壓在Force Sensor上玩Arduino

寫在前頭

你會從這篇文章看到：

• 使用分壓電路規則，讀取類比數值來計算電壓。
• 如何從Force Sensor取得電阻值，並轉換成壓力數值。

準備材料

1. Arduino Board * 1 
2. Breadboard * 1 
3. 10K resistor * 1 
4. Hookup wires * 1 
5. Force Sensor (FlexiForce Sensors A201 100lb) * 1

Force Sensor

FlexiForce屬於以壓阻效應式壓力感測器，以A201(100lb)為測試對象。在沒有壓力的情況下，其電阻值大於5MΩ，隨著壓力增加，電阻值開始下降。因此，藉由不同壓力所產生的電阻值，來計算其壓力值，也能結合使用分壓電路，轉換成電壓變化，便可得到電壓與壓力的關係圖。

分壓電路

根據KVL(Kirchhoff’s Voltage Law)可以從串聯電阻中，計算出每個電阻兩端之電壓。

Vout = Vtoal * (Rfixed/(Rfix+Rsensor))

 Rsensor =( Rfixed*(Vtotal – Vout)) / Vout

壓力與電阻(電導)曲線圖

從Conductance可以計算出這條直線的方程式Y=aX+b：

先抓兩點求斜率，再求方程式。

X1=20    Y1=0.004
X2=120    Y2=0.018
a=(0.018-0.004)/(120-20)=0.00014
b=0.004-(0.00014*20)=0.0012
Y=0.00014X+0.0012

已知Conductance後，求出Force值的公式。

X=(Y-0.0012)/0.00014

麵包板電路配置圖

電路概要圖

FSR V.1

把類比數值經過一道道的計算，轉換成壓力單位。

Arduino

FSR V.2

把Arduino抓到的數值，透過Serial方式傳到Processing程式，利用Processing的互動特性，將這些數值視覺化，方便觀察數字變化關係。

Arduino

Processing

總結

剛開始對基本電學完全不瞭解，只知道Google找類似資料，並依樣畫葫蘆照做一次，其觀念不是很清楚，在這樣的學習情況下，確實會讓人越做越無知，故決定拾起基本電學課本，重新奠定基礎，經過前面幾章的內容，漸漸明白出電阻為何要這樣擺放，又該放多少歐姆的電阻值，以及電流及電壓等概念。另外，Processing程式語言也引起極大的興趣，有助於將冷冰冰地資料轉換成互動式圖形，是一套即簡單又方便的工具。

最後，從這次小小的實作過程中，真是收獲良多，但有些部份仍需改進。一、轉換過程精準值，從Analog Pin取得數值，求得出Force值，其計算步驟之精確度，還需要微調並驗證。二、每筆資料取得之間會延遲一秒，造成Force Sensor與Arduino之反應時間會產生不同步的現象。三、此測試中，固定電阻為10KΩ，應試著增加電阻值，使Analog reading不至於過小。