مقدمة
طرحنا عدداً من المشاريع في موقعنا وسنضيف الآن إلى تلك القائمة حساس الضغط أردوينو يتضمن محولات تماثلية رقمية وهي MPS20N0040D و HX710B.
توصيل حساس الضغط إلى أردوينو
يرسل حساس الضغط نبضات متوافقة مع بيانات الضغط التي يقرأها، حيث يوفّر الطرف Clock تزامناً لتلك البيانات كما في البروتوكولات المتزامنة، ويمكنك استخدام أي طرف رقمي من الأردوينو من أجل التزامن أو نقل البيانات؛ علاوةً على ذلك، فإنَّ تغذية 5 فولت كافية لتشغيل حساس الضغط.
لا توجد مكتبة خاصة بحساس الضغط هذا ولكن يمكننا استخدام نفس مكتبة حساس الوزن HX711؛ حيث أن كلًا من الحساسين HX711 وHX710B يعتبر محول 24 بت تماثلي رقمي وكلاهما يولدان نبضات الخرج ذاتها، ومع ذلك تقدم مكتبة الحساس HX711 الأصلية قيم رقمية أولية وليس قيم الضغط.
يمكنك نسخ أو تنزيل مكتبة خاصة تعطي قيم الخرج بالباسكال والميليمتر الزئبقي والأتموسفير والرطل/ بوصة مربعة (psi) من خلال الضغط هنا ووضعها مباشرة في مجلد المسار المستندات\ أردوينو\ المكتبات.
فيما يلي مثال عن البرنامج الذي يعرض قيمة الضغط بالباسكال في شاشة العرض التسلسلي
لتنزيل كود البرنامج اضغط هنا
كيف يعمل حساس الضغط MPS20N0040D؟
يقيس حساس MPS20N0040D ضغط الهواء أو ضغط السائل عند خروجه.
الدارة الجسرية
يعتبر حساس الضغط MPS20N0040D دارة جسرية يكون أحد عناصر الجسر فيها عبارة عن مقاومة حساسة للضغط، ويطبق جهد الدخل على الجسر عند النقطتين 2 و5 ويقاس جهد الخرج عند النقاط 1 و6 و4.
يحسب جهد الخرج عند النقاط 1 و6 و4 من خلال المعادلة:
ستلاحظ أنه عندما تكون جميع قيم المقاومات متساوية، فإنَّ جهد الخرج يكون معدوماً (مساوياً للصفر) ويسمى الجسر عندها بالجسر المتوازن.
لنفرض أن قيم جميع المقاومات في الجسرمتساوية وكل منها يساوي 10 أوم وجهد الدخل 5 فولت عندها يكون جهد الخرج:
عند تطبيق الضغط تتغير قيمة إحدى المقاومات في الجسر مما يخلّ بتوازن الجسر ولا يعد جهد الخرج مساوياً للصفر، وبفرض أنه تغيرت قيمة إحدى المقاومات من 10 أوم إلى 20 أوم بسبب الضغط تصبح عندها قيمة جهد الخرج:
يعتبر تغير قيمة المقاومة بمقدار 10 أوم كبيراً بعض الشيء؛ في الواقع غالباً ما يكون التغير في قيمة المقاومة صغيراً جداً، وهذا يتوافق مع جهد خرج حساس الضغط الذي يكون أيضاً صغيراً جداً وأقل بكثير من حساسية المحول التماثلي الرقمي الموجود في الأردوينو، وبالتالي نحن بحاجة لاستخدام محول تماثلي رقمي خارجي بدقة أعلى من10 بت في الأردوينو، وهذه هي وظيفة الحساس HX710B.
تحويل الجهد إلى ضغط
يعدّ حساس الضغط HX710B محول تماثلي رقمي 24 بت يرسل نبضات بناءً على الجهد الذي يقرأه، وكلما زاد عدد النبضات داخل إطار معين كلما زادت قيمة الجهد، كذلك يمكن للمحول التماثلي الرقمي ذو 24 بت اكتشاف مستوى الجهد المنخفض مثل:
بالمقارنة، يمكن للمحول التماثلي الرقمي ذو 10 بت الخاص بالأردوينو من خلال الدخل التماثلي قياس الحساسية:
يعطي حساس MPS20N0040D جهد خرج يتناسب خطياً مع الضغط المطبق بالكيلو باسكال.
يمكننا استخدام هذه المعادلة لتحويل قيمة خرج المحول التماثلي الرقمي إلى ضغط مقاس بالباسكال:
بالنسبة لمحول تماثلي رقمي ذو 24 بت مثل HX710B تصبح المعادلة كالتالي:
هذه هي المعادلة المستخدمة في المكتبة التالية (في الرابط أدناه) من أجل قراءة الضغط مقاساً الباسكال، لتنزيلها اضغط هنا
بالنسبة لوحدات الضغط الأخرى نستخدم معاملات التحويل فقط.
مثال عملي لقياس مستوى السائل
من الممكن أن يقيس حساس الضغط مستوى أي سائل في أي لحظة. فيما يلي مثال عن الآلية، حيث يمكن أن يكون جهاز KP610 هو حساس الضغط MPS20N0040D
مع ارتفاع مستوى السائل يزداد الضغط داخل الأنبوب على الحساس، ويتناسب ارتفاع السائل مع الضغط وفق المعادلة:
حيث:
ρ الكثافة الحجمية للسائل
h ارتفاع السائل
g تسارع الجاذبية الأرضية
المصدر: هنا
ترجمة: رؤى عثمان, مراجعة: يارا قاضون, تدقيق لغوي: بولا ابراهيم, تصميم: علي العلي, تحرير: فادي الشعار
