బరువుతో సర్వో స్థానం నియంత్రణ (ఫోర్స్ సెన్సార్)

ఈ ట్యుటోరియల్‌లో మేము ఫోర్స్ సెన్సార్, ఆర్డునో యునో మరియు సర్వో మోటారును ఉపయోగించి సర్క్యూట్‌ను అభివృద్ధి చేస్తాము. ఇది సర్వో నియంత్రణ వ్యవస్థ అవుతుంది, ఇక్కడ ఫోర్స్ సెన్సార్‌లో ఉన్న బరువును బట్టి సర్వో షాఫ్ట్ స్థానం నిర్ణయించబడుతుంది. ఇంకేముందు వెళ్ళే ముందు సర్వో మరియు ఇతర భాగాల గురించి మాట్లాడుకుందాం.

ఖచ్చితమైన షాఫ్ట్ కదలిక లేదా స్థానం అవసరం ఉన్న చోట సర్వో మోటార్స్ ఉపయోగించబడతాయి. హై స్పీడ్ అనువర్తనాల కోసం ఇవి ప్రతిపాదించబడలేదు. తక్కువ వేగం, మీడియం టార్క్ మరియు ఖచ్చితమైన స్థానం అనువర్తనం కోసం ఇవి ప్రతిపాదించబడ్డాయి. ఈ మోటార్లు రోబోటిక్ ఆర్మ్ మెషీన్లు, ఫ్లైట్ కంట్రోల్స్ మరియు కంట్రోల్ సిస్టమ్స్‌లో ఉపయోగించబడతాయి. సర్వో మోటార్లు కొన్ని ప్రింటర్లు మరియు ఫ్యాక్స్ యంత్రాలలో కూడా ఉపయోగించబడతాయి.

సర్వో మోటార్లు వేర్వేరు ఆకారాలు మరియు పరిమాణాలలో లభిస్తాయి. ఒక సర్వో మోటారులో ప్రధానంగా వైర్లు ఉంటాయి, ఒకటి సానుకూల వోల్టేజ్ కోసం మరొకటి భూమి కోసం మరియు చివరిది స్థానం అమరిక కోసం. RED వైర్ శక్తితో అనుసంధానించబడి ఉంది, బ్లాక్ వైర్ భూమికి అనుసంధానించబడి ఉంది మరియు YELLOW వైర్ సిగ్నల్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంది.

సర్వో మోటర్ అనేది DC మోటారు, పొజిషన్ కంట్రోల్ సిస్టమ్, గేర్‌ల కలయిక. పిసిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ సిగ్నల్ పిన్ యొక్క విధి నిష్పత్తి ఆధారంగా, డిసి మోటారు యొక్క షాఫ్ట్ యొక్క స్థానం సర్వోలోని కంట్రోల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ ద్వారా సర్దుబాటు చేయబడుతుంది. కంట్రోల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ సరళంగా చెప్పాలంటే DC మోటారును నియంత్రించడం ద్వారా షాఫ్ట్ స్థానాన్ని సర్దుబాటు చేస్తుంది. షాఫ్ట్ యొక్క స్థానానికి సంబంధించిన ఈ డేటా సిగ్నల్ పిన్ ద్వారా పంపబడుతుంది. సర్వో మోటర్ యొక్క సిగ్నల్ పిన్ ద్వారా నియంత్రణకు స్థానం డేటాను పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ రూపంలో పంపాలి.

పిడబ్ల్యుఎం (పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేటెడ్) సిగ్నల్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ సర్వో మోటార్ రకం ఆధారంగా మారవచ్చు. ఇక్కడ ముఖ్యమైన విషయం PWM సిగ్నల్ యొక్క DUTY నిష్పత్తి. ఈ డ్యూటీ రేషన్ ఆధారంగా కంట్రోల్ ఎలక్ట్రానిక్స్ షాఫ్ట్ సర్దుబాటు చేస్తుంది.

