Senzor talne obloge, občutljiv na pritisk: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

V tem navodilu bom predstavil zasnovo senzorja talne preproge, občutljive na pritisk, ki lahko zazna, ko stojite na njem. Čeprav vas ne more natančno tehtati, lahko ugotovi, ali stojite na njej s polno težo ali preprosto stopite v stik z njo.

Preproga meri ljudi, ki uporabljajo Velostat, material, ki spreminja svojo električno upornost glede na količino pritiska nanjo. Celo podlogo sem naredil za manj kot 20 € (brez preproge).

Korak: Kaj boste potrebovali

Za izdelavo senzorja boste potrebovali:

• Velostat: Za pokrivanje dovolj površine pod preprogo sem uporabil 2 kvadrata po 28 cm (11 "), kupljena pri prodajalcu Adafruit.
• Bakreni trak: uporabil sem 5 mm širine in približno 6-7 m traku.
• Tanek izolacijski trak: uporabil sem 25 mm širok kaptonski trak.
• Ožičenje za pritrditev preproge na nekaj.
• Spajkalnik z nekaj kositra.
• Multimeter za testiranje.

Za dejansko uporabo te preproge z mikrokrmilnikom boste potrebovali:

• 47ohmski upor (ali podobno majhna vrednost).
• (neobvezno, N-kanalni MOSFET z 10k uporom in uporom 220ohm).

2. korak: (Kako ne nanesti bakrenega traku na Velostat)

Najprej bom povedal, kako NE nanašati bakrenega traku na Velostat.

Začel sem z domnevo, da je "prevodno lepilo" na traku prevodno. To se mi je zdelo pošteno, toda moj trak ni takega tipa "prevodnega lepila" ali pa "prevodni" del komaj prevoden.

Začel sem z lepljenjem dveh kvadratov Velostata skupaj na obeh straneh s kaptonskim trakom. Nato sem odrezal 25 cm dolge trakove bakrenega traku in jih nanesel v enakomernih presledkih. Bakreni trak na obeh straneh je na popolnoma istem mestu, tako da je med bakrom le tanka plast Velostata. Na slikah shematski prikaz podloge z izrezom za pregled.

Dolg trak bakrenega traku (približno 50 cm) se uporablja za povezovanje vseh vrstic na obeh straneh.

Na obe strani je bila spajkana žica in narejen je bil odpor.

Ko sem ga poskusil preizkusiti, bi se vrednosti multimetra močno nihale med 10 k in 100 ohmov. Tudi to, da stojite na preprogi ali ne, ni zelo pomembno za merjenje. Nekaj je bilo hudo narobe. Hitra meritev traku je pokazala, da lepilo v resnici ni tako prevodno. Sendvič materialov je bil baker, lepilo, velostat, lepilo, baker, lepilo pa je bilo nekakšen izolator.

Morala zgodbe naredite majhne teste, če niste prepričani, ali bo delovala.

3. korak: Test majhnega obsega

Nazaj na risalno desko. Lepilna stran bakrenega traku očitno ne vodi dovolj. Sprednja stran je iz čistega bakra. Kaj pa, če obrnem trak tako, da bo bakrena stran obrnjena proti Velostatu.

Ena sled je bila obrnjena na obeh straneh. Vzel sem lepilni trak s stranjo navzdol in ga prilepil na kos kaptonskega traku. Ponovna uporaba bakrenega traku je izbirčna, vendar so te stvari nekoliko predrage, da jih preprosto zavržete. Ta kos kaptonskega traku z bakrom, obrnjenim stran od lepljive strani, se je zataknil na Velostat.

Izvedena je bila nova meritev. To je takoj dalo stabilen rezultat. Ena stvar pa vseeno. Zdi se, da je bila ena sled 24 omov, ko je visoka, in 200, ko je nizka. To je bilo, medtem ko sem z roko pritiskal le majhno količino. Če imam 12 sledi in popolnoma stojim na njej, se lahko preproga spusti pod 1 ohm, kar povzroči prevelik tok.

