Một trong những học sinh của tôi đang có kế hoạch tạo ra một bàn phím âm nhạc đơn giản với bộ vi điều khiển PIC, sử dụng đầu ra MIDI.
Vấn đề chính bây giờ là về cảm biến áp suất / lực. Tôi đã tìm thấy một sự thay thế tốt trong câu hỏi này về flexiforce .
Tôi tự hỏi nếu có một sự thay thế cảm biến đơn giản hơn, không có ampops, sẽ được sử dụng trong đầu vào AD.
Cảm ơn.
Câu trả lời:
Một bàn phím đơn giản có khả năng sẽ không có cảm biến lực. Hầu hết các bàn phím pro chỉ có cảm biến vận tốc, tức là phát hiện hai vị trí riêng biệt (nhả và ấn) và xác định vận tốc từ thời điểm giữa. Trong số những người có cảm biến áp lực, nó thường không phải là cá nhân trên mỗi phím. Xem áp lực kênh . Tôi thực sự muốn xem kết quả của bạn!
Câu hỏi này có vẻ liên quan đến câu hỏi mà tôi đã hỏi một lúc trước . Nếu độ chính xác không phải là mối quan tâm chính của bạn, bộ chia điện áp đơn giản có thể đủ. Hãy xem hướng dẫn này về cách chế tạo cảm biến áp suất rất rẻ từ bọt chống tĩnh điện, dẫn điện.
Có nhiều cách để làm điều đó. Tôi sẽ giải thích một thiết kế rất hiệu quả và khá khéo léo. Đó là thiết kế của LinnStrument . Bạn có thể có một cái nhìn vào bảng cảm biến của nó . Vì tôi không làm thiết kế cảm biến, tôi cũng không sở hữu LinnStrument, nên dưới đây tất cả là kết quả của kỹ thuật đảo ngược và có thể không phù hợp với thiết kế ban đầu. Chắc chắn các lựa chọn cơ học và vật liệu không.
TL; DR: Có thể quét mặt phẳng cảm biến LinnStrument bằng cách sử dụng không có gì ngoài chân MCU và điện trở trên mỗi cột. Không cần op-amps bên ngoài cũng như bộ ghép kênh.
Bảng cảm biến sử dụng vật liệu áp điện như Velostat . Vật liệu như vậy làm giảm sức đề kháng số lượng lớn của nó với áp lực ngày càng tăng. Các dải của vật liệu được đặt trong một lưới và được quét để đo áp suất và vị trí trong mỗi ô. Tôi sẽ giải thích về điều đó dưới đây.
Một thiết kế nguyên mẫu có thể trông như sau, đi từ trên xuống dưới:
Một tấm silicon mỏng có thể được lắp đặt trên đầu cụm cảm biến này, cho cảm giác mềm mại hơn.
Giao điểm của mỗi hàng và cột được gọi là một ô.
Khi lắp ráp, điều khá quan trọng là các cột dính tốt vào nắp lá trên cùng và các hàng dính tốt vào tấm đế. Điều này đảm bảo rằng khe hở không khí sẽ không được bắc cầu sớm. Do đó, bạn nên lắp ráp (1) + (2) và (4) + (5) riêng biệt, sau đó cài đặt (3) trên một trong hai, sau đó kẹp nó lại.
Nếu bạn muốn các tế bào cảm thấy hồi xuân và hơi "kỳ lạ", bạn có thể để khoảng trống không khí được bao quanh, với không khí bị mắc kẹt bên trong. Ngoài ra, bạn có thể cắt một lỗ trung tâm nhỏ thông qua mỗi ô trong cụm (4) + (5), trước khi kẹp nó với phần còn lại của cảm biến. Điều này thông hơi khoảng cách không khí và cung cấp một cảm giác khác nhau.
Một nửa inch ở hai đầu của mỗi hàng và dải cột sẽ nhô ra khỏi bánh sandwich này. Băng đồng với chất kết dính dẫn được sử dụng để có được kết nối đến đầu của mỗi hàng và dải cột. Hãy chắc chắn rằng bạn hàn dây kết nối với băng đồng trước khi bạn gắn chúng vào Velifier. Veluler có điểm nóng chảy rất thấp . Bạn sẽ phá hỏng lắp ráp cảm biến lắp ráp khó khăn của bạn nếu bạn quên điều đó (vâng, tôi biết từ kinh nghiệm đầu tay).
