FSR-Linearisierung bei Verwendung von adc

Sie können möglicherweise nicht tun, was Sie wollen. Wenn der Sensor nur ein Bein eines Widerstandsteilers ist, erhalten Sie die maximale Auflösung, wenn der Sensor den gleichen Widerstand wie der andere Widerstand des Teilers hat. Ein solcher Aufbau kann den Bereich von 0 bis unendlich des Testwiderstands bewältigen, aber die Messauflösung fällt mit dem Verhältnis zwischen den beiden Widerständen ab.

Um zu entscheiden, ob das Setup gut genug ist, müssen Sie zuerst entscheiden, welchen Widerstandsbereich der Sensor während des bestimmungsgemäßen Betriebs haben wird. Dann müssen Sie entscheiden, mit welcher Auflösung Sie den Widerstand messen möchten.

Sie möchten, dass der feste Widerstand des Teilers so ist, dass er an beiden Enden des Bereichs das gleiche Verhältnis hat. Angenommen, Sie interessieren sich für Widerstände von 1,2 kΩ bis 340 kΩ. Das ist ein Verhältnis von 283. Der Mittelpunkt im Verhältnisraum ist die Quadratwurzel davon von beiden Enden. Das ist 16,8. Der Mittelpunkt ist dann (1,2 kΩ)16,8 = 20,2 kΩ. Sie sollten dasselbe erhalten, wenn Sie das Mittelpunktverhältnis vom oberen Ende anwenden: (340 kΩ)/16,8 = 20,2 kΩ.

Um die Worst-Case-Lösung zu finden, rechnen Sie nach. Berechnen Sie die Spannung in den A/D für beide Extreme. Arbeiten Sie dann rückwärts, um zu sehen, welcher Widerstand eine A/D-Zählung mehr zur Mitte hin ergeben würde.

Mit dem obigen Beispiel haben Sie einen Pullup von 20,2 kΩ und den Testwiderstand auf Masse. Bei 1,2 kΩ beträgt die Ausgangsspannung des Teilers 0,0561 der Referenz. Angenommen, Sie verwenden einen 12-Bit-A/D. Der A/D-Ausgang ist 230. Sie haben daher eine Auflösung von 1 Teil in 230 oder nicht ganz 8 Bit an den Enden Ihres Bereichs.

Das ist die Auflösung, mit der Sie den Widerstand messen können. Arbeiten Sie das jetzt zurück, um zu sehen, welches Druckdelta das sowohl am unteren als auch am oberen Ende des Bereichs darstellt.

Wenn dies nicht akzeptabel ist, müssen Sie etwas anderes tun. Beispielsweise könnten Sie einen A/D mit höherer Auflösung oder eine insgesamt andere Topologie verwenden.

Sie können diesen High-End-Mehrbereichs-ADC verwenden:

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Der linke ist die billige Version, der rechte ist die "Luxus"-Version, also werde ich mich dafür entscheiden.

• Setzen Sie den Ausgang auf logisch 1. Dadurch wird der Kondensator aufgeladen.
• Spannung erfassen. Dies ergibt eine genaue Messung, wenn der FSR-Widerstand niedrig ist, und eine ungenaue Messung, wenn der FSR einen hohen Widerstand hat.
• Stellen Sie den Ausgangsstift auf High-Z
• Erfassen Sie die Spannung alle 5 µs, dann können Sie nach den ersten Erfassungen langsamer vorgehen, z. B. Zweierpotenzen, 5, 10, 20 µs usw
• Stoppen Sie, wenn die Spannung nahe bei VCC/2 liegt

Nehmen wir an, der ADC-Wert war zu Beginn A = 1,000 und nach 4 ms ist er A = 0,470 ...

$A = e^{-t/RC}$

$R = - \frac{t}{C ln A} = 53000 \Omega$

Die Genauigkeit hängt von der Uhr des Mikrocontrollers ab (gut, dass ein Quarzoszillator Erdnüsse kostet und Sie sowieso schon einen haben) und die RC-Entladung wirkt wie eine Lupe, die es ermöglicht, hohe Widerstandswerte genau zu messen.

Die Kappe sollte von guter Qualität sein, wie C0G.

Es gibt viele ähnliche billige Tricks, um einen Mikrocontroller-ADC zu verwenden. Sie können dies beispielsweise erweitern, indem Sie eine Wechselspannung an Ihrem Widerstand verwenden (einfach eine Rechteckwelle an einem Pin ausgeben), diese dann mit einem Tiefpassfilter (dh einer Kappe) filtern und durch Variieren der Frequenz die Stärke variieren das zu messende Signal. Verstärken Sie es mit einem Operationsverstärker, der eine feste Verstärkung haben kann und nicht übersteuert, da Sie die Signalamplitude steuern, und erfassen Sie es dann. Dadurch werden auch DC-Offsets und andere Ärgernisse beseitigt.

Es gibt auch diesen:

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Stellen Sie den gewünschten Pin auf Ausgangslogik 1 und die anderen auf High-Z, und Sie können den oberen Widerstand in Ihrem Teiler auswählen, wodurch Sie mehrere Bereiche erhalten. Beachten Sie den Ausgangswiderstand des Pins, der 30 Ohm nicht unterschreiten wird und temperaturabhängig ist. Aber wenn Sie Ihren Sensor mit bekannten Gewichten kalibrieren, ist das erledigt.