Senzor podne podloge osjetljiv na pritisak: 9 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

U ovom Instructableu podijelit ću dizajn senzora podnih podloga osjetljivih na pritisak koji može detektirati kada stojite na njemu. Iako vas ne može točno izvagati, može odrediti stojite li na njoj svom težinom ili jednostavno stupate u kontakt s njom.

Prostirka mjeri ljude pomoću Velostata, materijala koji mijenja svoj električni otpor na temelju količine pritiska koji se na nju primjenjuje. Napravio sam cijelu prostirku za manje od 20 € (isključujući tepih).

Korak 1: Ono što će vam trebati

Za izradu senzora trebat će vam sljedeće:

• Velostat: Da bih pokrio dovoljno prostora ispod tepiha, koristio sam 2 kvadrata od 28 cm (11 ") kupljena kod prodavača Adafruit -a.
• Bakrena traka: Koristio sam 5 mm širine i oko 6-7 m trake.
• Tanka izolacijska traka: koristio sam kaptonsku traku širine 25 mm.
• Ožičenje za pričvršćivanje tepiha na nešto.
• Lemilica s malo kositra.
• Multimetar za testiranje.

Da biste zapravo koristili ovaj tepih s mikrokontrolerom, trebat će vam:

• Otpor 47ohm (ili slično male vrijednosti).
• (opcionalno, N-kanalni MOSFET sa 10k otpornika i otpornikom od 220 ohma).

Korak 2: (Kako ne primijeniti bakrenu traku na Velostat)

Za početak ću reći kako se NE smije lijepiti bakrena traka na Velostat.

Počeo sam s pretpostavkom da je "provodljivo ljepilo" na traci vodljivo. Ovo se činilo poštenom pretpostavkom, ali ili moja traka nije ovog tipa "provodljivo ljepilo", ili je "provodljivi" dio jedva provodljiv.

Počeo sam tako što sam zalijepio 2 kvadrata Velostata zajedno s obje strane ljepljivom trakom. Zatim sam izrezao bakrene trake dugačke 25 cm i nanosio ih u jednakim intervalima. Bakrena traka s obje strane nalazi se na potpuno istom mjestu, tako da između bakra postoji samo tanki sloj Velostata. Na slikama shematski prikaz prostirke s izrezom za pregled.

Duga traka bakrene trake (oko 50 cm) koristi se za povezivanje svih redova s obje strane.

Žica je lemljena s obje strane i izvršeno je mjerenje otpora.

Kad sam ga pokušao testirati, vrijednosti multimetra jako bi se kretale između 10 k i 100 ohma. Također, stajanje na prostirci ili ne napravilo je malu razliku u mjerenju. Nešto je bilo užasno pogrešno. Brzo mjerenje trake pokazalo je da ljepilo zapravo nije toliko provodljivo. Sendvič materijala bio je bakar, ljepilo, Velostat, ljepilo, bakar, a ljepilo je bilo neka vrsta izolatora.

Moral priče, napravite male testove ako niste sigurni hoće li uspjeti.

Korak 3: Test male skale

Natrag na ploču za crtanje. Ljepljiva strana bakrene trake očito ne vodi dovoljno. Prednja strana je čisti bakar. Što ako okrenem traku tako da je bakrena strana okrenuta prema Velostatu.

Jedini trag preokrenut je s obje strane. Uzeo sam ljepljivu traku sa stranom prema dolje i zalijepio je na komad kaptonske trake. Ponovna uporaba bakrene trake je izbirljiva, ali ove su stvari preskupe za jednostavno bacanje. Ovaj komad kaptonske trake s bakrom okrenutim od ljepljive strane zalijepljen je na Velostat.

Napravljeno je novo mjerenje. To je odmah dalo stabilan rezultat. Jedna stvar ipak. Činilo se da je jedan trag 24 ohma kada je visok, a 200 kada je nizak. To je bilo dok sam rukom pritiskao samo malu količinu. Ako imam 12 tragova i potpuno stanem na njega, prostirka bi mogla pasti ispod 1 ohma, crpeći previše struje.

