Резистор изгиба своими руками

Наверняка те, кто увлекается электроникой и программированием микроконтроллеров слышали о датчике изгиба, который меняет свое сопротивление в зависимости от степени его изгиба. Сегодня я расскажу о том, как можно изготовить такой датчик (резистор) изгиба своими руками.

Идея

Когда мне понадобился такой датчик, то первым делом я зашел и нашел его на Амперке. Но цена, 890 рублей за штуку (за датчик длинной 95мм именно такая цена), меня не устроила и тогда в голову пришла отличная идея создания датчика, который не будет сильно отличаться по принципу действия от покупного, но обойдется мне гораздо дешевле. Принцип его работы основан на фоторезисторе и светодиоде. Свет от светодиода будет поступать на фоторезистор по силиконовой трубке, а при ее изгибе свет будет падать в меньшем количестве, а значит и сопротивление будет меняться на выходе у фоторезистора. С помощью таких датчиков можно создавать свои интересные проекты. Например, с помощью 5 таких датчиков, мне не составило особого труда сделать свою «сенсорную перчатку».

Требуемые материалы и их примерная стоимость

image

Для изготовления такого датчика нам понадобится:
  1. Фоторезистор — 3р. (я заказывал на ebay 50шт. за 150р.)
  2. Светодиод — 3р.
  3. Силиконовая трубка от катетера — 6р. (Продается в в аптеке)
  4. Черная изолента/термоусадка — 10р.
  5. Токоограничивающий резистор (220 Ом) — 2р.
  6. Подтягивающий резистор (10 кОм) — 2р.

Расходные материалы обойдутся вам около 30 рублей. Цены могут немного меняться в зависимости от магазина, в котором Вы будете покупать комплектующие.

Сборка

Собирается такой датчик очень просто. Для начала нужно отрезать кусок силиконовой трубки нужной вам длинны (датчик работает отлично при длине трубки в диапазоне от 3 до 13см). Затем с одной стороны вставить фоторезистор, а с другой светодиод. Потом трубку, с уже вставленными светодиодом и фоторезистором, обмотать изолентой, желательно черной, либо термоусадкой. После этого нужно к светодиоду припаять токоограничивающий резистор, а к фоторезистору подтягивающий. Подключая его к тому же Arduino, нужно просто подключить фоторезистор и светодиод между 5В и землей (GND), через резисторы, а показания снимать в месте спайки фоторезистора и подтягивающего резистора.

Плюсы и минусы такого датчика

Плюсы:
  • Низкая стоимость
  • Простая сборка
  • Неплохая линейность показаний датчика
  • Доступность расходных материалов

Минусы:
  • Слабая механическая стойкость (часто требуется выпрямлять трубку)
  • Линейность показаний датчика все-таки не идеальна

Заключение

Для тех, кому нужно/интересно будет посмотреть мое видео по сборке этого датчика — специально записал видео:



И вот ссылка на скетч для Arduino IDE с примером подключения датчика к Arduino UNO, залитого на Google Диск.

Всем желаю удачи и свежих идей.
Поделиться публикацией
Похожие публикации
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 68
  • +19
    Здорово! Вот это я понимаю инженерская смекалка!
    • 0
      Интересно, а тензодатчики для ваших применений подходят? Вроде тоже меняют сопротивление в зависимости от изгиба. Правда, у них чувствительность поменьше будет. Нужно усилительную схему собирать к ним. Но стоят дешево.
      • +1
        Заманчиво, но думаю, что вариант с тензорезисторами уже не будет таким простым в сборке и уж точно не будет дешевле, чем тот о котором я писал в посте. А вообще идея неплохая, если знаете как реализовать, то пишите об этом, с удовольствием почитаю!
        • +1
          насколько я знаю в таких датчиках используются тонкопленочные резисторы, напыляемые на подложку.При деформации подложки резистор меняет свое сопротивление. Дома на коленке такой резистор будет проблематично сделать наверное
          • 0
            Все верно, но MichaelBorisov предложил из уже изготовленных тензорезисторов собрать подобие того, что я воплатил в этой статье. Но на самом деле Вы правы, это будет явно проблематично.
          • +4
            Ну, это смотря что вы собираете. Наклеить тензорезисторы на нужную заготовку несложно. Сложнее потом снимать с них показания. Я в далеком 2000м работал с ними. Самая главная проблема тензорезисторов — это их низкая чувствительность. Обычно используется мостовая схема с четырьмя тензорезисторами, чтобы их показания взаимно складывались. Но все равно сигнал получается очень слабый. Чтобы его усилить до уровня, воспринимаемого АЦП, необходима схема измерительного усилителя, которая состоит из трех операционников. Бывают, впрочем, однокристальные варианты с небольшим числом внешних элементов. Используются большие коэффициенты усиления, поэтому схема чувствительна к шумам и наводкам. Все слабосигнальные цепи необходимо экранировать; уделять большое внимание разводке цепей питания. В 2000м я так и не смог побороть наводку 50Гц, которая тогда составляла около 10% от полезного сигнала. Впрочем, я тогда не имел столько опыта работы со слабосигнальными цепями, так что сейчас, наверное, поборол бы.

