Сензор за подови подложки, чувствителни към натиск: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В тази инструкция ще споделя дизайн за чувствителен на натиск сензор за подови настилки, който е в състояние да открие, когато застанете върху него. Въпреки че не може да ви претегли точно, може да определи дали стоите на него с цялото си тегло или просто влизате в контакт с него.

Подложката измерва хората, използващи Velostat, материал, който променя електрическото си съпротивление въз основа на налягането, приложено върху него. Направих цялата постелка за под 20 евро (без килима).

Стъпка 1: Какво ще ви трябва

Ето какво ще ви е необходимо, за да направите сензора:

• Velostat: За да покрия достатъчно площ под килима, използвах 2 квадрата от 28 см (11 "), закупени от дистрибутор на Adafruit.
• Медна лента: Използвах 5 мм широчина и около 6-7 м лента.
• Тънка изолационна лента: Използвах 25 мм широка каптонова лента.
• Окабеляване, за да закачите килима към нещо.
• Поялник с малко калай.
• Мултицет за тестване.

За да използвате този килим в действителност с микроконтролер, ще ви трябва:

• Резистор 47ohm (или подобна малка стойност).
• (по избор, N-канал MOSFET с 10k резистор и 220ohm резистор).

Стъпка 2: (Как да не приложите медна лента към Velostat)

Ще започна като разкажа как НЕ трябва да прилагате медна лента към Velostat.

Започнах с приемането, че "проводимото лепило" върху лентата е проводимо. Това изглеждаше справедливо предположение, но или лентата ми не е от този тип „проводимо лепило“, или „проводящата“част е едва проводима.

Започнах, като залепих 2 квадрата на Velostat заедно от двете страни с каптонова лента. След това изрязах 25 см дълги ленти от медна лента и ги нанесох на равни интервали. Медната лента от двете страни е на абсолютно същото място, така че между медта има само тънък слой Velostat. На изображенията схематичен изглед на постелката с изрез за преглед.

Дълга лента от медна лента (около 50 см) се използва за свързване на всички редове заедно от двете страни.

От двете страни е запоен проводник и е направено измерване на съпротивлението.

Когато се опитах да го тествам, стойностите на мултицета ще се люлеят диво между 10k и 100ohm. Също така, стоенето на постелката или не е имало много малка разлика за измерването. Нещо ужасно се обърка. Бързо измерване на лентата показа, че лепилото всъщност не е толкова проводимо. Сандвичът от материали беше мед, лепило, велостат, лепило, мед и лепилото беше вид изолатор.

Моралът на историята, направете малки мащабни тестове, ако не сте сигурни дали ще работи.

Стъпка 3: Малък мащабен тест

Обратно към дъската за рисуване. Лепилната страна на медната лента очевидно не провежда достатъчно. Предната страна обаче е от чиста мед. Ами ако обърна лентата, така че медната страна да е обърната към Velostat.

Една -единствена следа беше обърната от двете страни. Взех лепящата лента със страната надолу и я залепих на парче каптонова лента. Повторното използване на медна лента е фино, но тези неща са малко прекалено скъпи, за да се изхвърлят. Това парче каптонова лента с мед, обърнато от лепкава страна, беше залепено върху Velostat.

Направено е ново измерване. Това моментално даде стабилен резултат. Едно нещо обаче. Една единична следа изглеждаше 24 ома при висока и 200 при ниска. Това беше, докато притисках само малко количество с ръка. Ако имам 12 следи и стоя напълно върху нея, постелката може да падне под 1 ом, извличайки твърде много ток.

Ревизирах дизайна, така че само малки части от лентата да влизат в контакт с Velostat. По този начин се надявах да получа съпротивата до управляема сума.

Стъпка 4: Прилагане на медна лента към Velostat

Въоръжен със знанията как всъщност да направя тази работа, аз се заех да поправя сензорната подложка. На снимките ще видите как старата постелка се променя в новата.

Първото нещо, което направих, е да добавя малки парчета лента като изолатор. Лентата е от двете страни. Разстоянията между лентата трябва да са донякъде постоянни и големи около 1-3 см, в зависимост от това колко съпротивление искате. Разликата трябва да е на едно и също място от двете страни.

Вземете лента от медна лента и лента от каптонова лента, достатъчно дълга, за да обхване Velostat. Медната лента трябва да бъде с 1-2 см по-дълга от каптоновата лента. Залепете медната лента върху лепкава страна на каптонната лента, като едната страна на медната лента минава покрай каптонната лента.

Залепете монтажа към Velostat, върху изолаторите. Уверете се, че медта е на едно и също място от двете страни. Също така се уверете, че излишната мед е от една и съща страна всеки път. Сгънете излишната мед, така че да имате място за монтиране на свързващата лента от мед. Един съвет е излишъкът от мед да се постави върху изолирана част на постелката, така че по -лесно да се запои към нея по -късно.

Повторете тази стъпка за всички редове.

Добавете горен ред медна лента, която свързва всички предварително монтирани медни ленти. Разумно е да изолирате този ред от Velostat, за да предотвратите нежелани къси панталони или течове. Най -горният ред се свързва със сгънатите раздели, оставени в предишните стъпки.

