使用Arduino开发板连接薄膜压力传感器FSR的方法

风筝

压力传感器（Force Sensing Resistor，FSR）也称为力敏电阻或力感测电阻。这种传感器成本低廉，且易于使用，专门设计用于检测物理形式的压力、挤压和重力。

您会在电子鼓、手机、手持游戏设备和更多便携式电子设备中找到它们。

压力传感器概述

压力传感器中使用的技术已被自1985年成立的Interlink电子产品申请专利。您将很容易找到的最常见的FSR类型是InterLink FSR-402和FSR-406。

物理构造

FSR实际上是一个可变电阻器，随着压力施加到传感区域，相应的电阻值会发生变化。

它由几个薄的柔性层组成。按下越多，电阻碳元件越触及导电迹线，这会降低电阻。

形状和外形尺寸

市场上FSR的种类繁多选项，包含一些关键功能，例如尺寸、形状和传感范围，可以使它们与众不同。

大多数FSR具有圆形或矩形感应区域。正方形FSR非常适合广泛的区域传感，而小圆形传感器可以为传感场提供更高的准确性。

感应范围

FSR的另一个关键特征是其额定传感范围，该范围定义了传感器可以区分的最小压力和最大压力。

力额定值越低，FSR越敏感。传感器最大范围以外的任何压力都是无法衡量的（这也可能损坏传感器）。例如，较小的1公斤级FSR可能会提供更灵敏的读数，从0到1kg，但无法分辨2kg和5kg重量之间的差异。

FSR如何工作？

正如我们已经说过的，FSR实际上是一种电阻，它根据压力的程度而改变其电阻值。

当没有施加压力时，传感器看起来像无穷大的电阻（开路）。您在传感器头部施加的力越大，两个端子之间的电阻越低，但是当您取消压力时，它将返回其原始值。

下图显示了FSR402传感器的不同力测量值的传感器电阻。请注意，数据绘制在对数尺度上。

请注意，该图通常是从50克及向上线性线性的，但不低于50克。这意味着每当我们对其施加压力时，其电阻会迅速从无穷大降低到100k，然后变得更加线性。

读取FSR数据的方法

读取FSR的最简单方法是将FSR与固定值电阻（通常为10kΩ）连接起来，以形成一个分压器。为此，您将FSR的一端连接到电源，而另一端将其连接到下拉电阻器。然后，固定值下拉电阻和变量FSR电阻之间的点连接到Arduino的ADC输入。

这样，您可以创建一个可变电压输出，可以通过微控制器的ADC输入读取该输出。

请注意，您测量的输出电压是施加在下拉电阻的电压，而不是FSR之间的电压。

分压器的输出由等式描述：

根据该等式可以得出，输出电压随着力增加而增加。例如，使用5V电源和10K下拉电阻，当没有压力时，FSR电阻非常高（约10MΩ）。这将导致以下输出电压：

如果在FSR上施加最大力，电阻将下降到大约250Ω。这将导致以下输出电压：

如您所见，取决于施加到传感器的力量，输出电压从0到5V不等。

FSR压力传感器与Arduino Uno的硬件连接

将FSR连接到Arduino非常容易。

您需要与FSR连接10kΩ下拉电阻，以形成一个分压器。然后，下拉电阻和FSR之间的点连接到Arduino的ADC输入A0。

请注意，FSR实际上是一个电阻。这意味着您可以将它们连接到任何一种方式，工作都可以正常。

Arduino代码 - 简单的模拟读取FSR测量值

对于我们的第一个实验，将从Arduino的ADC引脚中读取传感器数据，并在串口显示器上显示输出。

代码非常简单。 它只是以定性的方式打印出压力值。 对于大多数项目，能满足需求。

1. int fsrPin = 0;     // the FSR and 10K pulldown are connected to a0
   
2. int fsrReading;     // the analog reading from the FSR resistor divider
   
3. 
   
4. void setup(void) {
   
5.   Serial.begin(9600);   
   
6. }
   
7. 
   
8. void loop(void) {
   
9.   fsrReading = analogRead(fsrPin);  
   
10. 
    
11.   Serial.print("Analog reading = ");
    
12.   Serial.print(fsrReading);     // print the raw analog reading
    
13. 
    
