Sensor de Resistencia de detección de fuerza (FSR)

Los FSR son sensores de presión súper robustos que se utilizan en todo tipo de industrias. Los encontrará en baterías electrónicas, teléfonos móviles, dispositivos de juego portátiles y muchos más dispositivos electrónicos portátiles. Estos sensores son fáciles de usar y excelentes para detectar la presión.

fsr_image

¿Cómo funciona un FSR?

La resistencia de un FSR depende de la presión que se aplica al área de detección. Cuanto más presión aplique, menor será la resistencia. El rango de resistencia es bastante grande:> 10 MΩ (sin presión) a ~ 200 Ω (presión máxima). La mayoría de los FSR pueden detectar fuerzas en el rango de 100 g. a 10 kg.

Construcción básica

Un FSR consta de dos membranas y un adhesivo espaciador. Las membranas conductoras están separadas por un delgado espacio de aire cuando no se aplica presión. Una de las membranas contiene dos trazos que van desde la cola hasta el área de detección (la parte redonda). Estos rastros se entrelazan, pero no se tocan. La otra membrana está recubierta con una tinta conductora. Cuando presiona el sensor, la tinta corta los dos trazos junto con una resistencia que depende de la presión.

FSR-Construction

¿Cómo leer un FSR?

El siguiente gráfico muestra la curva de resistencia frente a fuerza para el sensor FSR 402. Tenga en cuenta que los datos se representan en escalas logarítmicas. ¡La respuesta no es lineal! Como puede ver, hay una gran caída en la resistencia cuando se aplica una pequeña cantidad de presión. Después de eso, la resistencia es inversamente proporcional a la fuerza aplicada. Con alrededor de 10 kg (no se muestra en el gráfico), el sensor está saturado y un aumento en la fuerza produce poca o ninguna disminución en la resistencia.

FSR-402-Resistance-vs-Force-curve

Circuito divisor de voltaje

Para medir la fuerza aplicada con un Arduino, deberá construir un circuito divisor de voltaje con el FSR y una resistencia desplegable. Este circuito crea una salida de voltaje variable que puede ser leída por la entrada ADC (convertidor analógico a digital) del microcontrolador.

Voltage-divider-circuit-Interlink-FSR-402

Seleccionar la resistencia del tamaño correcto para que coincida con su sensor puede ser un poco complicado y depende del rango de fuerza que desee medir.

El gráfico de arriba muestra las curvas Vout vs Force para diferentes valores de R (la resistencia desplegable). Una resistencia de 10 kΩ funciona bien si desea utilizar el sensor en todo su rango de fuerza (100 ga 10 kg).

Ejemplo de cálculo

El voltaje de salida (Vout) que medimos con el Arduino se describe mediante la siguiente ecuación:

Vout = Vcc x R / (R + Rfsr)

Entonces, el voltaje es inversamente proporcional a la resistencia FSR. Tenga en cuenta que el voltaje de salida que mide es la caída de voltaje a través de la resistencia desplegable, no a través del FSR.

Cuando no se aplica fuerza, la resistencia FSR será realmente alta, tome 10 MΩ como ejemplo. Usé una resistencia desplegable de 10 kΩ y un Vcc de 5 V para este tutorial, lo que da como resultado la siguiente salida cuando no se aplica fuerza:

Vout = 5 V x 10 kΩ/ (10 kΩ + 10 MΩ) = 0.005 V

Entonces, casi 0 V. Si presiona con mucha fuerza el FSR, la resistencia bajará a aproximadamente 200 Ω. Esto da como resultado el siguiente voltaje de salida:

Vout = 5 V x 10 kΩ/ (10 kΩ + 200 Ω) = 4.9 V

Como puede ver, debería poder medir un voltaje de salida entre 0 y 4.9V dependiendo de la cantidad de fuerza que aplique al sensor.

Especificaciones FSR

La tecnología utilizada en los FSR está patentada por Interlink Electronics, que ha estado en funcionamiento desde 1985. Los tipos más comunes de FSR que encontrará son el Interlink FSR 402 y 406 .

Descripción	Valores
Fuerza de actuación	~ 0.1N mínimo
Rango de sensibilidad a la fuerza	~ 0,1 N - 100 N
Rango de resistencia	> 10 MΩ (circuito abierto) - ~ 200Ω
Resolución de fuerza	Continuo (analógico)
Forzar repetibilidad	± 6%
Área activa	Ø 12,7 mm
Espesor nominal	0,55 milímetros
Cambiar de viaje	0,15 milímetros
Tiempo de vida	> 10 millones de actuaciones
Precio	~ 15 dólares

Ejemplo de práctico

Una vez teniendo presente todo lo anterior pasaremos hacer una prueba práctica, para esto vamos a crear un pequeño circuito con un Arduino, el sensor FSR y 6 Leds de colores.

A continuación se muestra el código que se usó para esta práctica y el circuito construido.

/* Arduino example code to control multiple LEDs with a Force Sensitive Resistor (FSR) as pressure sensor. More info: https://www.makerguides.com */

// Define pins:
#define fsrpin A0
#define led1 2
#define led2 3
#define led3 4
#define led4 5
#define led5 6
#define led6 7

// Define variables:
int fsrreading;

void setup() {
  // Begin serial communication at a baud rate of 9600:
  Serial.begin(9600);
  // Set LED pins as output:
  pinMode(led1, OUTPUT);
  pinMode(led2, OUTPUT);
  pinMode(led3, OUTPUT);
  pinMode(led4, OUTPUT);
  pinMode(led5, OUTPUT);
  pinMode(led6, OUTPUT);
}

void loop() {
  // Read the FSR pin and store the output as fsrreading:
  fsrreading = analogRead(fsrpin);

  // Print the fsrreading in the serial monitor:
  Serial.println(fsrreading);

  // Control the LEDs:
  if (fsrreading > 200) {
    digitalWrite(led1, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led1, LOW);
  if (fsrreading > 450) {
    digitalWrite(led2, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led2, LOW);
  if (fsrreading > 550) {
    digitalWrite(led3, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led3, LOW);
  if (fsrreading > 650) {
    digitalWrite(led4, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led4, LOW);
  if (fsrreading > 800) {
    digitalWrite(led5, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led5, LOW);
  if (fsrreading > 900) {
    digitalWrite(led6, HIGH);
  }
  else digitalWrite(led6, LOW);
}

Código del Arduino utilizado para esta práctica

arduino_circuit

Circuito en funcionamiento

Referencia bibliográfica

[1] Bakker, B. (2021, 11 marzo). Force Sensing Resistor (FSR) Arduino Tutorial (3 Examples). Makerguides.Com. https://www.makerguides.com/fsr-arduino-tutorial/

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Resistencia de detección de fuerza (FSR) #69