దిగువ చిత్రంలో చూపినట్లుగా, షాఫ్ట్ 9o గడియారానికి తరలించాలంటే రేషన్ ఆన్ 1 / 18.ie ఉండాలి. 18 ఎంఎస్ సిగ్నల్‌లో 1 మిల్లీ సెకండ్ 'ఆన్ టైమ్' మరియు 17 మిల్లీ సెకండ్ 'ఆఫ్ టైమ్'.

షాఫ్ట్ 12o గడియారానికి తరలించాలంటే సిగ్నల్ యొక్క ON సమయం 1.5ms మరియు OFF సమయం 16.5ms ఉండాలి.

ఈ నిష్పత్తిని సర్వోలోని నియంత్రణ వ్యవస్థ ద్వారా డీకోడ్ చేస్తారు మరియు ఇది దాని ఆధారంగా స్థానాన్ని సర్దుబాటు చేస్తుంది.

ఇక్కడ ఉన్న ఈ PWM ARDUINO UNO ని ఉపయోగించి ఉత్పత్తి అవుతుంది.

కాబట్టి ప్రస్తుతానికి మనకు తెలుసు, UNO చే ఉత్పత్తి చేయబడిన PWM సిగ్నల్ యొక్క విధి నిష్పత్తిని మార్చడం ద్వారా మేము SERVO MOTOR షాఫ్ట్ను నియంత్రించవచ్చు.

ఇప్పుడు ఫోర్స్ సెన్సార్ లేదా వెయిట్ సెన్సార్ గురించి మాట్లాడుకుందాం.

ARDUINO UNO తో FORCE సెన్సార్‌ను ఇంటర్‌ఫేస్ చేయడానికి, మేము ఆర్డునో యునోలో 8 బిట్ ADC (అనలాగ్ టు డిజిటల్ కన్వర్షన్) లక్షణాన్ని ఉపయోగించబోతున్నాము.

ఫోర్స్ సెన్సార్ అనేది ట్రాన్స్డ్యూసెర్, ఇది ఉపరితలంపై ఒత్తిడి ఉన్నప్పుడు దాని నిరోధకతను మారుస్తుంది. ఫోర్స్ సెన్సార్ వివిధ పరిమాణాలు మరియు ఆకృతులలో లభిస్తుంది.

మేము చౌకైన సంస్కరణల్లో ఒకదాన్ని ఉపయోగించబోతున్నాము ఎందుకంటే ఇక్కడ మాకు ఎక్కువ ఖచ్చితత్వం అవసరం లేదు. FSR400 మార్కెట్లో చౌకైన శక్తి సెన్సార్లలో ఒకటి. FSR400 యొక్క చిత్రం క్రింద ఉన్న చిత్రంలో చూపబడింది.

ఇప్పుడు FSR 400 పొడవు వెంట సున్నితంగా ఉందని గమనించడం ముఖ్యం, శక్తి లేదా బరువు సెన్సార్ కంటి మధ్యలో ఉన్న చిట్టడవిపై కేంద్రీకృతమై ఉండాలి.

తప్పు సమయాల్లో శక్తిని ప్రయోగించినట్లయితే పరికరం శాశ్వతంగా దెబ్బతింటుంది.

తెలుసుకోవలసిన మరో ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, సెన్సార్ అధిక శ్రేణి ప్రవాహాలను నడపగలదు. కాబట్టి ఇన్‌స్టాల్ చేసేటప్పుడు డ్రైవింగ్ ప్రవాహాలను గుర్తుంచుకోండి. అలాగే సెన్సార్‌కు 10 న్యూటన్ల శక్తిపై పరిమితి ఉంది. కాబట్టి మనం 1 కిలోల బరువును మాత్రమే దరఖాస్తు చేసుకోవచ్చు. 1 కిలోల కంటే ఎక్కువ బరువు ఉంటే, సెన్సార్ కొన్ని విచలనాలను చూపిస్తుంది. ఇది 3 కిలోల కన్నా ఎక్కువ పెరిగితే. సెన్సార్ శాశ్వతంగా దెబ్బతినవచ్చు.