            Также в мостовых схемах включения тензорезисторов составляет проблему разбаланс, особенно если мост состоит не из четырех одинаковых датчиков, а меньшего их количества. В недеформированном состоянии появляется постоянная составляющая на выходе схемы, которая может быть достаточно велика, чтобы вызывать насыщение усилителя. Поэтому применяют подстроечные резисторы для балансировки, а также другие трюки.

            Короче говоря, тензорезисторы — довольно капризная штука, но при аккуратном подходе их можно одолеть.
            • 0
              Добавьте еще температурную нестабильность.
        • +7
          Слабая механическая стойкость (часто требуется выпрямлять трубку)

          Одеть сверху пружинку?
          • +2
            Была такая идея уже, но руки пока не дошли до покупки пружины. А так думаю, что это будет лучший вариант. Скорее всего так и сделаю в версии 2.0)
            • +8
              Или вставить струну между трубкой и термоусадкой.
            • +5
              Элегантно. Я удивился когда узнал как устроены тензодатчики в планшетных перьях: силикон с добавкой графита в виде шайбы, при сжатии сопротивление уменьшается.
              • +1
                Когда-то встречал подобную конструкцию в клавиатуре электрического музыкального инструмента: только вместо силикона с добавкой графита просто была угольная таблетка между двумя контактами.
              • +3
                Паять надо не набирая олово на паяльник, а разогревая контакт и прислоняя олово уже к нему, тем более что руки свободны, не держат саму деталь, в одной руке олово, в другой паяльник.
                • +3
                  И кислотой такое вещи не паяют. Лучше канифоль и ее производные флюсы.
                  • 0
                    Да, точно, использовать припой с каналом канифоли, отлично паяется, и не нужно отмывать потом (если только в эстетических целях).
                    • +1
                      Слышал, что лучше всего отказаться от канифоли в пользу более качественных флюсов. Одна из неприятных особенностей канифоли — она вызывает неизлечимую форму астмы. При относительно частой паке заработать её весьма просто.
                      • +1
                        Не думаю, что любители навроде нас очень много паяют. Вполне можно сдувать дым при пайке, я так всегда делаю, там же ещё пары свинца присутствуют.
                        А вообще, мне нравится запах дыма канифоли, с детства.
                        • +1
                          Я тоже люблю запах. У меня обычно стоит вентилятор, который дует в сторону. Если бы паял чаще, чем раз в месяц — сделал бы себе вытяжку.
                        • 0
                          А не подскажете, в пользу каких? А то я как везде читал, советуют ЛТИ-120 как наиболее простой нейтральный и дешевый, но это, в общем-то смесь спирта с канифолью, потому особого отличия от канифоли нет, кроме того, что удобнее.
                          • –1
                            Это совковый подход. Посмотрите имортные флюсы
                            • 0
                              Какой, например?
                              • 0
                                Так и думал, что мне на тот комент минусов понатыкают. Я имел в виду, что есть более современные технологии. Сейчас с планшета, завтра на работе уточню что лучше.
                    • +8
                      Да, с пайкой я там налажал) просто на момент записи видео я паяльник в руках держал второй раз в жизни. Спасибо за советы, учту обязательно!
                      • +5
                        Для второго раза — вполне уверенно. Я вспоминаю как я в первый раз взял паяльник в руки… :)
                    • +1
                      Трубки бывают сразу черные. Зайдите в магазин запчастей для автомобилей, например. :-)
                      • +2
                        Я вот посмотрел видео и подумал, а будет-ли в черной трубке свет столь же хорошо все отражаться от стенок, что бы детектировать изгиб >90 градусов?
                        • 0
                          Они разные есть — есть матовые, есть блестящие. Думаю, что блестящие должны нормально работать.
                      • +1
                        Хорошая идея =)

                        Очень хочется посмотреть на зависимость показаний ацп от угла изгиба.
                        • +1
                          Мне кажется тут всё просто, каждая отдельная трубка калибруется. Проблема в том, что такую калибровку надо проводить регулярно. Но качественно оценить уровень изгиба можно.