14.   if (fsrReading < 10) {
    
15.     Serial.println(" - No pressure");
    
16.   } else if (fsrReading < 200) {
    
17.     Serial.println(" - Light touch");
    
18.   } else if (fsrReading < 500) {
    
19.     Serial.println(" - Light squeeze");
    
20.   } else if (fsrReading < 800) {
    
21.     Serial.println(" - Medium squeeze");
    
22.   } else {
    
23.     Serial.println(" - Big squeeze");
    
24.   }
    
25.   delay(1000);
    
26. }

复制代码

如果工作正常，则应在串口显示器上看到下面的输出。

代码说明

首先声明FSR和10K下拉电阻连接的Arduino引脚。我们还定义了变量fsrReading，该变量可保存FSR的原始模拟读数。

1. int fsrPin = 0;
   
2. int fsrReading;

复制代码

在setup()函数中，我们将初始化串口通信。

1. void setup(void) {
   
2.   Serial.begin(9600);   
   
3. }

复制代码

在loop()函数中，我们从FSR分压器中获取模拟读数，并将其显示在串口显示器上。

如前所述，传感器的输出电压为0V（无压力）和大约5V（最大压力）。当Arduino将此模拟电压转换为数字时，它实际上将其转换为范围0到1023的10位数量。因此，根据挤压力程度，您将在串口显示器中看到0到1023之间的值。

1. fsrReading = analogRead(fsrPin);  
   
2. 
   
3. Serial.print("Analog reading = ");
   
4. Serial.print(fsrReading);

复制代码

最后，我们打印了测量的压力量。

1. if (fsrReading < 10) {
   
2.         Serial.println(" - No pressure");
   
3. } else if (fsrReading < 200) {
   
4.         Serial.println(" - Light touch");
   
5. } else if (fsrReading < 500) {
   
6.         Serial.println(" - Light squeeze");
   
7. } else if (fsrReading < 800) {
   
8.         Serial.println(" - Medium squeeze");
   
9. } else {
   
10.         Serial.println(" - Big squeeze");
    
11. }

复制代码

Arduino代码 - 高级模拟FSR测量

我们接下来的Arduino代码非常先进。它测量了FSR测量的近似牛顿力。这对于校准您认为FSR会体验到的力非常有用。

1. int fsrPin = 0;     // the FSR and 10K pulldown are connected to a0
   
2. int fsrReading;     // the analog reading from the FSR resistor divider
   
3. int fsrVoltage;     // the analog reading converted to voltage
   
4. unsigned long fsrResistance;  // The voltage converted to resistance
   
5. unsigned long fsrConductance;
   
6. long fsrForce;       // Finally, the resistance converted to force
   
7. 
   
8. void setup(void) {
   
9.   Serial.begin(9600);   // We'll send debugging information via the Serial monitor
   
10. }
    
11. 
    
12. void loop(void) {
    
13.   fsrReading = analogRead(fsrPin);  
    
14.   Serial.print("Analog reading = ");
    
15.   Serial.println(fsrReading);
    
16. 
    
17.   // analog voltage reading ranges from about 0 to 1023 which maps to 0V to 5V (= 5000mV)
    
18.   fsrVoltage = map(fsrReading, 0, 1023, 0, 5000);
    
19.   Serial.print("Voltage reading in mV = ");
    
20.   Serial.println(fsrVoltage);  
    
21. 
    
22.   if (fsrVoltage == 0) {
    
23.     Serial.println("No pressure");  
    
24.   } else {
    
25.     // The voltage = Vcc * R / (R + FSR) where R = 10K and Vcc = 5V
    
26.     // so FSR = ((Vcc - V) * R) / V        yay math!
    
27.     fsrResistance = 5000 - fsrVoltage;     // fsrVoltage is in millivolts so 5V = 5000mV
    
28.     fsrResistance *= 10000;                // 10K resistor
    
29.     fsrResistance /= fsrVoltage;
    
30.     Serial.print("FSR resistance in ohms = ");
    
31.     Serial.println(fsrResistance);
    
32. 
    
33.     fsrConductance = 1000000;           // we measure in micromhos so
    
34.     fsrConductance /= fsrResistance;
    
35.     Serial.print("Conductance in microMhos: ");
    
36.     Serial.println(fsrConductance);
    
37. 
    
38.     // Use the two FSR guide graphs to approximate the force
    
39.     if (fsrConductance <= 1000) {
    
40.       fsrForce = fsrConductance / 80;
    
41.       Serial.print("Force in Newtons: ");
    
42.       Serial.println(fsrForce);      
    
43.     } else {
    
44.       fsrForce = fsrConductance - 1000;
    
45.       fsrForce /= 30;
    
46.       Serial.print("Force in Newtons: ");
    
47.       Serial.println(fsrForce);            
    
48.     }
    
49.   }
    
50.   Serial.println("--------------------");
    
51.   delay(1000);
    
52. }

复制代码

以下是串口显示器中输出的样子。