık uygulanmadan (TARE) yük hücresinden ham okumaları kaydedin. Ardından, bilinen ağırlıkları yük hücresine yerleştirin ve ilgili okumaları kaydedin. Bir kalibrasyon faktörü (ağırlığın okumaya oranı) hesaplamak için bu veri noktalarını kullanın. Ham okumaları doğru kuvvet ölçümlerine dönüştürmek için bu kalibrasyon faktörünü Arduino kodunuza uygulayın. Ne kadar çok veri noktasını kullanırsanız, kalibrasyonunuz o kadar doğru olacaktır.
- Filtreleme: Dijital filtreleri sensör verilerine uygulamak gürültüyü azaltabilir ve doğruluğu artırabilir. Hareketli ortalama filtreler ve Kalman filtreleri bu amaç için yaygın olarak kullanılır.
- Sıcaklık telafisi: Sıcaklık değişiklikleri sensörün okumalarını etkileyebilir. Sıcaklık telafisi tekniklerinin uygulanması, daha geniş bir sıcaklık aralığında doğruluğu artırabilir.
- Veri Günlüğü: Sensör verilerini bir SD kart veya bulut platformuna kaydetmek uzun süreli izleme ve analizlere izin verir.
- Kablosuz iletişim: Kablosuz iletişim modülü (örn., Bluetooth veya WiFi) ekleme, gerilim ölçümlerinin uzaktan izlenmesini sağlar.
Arduino ile gerilim ölçüm sistemleri çok çeşitli uygulamalara sahiptir:
- Robotik: Güvenli çalışmayı sağlamak ve aşırı yüklemeyi önlemek için robotik kollardaki yükün izlenmesi. Robotik bir kolun kablolarındaki veya eklemlerindeki gerilimi izleyerek, kolun maksimum yük kapasitesini aşmamasını sağlayabilirsiniz.
- Giyilebilir teknoloji: Fiziksel aktiviteyi veya sağlık metriklerini izlemek için giysilere entegre. Örneğin, egzersiz veya rehabilitasyon sırasında kas gerginliğini ölçmek için gerilim sensörleri atletik kıyafetlere entegre edilebilir.
- Yapısal sağlık izleme: Arızaları önlemek için köprülerde ve binalarda stresin tespit edilmesi. Gerilim sensörleri, stres seviyelerini izlemek ve felaket başarısızlıklarına yol açmadan önce potansiyel sorunları tespit etmek için kritik yapısal elementlere kurulabilir.
- Spor Ekipmanları: Kavrama gücü veya kas gerginliği gibi performans metriklerinin ölçülmesi. Gerilim sensörleri, sporcu tarafından uygulanan gücü ölçmek için tenis raketleri veya golf kulüpleri gibi spor ekipmanlarında kullanılabilir.
- Endüstriyel otomasyon: Aşırı yükü önlemek ve güvenliği sağlamak için makinedeki yükün izlenmesi. Gerilim sensörleri, aşırı yükü önlemek ve güvenli çalışmayı sağlamak için konveyör bantları, vinçler ve diğer endüstriyel makinelerdeki yükü izlemek için kullanılabilir.
Bu makalede açıklanan temel gerilim ölçüm sistemi daha da geliştirilebilir ve daha spesifik ihtiyaçları karşılamak için genişletilebilir. Örneğin, çoklu sensörlerin entegre edilmesi, bir sistemdeki gerilim dağılımının daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlayabilir. Geri besleme kontrol mekanizmaları eklemek, sistemin gerilim seviyelerini sensör okumalarına göre otomatik olarak ayarlamasına izin verebilir. Ayrıca, makine öğrenme algoritmalarının dahil edilmesi, sistemin tarihsel verilerden öğrenmesini ve gelecekteki gerginlik eğilimlerini öngörmesini sağlayabilir.
Teknoloji ilerledikçe, Arduino ve diğer mikrodenetleyicilere dayanan daha sofistike gerilim ölçüm sistemleri görmeyi bekleyebiliriz. Bu sistemler, altyapımızın güvenliğini sağlamaktan sporcularımızın performansını artırmaya kadar çok çeşitli uygulamalarda giderek daha önemli bir rol oynayacaktır.
Arduino ile basit bir gerilim ölçüm sistemi oluşturmak, çeşitli uygulamalarda kuvvet ölçümü için çok yönlü ve uygun maliyetli bir çözümdür. Çalışma ilkelerini anlayarak, donanımı düzgün bir şekilde ayarlayarak ve sensörü dikkatlice kalibre ederek doğru ve güvenilir kuvvet ölçümleri elde edebilirsiniz. İster dijital bir ölçek, ister robotik bir kol veya bir malzeme test teçhizatı inşa edin, gerginlik sensörleri ve Arduino kombinasyonu projeleriniz için güçlü bir platform sağlar.
Gerilim sensörü, bir kablo, ip veya diğer esnek malzemelere uygulanan çekme kuvvetini ölçen bir cihazdır. Sıkıştırma sensörlerinden farklı olarak, gerginlik sensörleri algılama elemanını geren veya uzatan kuvvetlere yanıt verir.
Gerinim göstergeleri, mekanik strese veya gerginliğe maruz kaldıklarında elektrik direncinin değiştiği prensibine göre çalışır. Tipik olarak gerginlik altındaki nesnenin yüzeyine bağlanırlar ve nesne deforme olduğu gibi, gerinim ölçer de deforme olur ve ölçülebilen dirençte bir değişikliğe neden olur.
Esnek sensörler tipik olarak bükülmeyi veya esnekliği ölçmek için kullanılır, ancak belirli uygulamalarda gerilim ölçümü için uyarlanabilirler. Gerilim altında esnek bir malzemeye bir esnek sensör takarak, sensör gerilim kuvvetinin neden olduğu bükme miktarını tespit edebilir.
HX711, yük hücreleri için tasarlanmış özel bir amplifikatördür. Yük hücreleri, genellikle Millivolt aralığında uygulanan kuvvete yanıt olarak çok küçük voltaj değişiklikleri üretir. HX711, bu küçük voltaj değişikliğini güçlendirerek Arduino tarafından okunabilir hale getirir. Ayrıca, gürültüyü azaltan ve kuvvet ölçümünün genel hassasiyetini artıran kararlı ve doğru bir dijital çıktı sağlar.
Arduino'ya bağlı bir gerilim sensörünü kalibre etmek için bilinen ağırlıklara veya kuvvetlere ihtiyacınız olacak. İlk olarak, hiçbir kuvvet uygulanmadan (TARE) sensörden ham okumaları kaydedin. Ardından, sensöre bilinen ağırlıklar veya kuvvetler uygulayın ve ilgili okumaları kaydedin. Bir kalibrasyon faktörü (kuvvetin okumaya oranı) hesaplamak için bu veri noktalarını kullanın. Ham okumaları doğru kuvvet ölçümlerine dönüştürmek için bu kalibrasyon faktörünü Arduino kodunuza uygulayın.
[1] https://www.youtube.com/watch?v=r7owtce6qqc
[2] https://www.fibossensor.com/what-sensors-work-best-with-arduino-for-tense-detection.html
[3] https://www.youtube.com/watch?v=VQWJZTEGGC4
[4] https://www.fibossensor.com/how-can-i-a-a--sensor-tension-with-arduino-for-force-measurement.html
[5] https://www.youtube.com/watch?v=azmdrsyml_o
[6] https://forum.arduino.cc/t/look-for-a-se-sensor-not-load-sensor/1017088
[7] https://www.instructables.com/arduino-presure-sensor-fsr-with-lcd-display/
[8] https://forum.arduino.cc/t/tentionsor-section/564801