Revidirao sam dizajn tako da samo mali dijelovi trake dolaze u dodir s Velostatom. Ovim putem sam se nadao da ću dobiti otpor do upravljivog iznosa.

Korak 4: Primjena bakrene trake na Velostat

Naoružan znanjem kako to zapravo učiniti, krenuo sam u popravak senzorske prostirke. Na fotografijama ćete vidjeti staru prostirku koja se mijenja u novu.

Prvo što sam učinio je dodao male komade trake kao izolator. Traka je s obje strane. Razmaci između trake moraju biti donekle konstantni i veliki oko 1-3 cm, ovisno o tome koliko otpora želite. Razmak mora biti na istom mjestu s obje strane.

Nabavite traku bakrene trake i traku kaptonske trake dovoljno duge da premosti Velostat. Bakrena traka mora biti 1-2 cm dulja od kaptonske trake. Zalijepite bakrenu traku na ljepljivu stranu kaptonske vrpce, tako da jedna strana bakrene trake ide pokraj kaptonske trake.

Zalijepite sklop na Velostat, preko izolatora. Uvjerite se da je bakar na istom mjestu s obje strane. Također provjerite je li višak bakra svaki put na istoj strani. Preklopite višak bakra tako da imate mjesto za montažu spojne trake od bakra. Jedan savjet je imati višak bakra preko izoliranog dijela prostirke kako biste ga kasnije lakše lemili.

Ponovite ovaj korak za sve retke.

Dodajte gornji red bakrene trake koja povezuje sve prethodno montirane bakrene trake. Mudro je izolirati ovaj red od Velostata kako biste spriječili neželjene kratke hlače ili propuštanja. Gornji red povezuje se s preklopljenim jezičcima koji su ostavljeni u prethodnim koracima.

Pažljivo lemite sve kratke trake na gornju traku. Ovaj lem je potreban jer inače gornja traka neće doći u dodir s redovima bakra. Pazite da ne dodate previše topline u bakar. Bakar je montiran na plastiku (Velostat), a taljenje kroz plastiku bilo bi loše.

Lemljenje žica do gornjih redova s obje strane. Bilo gdje je u redu, odabrao sam ugao.

Testirajte prostirku da biste se uvjerili da radi. Spojite multimetar na prostirku i provjerite pada li otpor ako pritisnete neki od neizoliranih dijelova. Također provjerite je li otpor donekle stabilan ako ne učinite ništa. Ako je to slučaj, čestitam, prostirka sada radi.

Kao posljednji korak, nanesite izloženu bakrenu traku kapton. Iako vjerojatno neće uzrokovati kratke hlače, loše je ostaviti izložen bakar.

(Na shematskim slikama gornji red bakra nije prikazan. Slika služi samo za prikaz konfiguracije kaptona i bakra kako bi ova prostirka radila.)

Korak 5: Testiranje mat

Nova prostirka je spojena na multimetar kako bi se ponovno testirala. Ovaj put, bez opterećenja, otpor prostirke je stabilan 17-20 ohma.

Kad potpuno stanem na prostirku, otpor pada na 4-6 ohma. Jedna noga na prostirci daje oko 10 ohma.

Ovo je malo niže nego što sam zadovoljan, ali i dalje je vrijedna za rad. Postoji velika razlika između tereta i osobe koja stoji na prostirci. Primijećeno je da tlak zapravo ne definira otpor. Površina čini. Ako stojim na više prostirki s manjom težinom, otpor postaje manji nego ako cijelom težinom stojim na jednom mjestu. Za ovo što mi treba ovaj senzor, ovo je sjajno, ali imajte ga na umu ako ga budete izrađivali.

Korak 6: Ožičite ga

Budući da je prostirka samo veliki promjenjivi otpornik, mjerenje s podloge prilično je jednostavno.