                          В любом случае посмотреть график угла изгиба от результата АЦП было бы очень интересно.
                        • 0
                          Пара вопросов:

                          Почему используется именно фоторезистор, а не фотодиод или фототранзистор? Он бы точно влез в трубку, как и светодиод.

                          Ну и номиналы резисторов для светодиода и фоторезистора откуда взяты?
                          • 0
                            По поводу фоторезистора — идея пришла когда на руках были фоторезисторы, собственно из-за этого на них и пал мой взгляд. А номиналы резисторов — для светодиода по закону ома, 220 Ом достаточно, чтобы светодиода, при подключения к Мк на 5В, не сгорел. А для фоторезистора 10 кОм достаточно, чтобы подтенуть его к земле и убрать шумы.
                            В следующем посте подготовлю график зависимости и вообще будет небольшой upgrade датчика.
                            • 0
                              Невнимательно смотрел, увидел что резистор 2200 Ом. Отсюда вопрос :). Я обычно ставлю 330 или 470 :)
                          • +1
                            На обложке ролика не хватает «wow!»
                            А ещё напомнило
                            • +2
                              Так вот это что за трубки светящиеся, это всего лишь датчики для управления виртуальным миром. Их только забыли изолентой обмотать.
                              • 0
                                Это откуда?
                                • 0
                                  Газонокосильщик
                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              • 0
                                Отличная идея!
                                • +2
                                  Хохо, еще один способ отловить открывание двери, спасибо :)
                                  • +1
                                    Рад, что оказался полезным! Думаю в следующих постах будет еще много интересного, надеюсь что-нибудь новое для себя подчеркнете.
                                  • +1
                                    Подумалось, что стабильнее будет работать не полая трубка, которая будет норовить перегнуться, а неполый силиконовый «пруток», чтобы изобразить что-то похожее на световод.
                                    • 0
                                      А он не будет работать как световод? т.е при любом изгибе давать [почти] одинаковую проводимость света? Мне кажется, что вариант с пружинкой, предложенный в комментариях, должен решить эту проблему.
                                      • 0
                                        Количество переотражений, все же, от изгиба будет разным, а потому и интенсивность принимаемого света. Надо сделать эксперимент.
                                        У меня есть подозрение, что в случае с трубкой она и действует в качестве чуть менее эффективного световода. Ибо уже при легком изгибе прямого прохождения луча не будет.
                                        Думаю, что решения с пружинкой и неполым сердечником дадут примерно одинаковые результаты с той лишь разницей, что пружинка — это для проблемы решение «внешнее» (с помощью дополнительных деталей, навешиваемых извне), а пруток — «внутреннее» (изменение самой детали).
                                        • 0
                                          Вот именно, что если будет не полый световод, то изменение интенсивности света, попадаемого на фоторезистор будет гораздо меньше, а учитывая, что, как я понял, датчик не отличается высокой точностью (погрешность в +\- 20 условных единиц), то это может стать большой проблемой. Впрочем при неполом световоде, возможно, повысится точность.
                                          Но в общем Вы правы — надо экспериментировать :).
                                    • 0
                                      del
                                      • 0
                                        «Обработаем место кислотой» — правда кислотой? Я баночку не узнаю.
                                        Если правда кислотой то бросайте это дело, оставьте кислоту для пайки например чёрных металов, темболее на сколько вижу у вас трубчатый припой, вполне возможно с флюсом.
                                        • 0
                                          Да, правда кислотой) Уже давно пользуюсь флюсом, пайка получается отличная.
                                        • 0
                                          Доводилось мне как-то, на nag.ru, вроде бы, читать о том что в качестве датчика нарушения границы наловчились использовать обычный оптический кабель. Вроде бы изменения характеристик прохождения света по волокну, которое возникает при деформации под ногой почвы и неглубоко закопанного в нее кабеля достаточно чтобы задетектить где именно идет супостат.
                                          Это, конечно, не настолько наколеночно, но кажется гораздо перспективней в плане точности съема данных.
                                          • 0
                                            Оптика ведь не чувствительна к загибу? Точнее свет либо есть, либо его нет когда оптика порвана.
                                            • 0
                                              Для оптики вообще-то нормативы есть по допустимому радиусу изгиба. И от «свет есть» до «света нет» есть еще «часть свет теряется, потому что из-за изгиба полное внутреннее переотражение становится не таким уж полным».

