ฉันจะอ่านค่าแรงดันเต็มรูปแบบจากเซ็นเซอร์ความดันได้อย่างไร

ฉันกำลังสร้างแอปพลิเคชันโดยใช้ DIY Force Sensitive Resistor (FSR) ที่นำมาจากคำสั่งนี้ ความต้านทานของเซ็นเซอร์นี้จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 20kOhm เมื่อพักจนถึง 9kOhm เมื่อกด

ฉันจะแปลงค่าความต้านทานเหล่านี้เป็นสัญญาณที่ 0v สอดคล้องกับสภาพที่เหลือได้อย่างไรและ 5v สอดคล้องกับสภาพ "กด" เพื่อให้ฉันสามารถอ่านได้ด้วย Arduino

คุณต้องการช่วงสัญญาณจาก 0V ถึง 5V เราทุกคนไม่ :-)? ลองไปหาวิธีอื่นและดูว่าอะไรทำให้เรา

จุดเริ่มต้น: ทางออกที่ถูกที่สุดและง่ายที่สุด

นั่นจะเป็นตัวต้านทานแบบอนุกรมเพื่อสร้างตัวแบ่งแรงดัน นั่นคือขั้นต่ำที่แน่นอน ฉันได้สังเกตเห็นว่าคนที่ไม่ได้ให้ที่ต้านทานคิดว่ามากเพียงแค่เลือกค่ารอบที่ดีเช่น 10k \แต่ฉันพบว่ามันมีคุณค่าที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ $\Omega$

กราฟแสดงความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างการอ่านค่าต่ำสุดและสูงสุด (9kและ 20k resp.) เป็นฟังก์ชันของตัวต้านทานอนุกรม (เป็น k ) ดูสิมันมีค่าสูงสุด หาง่ายถ้าคุณจำได้ โอห์ม$\Omega$$\Omega$$\Omega$

$\left(\dfrac{f(x)}{g(x)}\right)' = \dfrac{f'(x)\cdot g(x) - f(x) \cdot g'(x)}{g^2(x)}$

ความแตกต่าง -มีความยาวสูงสุด V M ฉัน$V_{MAX}$$V_{MIN}$

$\dfrac{d}{d R_X} \left(\dfrac{R_{MAX}}{R_{MAX} + R_X} - \dfrac{R_{MIN}}{R_{MIN} + R_X}\right) = 0$

การแก้เพื่อให้ $R_X$

$R_X = \sqrt{R_{MIN} \cdot R_{MAX}}$

ความงาม!

ดังนั้นในกรณีของเราตัวต้านทานแบบอนุกรมจะเป็น 13.42kคุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้บนกราฟ การวางตัวต้านทานระหว่าง 0V ถึง + 5V จะทำให้เรามีช่วงเอาต์พุต [2V, 3V] นั่นคือช่วงสูงสุดที่คุณสามารถรับได้ด้วย 1 ตัวต้านทาน (*) $\Omega$

มันเพียงพอหรือไม่ Arduino มี ADC 10 บิตดังนั้นช่วงนี้จะให้ช่วง 200 ระดับที่ไม่ต่อเนื่อง นั่นควรให้ความแม่นยำที่เพียงพอสำหรับเซ็นเซอร์ DIY ดังนั้นไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบอื่น ๆ เช่น opamps

(*) คำตอบที่ได้รับการยอมรับให้ช่วง 1.9V แต่มันมีสมการที่ไม่ถูกต้อง เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับช่วงที่สูงกว่า 1V พร้อมตัวต้านทาน 1 ตัวและมีเพียง 5V อุปทาน

คุณต้องมีแรงดันลบเพื่อให้ตัวต้านทานแรงดันไฟฟ้าตัวต้านทานไปที่ 0V ฉันจะสมมติว่าคุณมี + 5V และ -5V
วางตัวต้านทานตัวแปรของคุณระหว่าง + 5V และ GND ตอนนี้คุณต้องหาค่าสำหรับตัวต้านทานแบบเลื่อนลงระหว่าง GND และ -5V ตอนนี้มันง่าย คุณต้องการ 0V ออกเมื่อตัวต้านทานผันแปรคือ 20kดังนั้นการดึงลงก็ต้องเท่ากับ 20kเพราะทุกสิ่งนั้นสมมาตร ต่อไปเราต้องไปหาสิ่งที่แรงดันการส่งออกของแบ่งจะได้รับเมื่อเป็น 9k \เราทราบว่ากระแสผ่านเป็นกระแสเดียวกันกับกระแสผ่านตัวต้านทานแบบดึงลงดังนั้น Ω Ω R X Ω R $R_X$$\Omega$$\Omega$
$R_X$$\Omega$$R_X$

$\dfrac{5V - V_O}{9k\Omega} = \dfrac{V_O - (-5V)}{20k\Omega}$

ทำงานออกมานี้จะช่วยให้เรา1.9V ตอนนี้สิ่งที่ต้องทำก็คือปรับสเกล 0V..1.9V เป็น 0V..5V สำหรับสิ่งนี้เราใช้แอมป์ RRIO (Rail-to-Rail I / O) เป็นแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้าน $V_O = 1.9V$

หากคุณเลือกและคุณจะได้รับช่วงแรงดันการส่งออกของ 0V..5V สำหรับของ 20k ..9k \$R1 = 18k\Omega$$R2 = 47k\Omega$$R_X$$\Omega$$\Omega$

ฉันคิดว่าวิธีที่ง่ายที่สุดคือตัวแบ่งแรงดันที่ให้ 5V ที่ 9k และลดลงเมื่อความต้านทานเพิ่มขึ้น คุณสามารถเล่นกับชุดต้านทานต่าง ๆ ในเครื่องคิดเลขแบ่งแรงดันนี้ มันจะเป็นความก้าวหน้าเชิงเส้นอย่างไรก็ตาม