Najjednostavniji način je korištenje razdjelnika napona. Dodajte otpornik prije prostirke osjetnika tlaka (u shemama se naziva R_mat) i izmjerite točku između otpornika i prostirke (koja se naziva MatA1). Koristio sam 47 ohma, ali vašem će otiraču možda trebati još nešto. Moja logička razina je 3,3 V, možete koristiti bilo koju razinu logičke snage.

Dodao sam dodatni strujni krug za isključivanje na svoju prostirku. Nisam želio konstantno iscrtavanje 50 mA na svojoj prostirci. Jednostavno ne znam kako Velostat voli konstantnu struju kroz njega i očekujem da će to biti loše za dugovječnost prostirke. Krug se sastoji od N-kanalnog MOSFET-a sa potrebnim otpornicima. Kad god poželim pročitati, uključim MOSFET. Ostatak vremena, MOSFET je isključen, a prostirka nema snage prolaziti kroz njega.

Korak 7: Kako ga koristiti

Korištenje prostirke s Arduinom (ili bilo kojim drugim mikrokontrolerom) je jednostavno. Ako imate samo razdjelnik napona, jednostavno pričvrstite prostirku na analogni pin, postavite pin na koji pričvrstite prostirku kao ulaz i upotrijebite analognu naredbu za čitanje. Vrijednost koju dobijete time će pasti ovisno o tome koliko je težine primijenjeno na prostirku.

Ako ste instalirali MOSFET, sjetite se da ulaz MOSFET -a bude visok prije nego što izvršite mjerenje. Inače ćete jednostavno izmjeriti napon koji ste koristili za prostirku (3,3 V u mom slučaju).

Vrijednost koju dobivate s prostirke ne mijenja se mnogo s vremenom. Jednostavno koristim graničnu vrijednost kako bih utvrdio stoji li nešto na prostirci, a nakon mjesec dana neprekidne uporabe prostirka i dalje radi dobro.

Korak 8: Što bih sljedeći put drugačije napravio

Jedna važna stvar vezana uz projekt je da bih prvo ispravno testirao manju verziju prostirke. Zapravo sam napravio mali komad bakra na Velostatu, vidio brojke na multimetru i pretpostavio da sve radi. Ovo je bila greška.

Ono što se odnosi na prostirku je to da bih koristio manje komade bakra. Trenutno imam 48 flastera od 2-3 cm bakra. To daje otpor od 20 ohma u praznom hodu i oko 5 ohma kad stojim na njemu. Iako je ovo izvediv broj, bilo bi lakše da je malo niži. 1 cm izloženog bakra bilo bi više nego dovoljno za ovu prostirku. Neću to više raditi na svom, ali možda bi netko drugi koji to želi mogao imati koristi od ovoga.

Korak 9: Kako ga koristim

Zašto sam posebno napravio ovu prostirku osjetljivu na pritisak? Napravio sam otmjenu budilicu ESP32. Povezan je s mojim Domoticz sustavom, može vratiti vrijednosti senzora poput CO2 i temperature i može kontrolirati moje osvjetljenje. Također pokazuje vrijeme i ima alarm.

Ovdje dolazi senzorska prostirka. Nemam problema s buđenjem. Budim se sa svjetlom za buđenje i obično sam budan kad moram izaći. Imam problem s ustajanjem iz kreveta. Prostirka me tjera da ustanem iz kreveta. Alarm se isključuje samo kad zaista stojim na prostirci (ili izvučem utikač iz budilice). Ovo me tjera da ustanem iz kreveta, a kad izađem iz kreveta, rijetko se vraćam unutra. Iako je to pomalo pretjerano rješenje problema koji ima mnoga druga rješenja, zadovoljan sam s njim. Do sada sam svako jutro ustajala na vrijeme oko mjesec dana na vrijeme. Prije sam znao ostati u krevetu i do sat vremena.

20 minuta prije nego što se alarm oglasi, prostirka postaje aktivna. Prostirka se uključuje, potrebno je očitavanje napona, a prostirka se ponovno isključuje. To se događa svake sekunde. Kad stojim na prostirci, prije ili za vrijeme alarma, isključuje se alarm.