Khi lắp các dải hàng và cột, điều quan trọng là phải giả vờ một chút để chúng phẳng hoàn toàn khi áp dụng cho chất kết dính.
Theo như tôi có thể nói, đó là thiết kế của Roger Linn ít nhiều, giống như hình ảnh của bảng cảm biến và phần sụn có thể được sử dụng để tham khảo.
Với thử nghiệm phong phú, bạn sẽ có thể để có được để cắt các Velostat dải sử dụng Cricut , trong khi đã ép để một trong hai bìa hoặc tấm đế. Sau khi cắt, bạn có thể bóc các dải cách ly mỏng giữa các hàng / cột. Điều này sẽ hữu ích nếu bạn muốn có một cảm biến chính xác hơn mà không chửi thề mỗi khi một cột hoặc hàng bị dính vào chất kết dính trước khi bạn đặt nó đúng vị trí :)
Khi bạn kích hoạt bốn góc của bất kỳ hình chữ nhật nào trên mặt phẳng cảm biến, bạn rút ngắn hai hàng và hai cột, do đó, có hiệu quả đưa chúng ngoại tuyến và không sử dụng được cho các phép đo khác.
Để khắc phục hạn chế này sẽ yêu cầu các điểm chọn liên tiếp (điểm kết nối) trên mỗi cột, không chỉ ở cuối mỗi cột. Đối với ma trận 4 hàng, bạn cần 5 kết nối trên mỗi cột - ở mỗi đầu và giữa mỗi hàng. Điều này sẽ làm phức tạp thiết kế.
Một thiết kế cơ bản, một ô cho cảm biến trục Z có thể được nhìn thấy ở đây . Vì nó có một hình vuông Veluler duy nhất không có các hàng / cột riêng biệt, nên nó không thể cảm nhận được vị trí áp suất. Một sửa đổi đơn giản cho FSR này sẽ là gắn các nút chọn cột hẹp dọc theo các cạnh Trên / Dưới trên mặt trước và dọc theo các cạnh Trái / Phải ở mặt sau. Nó sẽ cho phép đọc ra các giá trị X, Y và Z.
Khi bạn đã phát hiện một cú chạm trong một ô, bạn có thể làm nhiều hơn: bạn có thể phát hiện vị trí của báo chí trong ô. Vì vậy, bạn có thể làm uốn sân và điều chế kết cấu.
Bản thân bề mặt cảm biến có thể được lắp ráp với giá dưới 100 đô la vật liệu, ít hơn nhiều nếu bạn nhắm đến một bề mặt nhỏ. Các công cụ quan trọng nhất mà bạn sẽ cần là một con dao X-acto có lưỡi sắc bén và một cây thước thép để cắt các vật liệu. Một số thử nghiệm trên một ô duy nhất là cần thiết để đánh giá các vật liệu cụ thể được sử dụng.
Một cách khéo léo để quét lưới như vậy mà không cần bất kỳ điều hòa tín hiệu được đưa ra dưới đây. Đây là một sự đơn giản hóa so với thiết kế ban đầu, sử dụng các công tắc tương tự và một số điều hòa tín hiệu. Nó vẫn hoạt động đầy đủ và có ưu điểm là không yêu cầu các thành phần bên ngoài MCU, tiết kiệm cho một vài điện trở. Giả định là các hàng vật lý không ngắn hơn các cột - điều này giúp cho độ chính xác của cảm biến Z. Tất nhiên bạn có thể chơi nó theo bất kỳ định hướng nào bạn muốn.
Tất cả những gì chúng ta cần để giao tiếp với bề mặt cảm biến là các chân GPIO: không cần công tắc bên ngoài!
Cảm biến thực hiện đầy đủ ngay cả khi bạn kết nối kênh A / D với chỉ một đầu của một hàng hoặc cột và để đầu kia nổi. Điều này cho phép chúng tôi sử dụng chức năng ghép kênh pin có mặt trong hầu hết mọi MCU với đầu vào tương tự.