ముందే చెప్పినట్లుగా, ఈ సెన్సార్ ఒత్తిడిలో మార్పులను గ్రహించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. కాబట్టి ఫోర్స్ సెన్సార్ పైన బరువు వర్తించినప్పుడు, ప్రతిఘటన తీవ్రంగా మారుతుంది. బరువు కంటే FS400 యొక్క నిరోధకత క్రింద గ్రాఫ్‌లో చూపబడింది:

పై చిత్రంలో చూపినట్లుగా, సెన్సార్ యొక్క రెండు పరిచయాల మధ్య నిరోధకత బరువుతో తగ్గుతుంది లేదా సెన్సార్ యొక్క రెండు పరిచయాల మధ్య ప్రవర్తన పెరుగుతుంది.

స్వచ్ఛమైన కండక్టర్ యొక్క నిరోధకత ఇవ్వబడింది:

ఎక్కడ, p- కండక్టర్ యొక్క నిరోధకత

l = కండక్టర్ యొక్క పొడవు

A = కండక్టర్ యొక్క ప్రాంతం.

ఇప్పుడు “R” నిరోధకత కలిగిన కండక్టర్‌ను పరిగణించండి, కండక్టర్ పైన కొంత ఒత్తిడి వస్తే, కండక్టర్‌పై ఉన్న ప్రాంతం తగ్గుతుంది మరియు ఒత్తిడి ఫలితంగా కండక్టర్ యొక్క పొడవు పెరుగుతుంది. కాబట్టి సూత్రం ద్వారా కండక్టర్ యొక్క నిరోధకత పెరుగుతుంది, ఎందుకంటే R నిరోధకత ప్రాంతానికి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది మరియు పొడవు l కు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

కాబట్టి దీనితో ఒత్తిడి లేదా బరువు ఉన్న కండక్టర్ కోసం కండక్టర్ యొక్క నిరోధకత పెరుగుతుంది. మొత్తం ప్రతిఘటనతో పోలిస్తే ఈ మార్పు చిన్నది. గణనీయమైన మార్పు కోసం చాలా కండక్టర్లు కలిసి పేర్చబడి ఉంటాయి.

పై చిత్రంలో చూపిన ఫోర్స్ సెన్సార్ల లోపల ఇది జరుగుతుంది. దగ్గరగా చూస్తే సెన్సార్ లోపల చాలా పంక్తులు చూడవచ్చు. ఈ పంక్తులు ప్రతి ఒక కండక్టర్‌ను సూచిస్తాయి. సెన్సార్ యొక్క సున్నితత్వం కండక్టర్ సంఖ్యలలో ఉంటుంది.

కానీ ఈ సందర్భంలో ప్రతిఘటన ఒత్తిడితో తగ్గుతుంది ఎందుకంటే ఇక్కడ ఉపయోగించిన పదార్థం స్వచ్ఛమైన కండక్టర్ కాదు. ఇక్కడ ఉన్న ఎఫ్‌ఎస్‌ఆర్ బలమైన పాలిమర్ మందపాటి ఫిల్మ్ (పిటిఎఫ్) పరికరాలు. కాబట్టి ఇవి స్వచ్ఛమైన కండక్టర్ పదార్థ పరికరాలు కాదు. ఇవి పదార్థంతో తయారవుతాయి, ఇవి సెన్సార్ యొక్క ఉపరితలంపై వర్తించే శక్తి పెరుగుదలతో నిరోధకత తగ్గుదలని ప్రదర్శిస్తాయి.

ఈ పదార్థం FSR యొక్క గ్రాఫ్‌లో చూపిన విధంగా లక్షణాలను చూపుతుంది.

ప్రతిఘటనలో ఈ మార్పు మనం వాటిని చదవగలిగితే తప్ప మంచి చేయదు. చేతిలో ఉన్న నియంత్రిక వోల్టేజ్‌లోని అవకాశాలను మాత్రమే చదవగలదు మరియు దీనికి తక్కువ ఏమీ లేదు, దీని కోసం మేము వోల్టేజ్ డివైడర్ సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగించబోతున్నాము, దానితో మేము ప్రతిఘటన మార్పును వోల్టేజ్ మార్పుగా పొందవచ్చు.

