Wskaźnik siły nacisku

Witam.
Chciałbym przedstawić prosty wskaźnik siły nacisku. Układzik jest na tyle prosty, że poradzi z nim sobie nawet początkujący.
Prezentowany układ docelowo będzie użyty do określenia siły uchwytu przedmiotu przez chwytak w ramieniu manipulatora.



Podstawowym elementem wskaźnika jest rezystancyjny czujnik nacisku FSR (Force Sensing Resistor). Rezystancja takiego czujnika maleje wraz ze wzrostem siły nacisku.
W najprostszej aplikacji czujnik mógłby pracować w dzielniku napięciowym, jednak znacznie lepszym rozwiązaniem (ale nieco skomplikowanym) jest to opisane poniżej.

Napięcie zasilania (8-12V) ograniczone do +5V przez 78L05, doprowadzone jest do przetwornicy ICL7660. Przetwornica zasila czujnik (R4 na schemacie) napięciem -5V. Wzmacniacz operacyjny IC3A 358 pracuje w roli przetwornika prąd/napięcie, natomiast druga jego część to wtórnik. Napięcie pomiarowe z wyjścia wtórnika trafia na wejście linijki diodowej LM3914 i na gniazdo wyjściowe.
LM3914 (wersja liniowa) pracuje w typowej aplikacji. Z wartościami rezystorów jak na schemacie i końcówce RLO podłączonej do masy, zakres wskazań linijki wynosi od 0-5V.
Przy rezystancji R1 = 4,7k dla siły nacisku czujnika od 0 do 1000g napięcie wyjściowe wynosi właśnie od 0 do 5V.



Gdyby konieczne było zasilenie całego układu napięciem 5V, należy pominąć stabilizator 78L05 i zmienić R1 na 1,5k. Wówczas zakres zmian napięcia wyjściowego czujnika wynosi około 0-2V (napięcie 2V odpowiada 1000g).
Należy także dobrać dzielnik dla linijki LED.
Taki zabieg jest konieczny, gdyż 358 nie jest wzmacniaczem rail to rail (napięcie wyjściowe wzmacniacza przy zasilaniu 5V wynosiło nieco ponad 3V).

W trakcie testów okazało się, przy bardzo mocnym nacisku, pewnie ponad 1000g, napięcie wyjściowe wynosiło aż 7V. Warto o tym pamiętać w przypadku dołączenia przetwornika ADC.
Ponadto siła szczęk chwytaka jest dużo mniejsza od oczekiwanej , stąd ostatecznie rezystancję dzielnika LM3914 dobrano eksperymentalnie.

Do budowy celowo nie użyłem atmegi 8 czy arduino, gdyż nie jestem zwolennikiem używania procesorów zawsze i wszędzie, tym bardziej, że elementy (oprócz czujnika) miałem w przysłowiowej szufladzie.
Czujnik do chwytaka został "zamontowany" w taki sposób tylko na czas testów.
Układ jest prosty i można go dostosować do własnych potrzeb.





W załączniku płytka i schemat (eagle).