Zasnovo sem spremenil tako, da le majhni deli traku pridejo v stik z Velostatom. Tako sem upal, da bom dobil odpor do obvladljive količine.

4. korak: nanos bakrenega traku na Velostat

Oborožen z znanjem, kako to dejansko narediti, sem se odločil popraviti senzorsko preprogo. Na fotografijah boste videli, da se stara podloga spreminja v novo.

Najprej sem kot izolator dodal majhne koščke traku. Trak je na obeh straneh. Reže med trakom morajo biti nekoliko konstantne in velike približno 1-3 cm, odvisno od tega, koliko upora želite. Vrzel mora biti na istem mestu na obeh straneh.

Vzemite trak bakrenega traku in trak kaptonskega traku, ki je dovolj dolg, da obsega Velostat. Bakreni trak mora biti 1-2 cm daljši od kaptonskega traku. Bakreni trak prilepite na lepljivo stran kaptonskega traku, pri čemer mora ena stran bakrenega traku iti mimo kaptonskega traku.

Prilepite sklop na Velostat, preko izolatorjev. Prepričajte se, da je baker na istem mestu na obeh straneh. Poskrbite tudi, da bo odvečni baker vsakič na isti strani. Odvečni baker prepognite, tako da lahko namestite vezni bakreni trak. Eden od nasvetov je, da imate odvečni baker na izoliranem delu preproge, da ga boste kasneje lažje spajkali.

Ta korak ponovite za vse vrstice.

Dodajte zgornjo vrsto bakrenega traku, ki povezuje vse predhodno nameščene bakrene trakove. To vrstico je pametno izolirati od Velostata, da preprečite neželene kratke hlače ali puščanje. Zgornja vrstica se poveže z zloženimi zavihki, ki so ostali v prejšnjih korakih.

Previdno spajkajte vse kratke trakove na zgornji trak. Ta spajkanje je potrebno, ker sicer zgornji trak ne bo prišel v stik z bakrenimi vrstami. Pazite, da bakru ne dodate preveč toplote. Baker je nameščen na plastiki (Velostat) in taljenje skozi plastiko bi bilo slabo.

Spajkajte žice na zgornje vrstice na obeh straneh. Kjerkoli je v redu, izbral sem kotiček.

Preizkusite podlogo in se prepričajte, da deluje. Priključite multimeter na podlogo in preverite, ali upor pade, če pritisnete katerega od neizoliranih delov. Preverite tudi, če je odpor nekoliko stabilen, če ne naredite nič. Če je temu tako, čestitam, preproga zdaj deluje.

Kot zadnji korak nanesite kaptonski trak na ves izpostavljen baker. Čeprav verjetno ne bo povzročil kratkih hlač, je slaba oblika, da pustite izpostavljen baker.

(Na shematskih slikah zgornja vrstica bakra ni prikazana. Slika služi le za prikaz konfiguracije kaptona in bakra, da ta podloga deluje.)

5. korak: Preizkusite mat

Nova preproga je bila priključena na multimeter, da bi jo ponovno preizkusili. Tokrat, brez obremenitve, je upor preproge stabilen 17-20 ohmov.

Ko popolnoma stojim na preprogi, upor pade na 4-6 ohmov. Ena noga na preprogi daje približno 10 ohmov.

To je nekoliko nižje, kot sem zadovoljen, vendar je še vedno uporabna vrednost. Obstaja velika razlika med brez obremenitve in osebo, ki stoji na preprogi. Opaženo je, da tlak v resnici ne opredeljuje upora. Površina se. Če stojim na več preprogi z manjšo težo, bo upor manjši, kot če bi z vso svojo težo stal na enem mestu. Kar potrebujem ta senzor, je to super, vendar ne pozabite, če ga sestavite.

6. korak: Ožičenje

Ker je preproga le velik spremenljiv upor, je merjenje iz preproge dokaj preprosto.

