Датчик изгиба, также называемый флекс-датчиком (flex sensor, bend sensor), можно использовать для обнаружения отклонения путем измерения изменения сопротивления, возникающего при сгибании датчика. Когда его подложка изгибается, датчик изгиба (на основе резистивных углеродных элементов) создает выходное сопротивление, пропорциональное радиусу изгиба (чем меньше радиус, тем выше значение сопротивления).
Согласно техническому описанию, датчик имеет плоское сопротивление 25 кОм и изменение сопротивления по изгибу от 45 кОм до 125 кОм (±30%) в зависимости от радиуса изгиба. Быстрый тест подтвердил это с помощью мультиметра — смотрите показания от горизонтального положения до изгиба более 45°.
Внимание: следите за тем, чтобы не согнуть основание датчика, так как это может привести к поломке!
По сути, гибкий датчик представляет собой переменный резистор, который реагирует на кривизну, поэтому можем сделать делитель потенциала, используя вместе с ним постоянный резистор, чтобы разделить приложенное напряжение между датчиком сгиба и постоянным резистором. Тогда выходное напряжение (Vo) будет близко к 2,7 В, когда FSR находится в плоском состоянии. Если согнем датчик, он может иметь сопротивление 50 кОм или более, поэтому выходное напряжение будет выше 3 В. Очевидно, что если вместо резистора 22 кОм используется резистор с более высоким номиналом (например, 47 кОм), можно ожидать полного размаха выходного напряжения.
При использовании резистора 47 кОм колебание выходного напряжения при 5 В питания составляет от 1,7 В (прямой) до более 2,6 В (согнутый). Пиковое выходное напряжение составляло около 3 В.
Следующее — стандартное решение на основе операционного усилителя для буферизации выходного сигнала. Низкий ток смещения буфера уменьшит потенциальные ошибки из-за сопротивления источника гибкого датчика в качестве делителя напряжения.
Кроме того, с небольшой модификацией получается переключатель с регулируемым порогом отклонения. Он может давать низкий или высокий выходной сигнал в зависимости от состояния датчика изгиба (плоский = низкий, изгиб = высокий потенциал). Светодиод 1 здесь дает визуальный сигнал, но можете использовать выход операционного усилителя для управления реле или чем-то еще через транзистор. Вот макет переключателя порога отклонения. Использовался ползунковый потенциометр в быстрой тестовой схеме.
Хотя датчик изгиба не может точно измерить саму величину отклонения, его можно использовать для обнаружения факта отклонения во многих устройствах, включая робототехнику и биометрию. Например, для управления движениями манипуляторов в робототехнике или создавать игровые перчатки виртуальной реальности (биометрия). Его также можно использовать в устройствах безопасности, музыкальных инструментах, автомобильных системах и продуктах для фитнеса.
Есть несколько важных вещей, о которых следует помнить работая с датчиком изгиба. Прежде всего обратите внимание, что изгиб может быть обнаружен только в одном направлении, и нужно согнуть его не менее чем на 10°, чтобы получить ощутимое изменение значения сопротивления. Изгиб основания датчика сломает его соединительные клеммы. Аналогичным образом, изгиб датчика более чем на 90° в одной точке может привести к его повреждению, поэтому всегда сгибайте его по радиусу.
А далее, используя M5 Stack Atom Lite, настроим его для считывания выходных значений датчика гибкости через последовательный монитор Arduino. Схема аппаратной настройки показана ниже. Обратите внимание, что использовался разъем GROVE и перемычку для макетной платы, чтобы соединить аппаратные части вместе.
Вот небольшая программа к Arduino IDE для M5Stack Atom Lite. Скопируйте и вставьте это в свою среду разработки Arduino IDE.
#include <M5Atom.h>
void setup()
{
M5.begin(true, false,
true);M5.dis.fillpix(0x00ffff); //Aqua LED
pinMode(GPIO_NUM_32,
INPUT); //Flex Sensor Input G32}
void loop()
{
Serial.printf(“FLEX
SENSOR VALUE: %d\n”, analogRead(GPIO_NUM_32));delay(1000);
}
Это результат, отображаемый серийным монитором. Посмотрите, значения изгиба выделены цветом.
Кроме того, M5 Stack Atom Lite может подключаться к внешним датчикам и исполнительным механизмам через 6 GPIO (PIN-порты G19, G21, G22, G23, G25, G33). Плата Atom Lite также оснащена инфракрасным светодиодом, светодиодом RGB, кнопками и разъемом GROVE. А встроенный порт USB Type-C обеспечивает быструю загрузку и выполнение программ.
Датчик гибкости в этом случае работает с напряжением 3,3 В, поступающим от внутреннего регулятора напряжения Atom Lite, так что выходной диапазон датчика гибкости составляет от минимума 0 В до максимума 3 В и, таким образом, подходит для АЦП Atom Lite.
Как видите, всего за несколько минут мы разобрались с этими датчиками гибкости, начиная с простого аналогового делителя потенциала, затем перешли к схемам на операционных усилителях и, наконец, достигли работы датчика с цифровой электроникой во главе с Ардуино!