                                              ps Вот, кстати, беглым поиском нашлось: www.bnti.ru/showart.asp?aid=657&lvl=19.01.02.
                                          • +1
                                            Очень классная идея для DIY-применений. Однако, если в системе, получающей информацию с такого датчика, нужно отслеживать не только динамику, но и абсолютные значения, то нужно предусмотреть калибровку — так как параметры светоизлучения диода и сопротивления фоторезистора сильно зависят от температуры.

                                            И еще — если вы собирали трубку при комнатной температуре и герметично заткнули ее диодом и фоторезистором с обеих сторон, то при охлаждении внутри нее выпадет роса, что изменит ее светопроводящие свойства — нужно при сборке заполнять азотом :)
                                            • 0
                                              Можно заполнить, например, глицерином. Немного с избытком, чтобы он давлением выпрямлял трубку в свободном состоянии.
                                              • 0
                                                Глицерин же, вроде, при комнатной температуре твердеет… или это не тот глицерин?
                                                • +1
                                                  Твердеет парафин :)
                                                  • 0
                                                    Не, не совсем тот. У чистого температура плавления около +18С. А вот 20-30% раствор воды в нем — уже нечто более интересное.
                                                    • 0
                                                      А не коротнет, с 30% воды-то? В смысле, что придется еще отдельно над изоляцией поработать. Я вот думаю попробовать с силиконом, осталось только трубку купить. Завтра попробую купить и смастерить.
                                                      • 0
                                                        Да не должно, трубка то герметичная. Ну можно что-то другое подобрать в принципе.
                                                        • 0
                                                          Ну я вот сейчас пробовал с тем, что нашел — оказалось, что по умолчанию не очень-то она и герметичная — немного капывает вода из нее, заодно оказалось, что у меня какие-то слабые ИК-светодиоды :(, дальше, чем сантиметров 5 фотодиод их не видит =( придется заодно купить светодиод помощнее.
                                                          Ну впрочем может у меня не совсем плотно в трубку светодиод входил, но вроде достаточно плотно.
                                                          • 0
                                                            А вы клеевым пистолетом с торцов, и термоусадкой сверху на всю трубку.
                                                            • 0
                                                              Нет клеевого пистолета =( потому я везде пока что использую силиконовый герметик :)
                                                              Но изолента, вроде, помогла, но все равно выглядит не очень надежным (хотя, думаю, термоусадка должна добавить надежности), потому я за менее жидкий наполнитель трубки :)
                                                          • 0
                                                            Кстати, это нормально, что фотодиод приходится катодом к плюсу подключать? В противном случае ток через него течет всегда.
                                                • 0
                                                  Попробуйте поиграться с белым поляризованным светом, RGB-сенсором и разными материалами трубки. Я думаю, найдется хоть один достаточно гибкий полимер с заметной фотоупругостью — можно будет замерять не просто изгиб, но и другие интересные вещи, вроде скрученности и направления сгиба.
                                                • 0
                                                  Проблему: Слабая механическая стойкость (часто требуется выпрямлять трубку). Это можно решить надев на трубку пружинку из авторучки или откуда-нибудь еще.
                                                • 0
                                                  del
                                                  • 0
                                                    Если кого-то смущает нелинейная зависимость снимаемого напряжения от угла изгиба, эта проблема легко решается интерполяцией. Строите график зависимости по показаниям, оцениваете степень нелинейности на глаз и выбираете нужный способ. Многочлен Лагранжа обычно прекрасно справляется с интерполяцией зависимостей с относительно небольшой степенью нелинейности. А уж инструменты типа Mathcad и попроще могут рассчитать интерполяционную функцию за вас.

                                                    Уточнение: функция интерполяции делает вам плавную зависимость из исходной, а там уже легко вывести зависимость аргумента от функции.

                                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.