వోల్టేజ్ డివైడర్ ఒక రెసిస్టివ్ సర్క్యూట్ మరియు చిత్రంలో చూపబడింది. ఈ రెసిస్టివ్ నెట్‌వర్క్‌లో మనకు ఒక స్థిరమైన నిరోధకత మరియు ఇతర వేరియబుల్ నిరోధకత ఉన్నాయి. చిత్రంలో చూపినట్లుగా, ఇక్కడ R1 స్థిరమైన నిరోధకత మరియు R2 FORCE సెన్సార్, ఇది ప్రతిఘటనగా పనిచేస్తుంది.

శాఖ యొక్క మధ్య బిందువు కొలతకు తీసుకోబడుతుంది. R2 మార్పుతో, మాకు Vout వద్ద మార్పు ఉంది. కాబట్టి దీనితో మనకు వోల్టేజ్ ఉంది, ఇది బరువుతో మారుతుంది.

ఇప్పుడు ఇక్కడ గమనించవలసిన ముఖ్యమైన విషయం ఏమిటంటే, ADC మార్పిడి కోసం నియంత్రిక తీసుకున్న ఇన్పుట్ 50µAmp కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. వోట్ ఆఫ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ నుండి తీసిన కరెంట్ లోపం శాతం పెరుగుతుంది కాబట్టి రెసిస్టెన్స్ బేస్డ్ వోల్టేజ్ డివైడర్ యొక్క ఈ లోడింగ్ ప్రభావం చాలా ముఖ్యం, ప్రస్తుతానికి లోడింగ్ ప్రభావం గురించి మనం ఆందోళన చెందాల్సిన అవసరం లేదు.

ఇప్పుడు ఫోర్స్ సెన్సార్‌పై ఫోర్స్ వర్తించినప్పుడు, డివైడర్ ఎండ్‌లోని వోల్టేజ్ ఈ పిన్ను UNO యొక్క ADC ఛానెల్‌కు అనుసంధానించినట్లుగా మారుస్తుంది, సెన్సార్‌పై శక్తి మారినప్పుడల్లా UNO యొక్క ADC నుండి వేరే డిజిటల్ విలువను పొందుతాము.

ఈ ADC డిజిటల్ విలువ PWM సిగ్నల్ యొక్క విధి నిష్పత్తికి సరిపోతుంది, కాబట్టి సెన్సార్‌పై వర్తించే శక్తికి సంబంధించి మాకు SERVO స్థాన నియంత్రణ ఉంది.

భాగాలు

హార్డ్వేర్: UNO, విద్యుత్ సరఫరా (5v), 1000uF కెపాసిటర్, 100nF కెపాసిటర్ (3 ముక్కలు), 100KΩ రెసిస్టర్, SERVO MOTOR (SG 90), 220Ω రెసిస్టర్, FSR400 ఫోర్స్ సెన్సార్.

సాఫ్ట్‌వేర్: అట్మెల్ స్టూడియో 6.2 లేదా ఆర్డినో రాత్రి.

సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం మరియు వర్కింగ్ వివరణ

శక్తి సెన్సార్ ద్వారా సర్వో మోటార్ నియంత్రణ సర్క్యూట్ రేఖాచిత్రం ఫిగర్ క్రింద చూపించాం.

సెన్సార్ అంతటా వోల్టేజ్ పూర్తిగా సరళంగా లేదు; ఇది ధ్వనించేది. శబ్దాన్ని ఫిల్టర్ చేయడానికి డివైడర్ సర్క్యూట్లో ప్రతి రెసిస్టర్‌లో కెపాసిటర్లు చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఉంచబడతాయి.

ఇక్కడ మనం డివైడర్ అందించిన వోల్టేజ్ (బరువును సరళంగా సూచించే వోల్టేజ్) తీసుకొని దానిని ఆర్డునో యునో యొక్క ADC ఛానెళ్లలో ఒకదానికి తినిపించబోతున్నాము. మార్పిడి తరువాత మేము ఆ డిజిటల్ విలువను (బరువును సూచిస్తుంది) తీసుకొని దానిని PWM విలువతో సంబంధం కలిగి ఉంటాము మరియు ఈ PWM సిగ్నల్‌ను SERVO మోటారుకు అందించబోతున్నాము.