Najenostavnejši način je uporaba delilnika napetosti. Dodajte upor pred podlogo senzorja tlaka (v shemah imenovan R_mat) in izmerite točko med uporom in preprogo (imenovano MatA1). Uporabil sem 47 ohmov, toda vaša preproga bi morda potrebovala nekaj drugega. Moja logična raven je 3,3 V, lahko uporabite katero koli raven logične moči.

Na svojo preprogo sem dodal izbirno vezje za izklop. Nisem si želel stalne napetosti 50 mA na svoji preprogi. Preprosto ne vem, kako je Velostatu všeč konstanten tok skozi to, in pričakujem, da bo to slabo za dolgo življenjsko dobo preproge. Vezje je sestavljeno iz N-kanalnega MOSFET-a z zahtevanimi upori. Kadar koli želim brati, vklopim MOSFET. Preostali čas je MOSFET izklopljen in podloga nima moči, da bi šla skozi to.

7. korak: Kako ga uporabiti

Uporaba preproge z Arduinom (ali katerim koli drugim mikrokrmilnikom) je preprosta. Če imate samo razdelilnik napetosti, preprogo preprosto pritrdite na analogni zatič, nastavite zatič, na katerega pritrdite preprogo, kot vhod in uporabite analogni ukaz za branje. Vrednost, ki jo dobite s tem, se bo zmanjšala, odvisno od tega, koliko teže je naloženo na preprogo.

Če imate nameščen MOSFET, ne pozabite visoko vnesti MOSFET, preden opravite meritev. V nasprotnem primeru preprosto izmerite napetost, ki ste jo uporabili za preprogo (v mojem primeru 3,3 V).

Vrednost, ki jo dobite s preproge, se sčasoma ne spremeni veliko. Preprosto uporabljam mejno vrednost, da ugotovim, ali nekaj stoji na preprogi, in po enem mesecu neprekinjene uporabe preproga še vedno dobro deluje.

8. korak: Kaj bi naslednjič naredil drugače

Ena pomembna stvar, povezana s projektom, je, da bi najprej ustrezno preizkusil majhno različico preproge. Dejansko sem naredil majhen kos bakra na Velostatu, videl številke na multimetru in domneval, da vse deluje. To je bila napaka.

Točka, povezana s preprogo, je, da bi uporabil manjše bakrene zaplate. Trenutno imam 48 obližev 2-3 cm bakra. To daje upor 20 ohmov v prostem teku in okoli 5 ohmov, ko stojim na njem. Čeprav je to izvedljivo število, bi bilo lažje, če bi bilo nekoliko nižje. 1 cm izpostavljenega bakra bi bil za to preprogo več kot dovolj. Tega ne bom storil več na svojem, morda pa bi lahko kdor koli drug, ki želi to narediti, imel koristi od tega.

9. korak: Kako ga uporabljam

Zakaj sem posebej naredil to tlačno občutljivo preprogo? Naredil sem čudovito budilko ESP32. Priključen je na moj sistem Domoticz, lahko vrne vrednosti senzorjev, kot sta CO2 in temperatura, in lahko nadzoruje mojo osvetlitev. Prav tako pove čas in ima alarm.

Tu pride senzorska preproga. Nimam resničnih težav z zbujanjem. Zbudim se z lučko za bujenje in ponavadi sem buden, ko moram ven. Imam pa problem vstati iz postelje. Preproga me prisili, da vstanem iz postelje. Alarm se izklopi le, ko dejansko stojim na preprogi (ali izvlečem vtič iz budilke). To me sili iz postelje in ko vstanem iz postelje, se le redko vrnem noter. Čeprav je to nekoliko pretirana rešitev problema, ki ima številne druge rešitve, sem z njim zadovoljen. Doslej sem vsako jutro približno mesec dni pravočasno vstajal iz postelje. Pred tem sem ostal v postelji do ene ure.

20 minut pred izklopom alarma se preproga aktivira. Prevleka se vklopi, potrebuje odčitavanje napetosti, podloga pa se znova izklopi. To se zgodi vsako sekundo. Ko stojim na preprogi, pred ali med alarmom, izklopi alarm.