Cảm biến của một ô hoạt động như sau, với tất cả các chân khác được đặt làm đầu vào:
Giả sử chúng ta có một lưới 4 x 4 và các chân GPIO 8 + 8 + 4, 8 trong số đó có thể thực hiện chuyển đổi A / D. Lưới cảm biến có 16 kết nối trực tiếp đến GPIO: hai đầu của mỗi 4 hàng và cột. Chúng ta hãy gắn nhãn các đầu của hàng là 0L, 0R đến 3L, 3R, cho các đầu bên trái và bên phải của các hàng từ 0 đến 3 tương ứng. Chúng ta hãy gắn nhãn các đầu của các cột lần lượt là 0T, 0B đến 3T, 3B cho các đầu trên và dưới của các cột từ 0 đến 3.
Cảm biến của một tế bào với r ow và c olumn đã cho sau đó đạt được bằng cách cấu hình lại GPIO đơn giản. Bí quyết là nhận ra rằng mọi GPIO được cấu hình làm đầu vào đều bị ngắt kết nối một cách hiệu quả .
Z
X
Y
Có một số logic liên quan đến việc theo dõi một cú chạm khi nó di chuyển giữa các ô, nhưng điều này có thể bị bỏ qua nếu cảm biến được thiết kế với các ô lớn rộng - giả sử 1x1 inch.
Tất cả các chân GPIO nên được cấu hình cho chế độ ổ đĩa cao, để giảm trở kháng của chúng và cải thiện độ nhạy.
mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab
Như bạn có thể nói, tôi đã quyết định tự làm một cái cho mình với giá chưa đến 1,5 nghìn đô và có một số niềm vui khi làm việc đó :)
Nếu sinh viên của bạn muốn tận dụng phần mềm nguồn mở của LinnStrument với những thay đổi tối thiểu, thì thiết kế có thể dựa trên Arduino Do , với một số công tắc tương tự bên ngoài và bộ chuyển đổi A / D 12 bit bên ngoài. Thiết kế ban đầu sử dụng ADS7883 , nhưng đó là một thay đổi đơn giản chỉ một chức năng để sử dụng một trình chuyển đổi khác. Mã nguồn phải có khả năng di động cho hầu hết mọi nền tảng có trình biên dịch C ++, miễn là nó đủ nhanh.
Đồng hồ đo lực cơ bản là điện trở thay đổi. Họ thay đổi sức đề kháng của họ liên quan đến một lực hoặc áp lực được áp dụng.
Vấn đề trong phát hiện nằm ở sự biến đổi của điện trở so với lực được áp dụng. Điều này là không tốt, vì vậy thường cần một phương pháp phát hiện và khuếch đại tốt.
Một cây cầu đá lúa mì là một mạch thực sự tốt cho phép những thay đổi nhỏ trong điện trở được chuyển đổi thành những thay đổi về điện áp.
Một phương pháp đơn giản nhưng thô sơ là kết nối đầu ra của cầu Wheatstone với đầu vào A / D của bạn để có thể đo delta V. Ngoài ra, bạn thậm chí có thể đệm hai đầu ra và đưa chúng vào một bộ so sánh với một số hystersis và điều này có thể cung cấp cho bạn một đầu ra nhị phân. Rất thô, nhưng sẽ cho phép phát hiện lực / không áp dụng lực.
Mặt khác, nếu bạn muốn biết lượng lực được áp dụng, bạn sẽ cần thực hiện một số phân tích để tìm ra sự thay đổi điện áp liên quan đến thay đổi áp suất. Việc tạo ra các phương trình cầu Wheatstone là một chút khó khăn nhưng có rất nhiều tóm tắt xung quanh các interwebs. Bạn sẽ cần một nguồn kích thích tốt.
Nếu bạn biết lực / áp suất mà bạn đang cố gắng phát hiện, bạn có thể tính toán sự thay đổi điện trở, sau đó thay đổi điện áp và so sánh với độ phân giải của A / D. Nếu bạn sau khi thay đổi thô, điều này có thể là đủ.
Nếu bạn theo một giá trị chính xác hơn, bạn sẽ cần một bộ khuếch đại thiết bị để thực hiện khuếch đại chênh lệch và bạn có thể đưa giá trị này vào A / D của mình. Texas Cụ làm cho một số IA tốt nhất xung quanh liên quan đến CMRR và PSRR theo tần số. Chúng ban đầu được tạo ra bởi Burr Brown trước khi TI mua chúng.
Để đo chính xác, bạn sẽ cần đặt cầu điện trở hoàn thành càng gần máy đo biến dạng để đảm bảo rằng bạn có thể bù các biến đổi nhiệt độ, cũng cần một điện áp kích thích chính xác tốt.