కాబట్టి బరువుతో మనకు పిడబ్ల్యుఎం విలువ ఉంది, ఇది డిజిటల్ విలువను బట్టి దాని విధి నిష్పత్తిని మారుస్తుంది. అధిక డిజిటల్ విలువ PWM యొక్క విధి నిష్పత్తిని పెంచుతుంది. కాబట్టి అధిక డ్యూటీ నిష్పత్తి పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్‌తో, పరిచయంలో అందించిన బొమ్మ ప్రకారం సర్వో షాఫ్ట్ కుడి లేదా ఎడమ వైపుకు చేరుకోవాలి.

బరువు తక్కువగా ఉంటే, మనకు తక్కువ పిడబ్ల్యుఎం డ్యూటీ రేషియో ఉంటుంది మరియు పరిచయంలోని లెక్క ప్రకారం సర్వో కుడి వైపున చేరుకోవాలి.

దీనితో మనకు WEIGHT లేదా FORCE ద్వారా SERVO స్థాన నియంత్రణ ఉంటుంది.

ఇది జరగడానికి మేము ప్రోగ్రామ్‌లో కొన్ని సూచనలను ఏర్పాటు చేసుకోవాలి మరియు వాటి గురించి క్రింద వివరంగా మాట్లాడుతాము.

చిత్రంలో చూపిన విధంగా ARDUINO ఆరు ADC ఛానెల్‌లను కలిగి ఉంది. వాటిలో ఏదైనా ఒకటి లేదా అన్నీ అనలాగ్ వోల్టేజ్ కోసం ఇన్‌పుట్‌లుగా ఉపయోగించవచ్చు. UNO ADC 10 బిట్ రిజల్యూషన్ కలిగి ఉంది (కాబట్టి (0- (2 ^ 10) 1023% నుండి పూర్ణాంక విలువలు). దీని అర్థం 0 మరియు 5 వోల్ట్ల మధ్య ఇన్‌పుట్ వోల్టేజ్‌లను 0 మరియు 1023 మధ్య పూర్ణాంక విలువలుగా మ్యాప్ చేస్తుంది. (5/1024 = 4.9 ఎంవి) యూనిట్‌కు.

ఇక్కడ మేము UNO యొక్క A0 ను ఉపయోగించబోతున్నాము. మనం కొన్ని విషయాలు తెలుసుకోవాలి.

అనలాగ్ రీడ్ (పిన్); అనలాగ్ రిఫరెన్స్ (); అనలాగ్ రీడ్ రిజల్యూషన్ (బిట్స్);

అన్ని మొదటిది Arduino Uno ADC ఛానెల్స్ 5V యొక్క డిఫాల్ట్ రిఫరెన్స్ విలువను కలిగి ఉంది. ఏ ఇన్పుట్ ఛానెల్ వద్దనైనా ADC మార్పిడి కోసం మేము గరిష్టంగా 5V ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ ఇవ్వగలమని దీని అర్థం. కొన్ని సెన్సార్లు 0-2.5 వి నుండి వోల్టేజ్‌లను అందిస్తాయి కాబట్టి, 5 వి రిఫరెన్స్‌తో మనకు తక్కువ ఖచ్చితత్వం లభిస్తుంది, కాబట్టి ఈ సూచన విలువను మార్చడానికి మాకు సహాయపడే సూచన ఉంది. కాబట్టి మన వద్ద ఉన్న రిఫరెన్స్ విలువను మార్చడం కోసం (“అనలాగ్ రిఫరెన్స్ ();”) ప్రస్తుతానికి మేము దీనిని అలానే వదిలివేసాము.

అప్రమేయంగా మనకు గరిష్ట బోర్డ్ ADC రిజల్యూషన్ 10 బిట్స్ వస్తుంది, ఈ రిజల్యూషన్‌ను ఇన్స్ట్రక్షన్ (“అనలాగ్ రీడ్ రిజల్యూషన్ (బిట్స్);”) ఉపయోగించి మార్చవచ్చు. ఈ రిజల్యూషన్ మార్పు కొన్ని సందర్భాల్లో ఉపయోగపడుతుంది. ప్రస్తుతానికి మేము దానిని వదిలివేస్తాము.