Внимателно запоявайте всички къси ленти към горната лента. Тази спойка е необходима, защото в противен случай горната лента няма да влезе в контакт с редовете мед. Внимавайте да не добавяте твърде много топлина към медта. Медта е монтирана върху пластмаса (Velostat) и топенето през пластмасата би било лошо.

Запоявайте проводници към горните редове от двете страни. Навсякъде е добре, избрах ъгъл.

Тествайте постелката, за да се уверите, че работи. Свържете мултицет към постелката и вижте дали съпротивлението спада, ако натиснете някоя от неизолираните части. Също така проверете дали съпротивлението е донякъде стабилно, ако не направите нищо. Ако случаят е такъв, поздравления, постелката вече работи.

Като последна стъпка, нанесете каптонова лента върху цялата открита мед. Въпреки че вероятно няма да причини къси панталони, е лошо да оставяте открита мед.

(В схематичните изображения горният ред от мед не е показан. Изображението служи само за показване на конфигурацията на каптон и мед, за да работи тази постелка.)

Стъпка 5: Тестване на мат

Новата постелка беше закачена на мултицет, за да я тества отново. Този път, без натоварване, съпротивлението на постелката е стабилно 17-20 ома.

Когато застана напълно на постелката, съпротивлението пада до 4-6 ома. Един крак върху постелката дава около 10 ома.

Това е малко по -ниско, отколкото съм доволен, но все пак е работеща стойност. Има много разлика между без товар и човек, който стои на постелката. Направено е наблюдение, че налягането всъщност не определя съпротивлението. Повърхността прави. Ако застана на повече постелка с по -малко тегло, съпротивлението става по -ниско, отколкото ако застана с цялото си тегло на едно място. За какво ми трябва този сензор, това е чудесно, но имайте го предвид, ако го изградите.

Стъпка 6: Окабеляване

Тъй като постелката е просто голям променлив резистор, измерванията от постелката са сравнително прости.

Най -простият начин е да използвате делител на напрежение. Добавете резистор преди подложката на сензора за налягане (наречена R_mat в схемите) и измерете точката между резистора и постелката (наречена MatA1). Използвах 47 ома, но може да се нуждаете от нещо друго. Моето логическо ниво е 3.3V, можете да използвате каквото и да е вашето ниво на логическа мощност.

Добавих опционална верига за изключване към постелката си. Не исках постоянното изтегляне на 50mA върху постелката си. Просто не знам как Velostat харесва постоянен ток през него и очаквам това да е лошо за дълголетието на постелката. Веригата се състои от N-канал MOSFET с необходимите резистори. Винаги когато искам да чета, включвам MOSFET. През останалото време MOSFET е изключен и постелката няма мощност, преминаваща през него.

Стъпка 7: Как да го използвате

Използването на постелката с Arduino (или друг микроконтролер) е просто. Ако имате само делител на напрежение, просто прикрепете постелката си към аналогов щифт, задайте щифта, към който сте прикрепили постелката, като вход и използвайте команда за аналогово четене. Стойността, която получавате от това, ще падне в зависимост от това колко тегло е приложено към постелката.

Ако сте инсталирали MOSFET, не забравяйте да направите входа на MOSFET висок, преди да направите измерване. Иначе просто ще измерите напрежението, което сте използвали за постелката (3.3V в моя случай).

Стойността, която получавате от постелката, не се променя много с течение на времето. Просто използвам прагова стойност, за да определя дали нещо стои върху постелката и след месец непрекъсната употреба, постелката все още работи добре.

Стъпка 8: Какво бих направил различно следващия път

Едно важно нещо, свързано с проекта, е, че първо правилно бих тествал малка версия на постелката. Всъщност направих малко парче мед върху Velostat, видях числа на мултицета и предположих, че всичко работи. Това беше грешка.

Един въпрос, свързан с мат, е, че бих използвал по -малки части от мед. В момента имам 48 пластира от 2-3 см мед. Това дава съпротивление от 20 ома при празен ход и около 5 ома, когато заставам на него. Въпреки че това е работещо число, би било по -лесно, ако беше малко по -ниско. 1 см открита мед би било повече от достатъчно за тази постелка. Вече няма да правя това на моето, но може би някой друг, който иска да направи това, може да се възползва от това.

Стъпка 9: Как го използвам

Защо конкретно направих тази подложка чувствителна на натиск? Направих фантастичен будилник ESP32. Свързан е с моята система Domoticz, може да връща сензорни стойности като CO2 и температура и може да контролира моето осветление. Той също така показва часа и има аларма.

Тук идва сензорната подложка. Нямам реален проблем да се събудя. Събуждам се със светлина за събуждане и обикновено съм буден, когато трябва да изляза. Имам проблем обаче да стана от леглото. Подложката ме принуждава да стана от леглото. Алармата се изключва само когато действително застана на постелката (или издърпам щепсела от будилника). Това ме принуждава да стана от леглото си и след като ставам от леглото, рядко се връщам. Макар че това е малко прекалено решение на проблем, който има много други решения, аз съм доволен от него. Досега всяка сутрин ставах навреме за около месец. Преди лежах до един час в леглото.

20 минути преди алармата ми да се включи, постелката става активна. Подложката се включва, изисква отчитане на напрежението и постелката се изключва отново. Това се случва всяка секунда. Когато застана на постелката, преди или по време на алармата, тя изключва алармата.