ఇప్పుడు పైన పేర్కొన్న షరతులు అప్రమేయంగా సెట్ చేయబడితే, ఫంక్షన్ “అనలాగ్ రీడ్ (పిన్);” అని నేరుగా పిలవడం ద్వారా ఛానల్ '0' యొక్క ADC నుండి విలువను చదవవచ్చు, ఇక్కడ “పిన్” మేము అనలాగ్ సిగ్నల్‌ను కనెక్ట్ చేసిన పిన్‌ను సూచిస్తుంది, ఈ సందర్భంలో అది “A0” అవుతుంది. ADC నుండి వచ్చే విలువను పూర్ణాంకంగా “int SENSORVALUE = అనలాగ్ రీడ్ (A0) గా తీసుకోవచ్చు; ”, ఈ సూచనల ద్వారా ADC పూర్ణాంకం“ SENSORVALUE ”లో నిల్వ చేయబడిన తర్వాత విలువ.

UNO యొక్క PWM పిసిబి బోర్డులో “~” గా సూచించబడిన పిన్స్‌లో దేనినైనా సాధించవచ్చు. UNO లో ఆరు PWM ఛానెల్స్ ఉన్నాయి. మేము మా ప్రయోజనం కోసం పిన్ 3 ను ఉపయోగించబోతున్నాము.

అనలాగ్‌రైట్ (3, VALUE);

పై పరిస్థితి నుండి మనం నేరుగా పిన్ వద్ద పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ పొందవచ్చు. బ్రాకెట్లలోని మొదటి పరామితి PWM సిగ్నల్ యొక్క పిన్ సంఖ్యను ఎంచుకోవడం. రెండవ పరామితి విధి నిష్పత్తి రాయడం.

Arduino Uno యొక్క PWM విలువను 0 నుండి 255 కు మార్చవచ్చు. “0” తో అత్యల్పంగా “255” కి అత్యధికంగా ఉంటుంది. డ్యూటీ రేషియోగా 255 తో పిన్ 3 వద్ద 5 వి లభిస్తుంది. డ్యూటీ రేషియో 125 గా ఇస్తే పిన్ 3 వద్ద 2.5 వి వస్తుంది.

ఇప్పుడు సర్వో మోటారు నియంత్రణ గురించి మాట్లాడుదాం, ఆర్డునో యునో ఒక లక్షణాన్ని కలిగి ఉంది, ఇది డిగ్రీ విలువను ఇవ్వడం ద్వారా సర్వో స్థానాన్ని నియంత్రించటానికి వీలు కల్పిస్తుంది. సర్వో 30 వద్ద ఉండాలని మేము కోరుకుంటే, మేము ప్రోగ్రామ్‌లోని విలువను నేరుగా సూచించగలము. SERVO హెడర్ ఫైల్ అన్ని డ్యూటీ రేషియో లెక్కలను అంతర్గతంగా చూసుకుంటుంది. ఆర్డునోతో సర్వో మోటార్ నియంత్రణ గురించి మీరు ఇక్కడ మరింత తెలుసుకోవచ్చు.

ఇప్పుడు sg90 0-180 డిగ్రీల నుండి కదలగలదు, మనకు ADC ఫలితం 0-1024.

కాబట్టి ADC SERVO POSITION సుమారు ఆరు రెట్లు. కాబట్టి ADC ఫలితాన్ని 6 ద్వారా విభజించడం ద్వారా మనకు సుమారుగా SERVO చేతి స్థానం లభిస్తుంది. అందువల్ల మనకు పిడబ్ల్యుఎం సిగ్నల్ ఉంది, దీని విధి నిష్పత్తి బరువు లేదా ఫోర్స్‌తో సరళంగా మారుతుంది. ఇది సర్వో మోటారుకు ఇవ్వబడుతోంది, మేము ఫోర్స్ సెన్సార్ ద్వారా సర్వో మోటారును నియంత్రించవచ్చు.