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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

U ovom Instructableu ću podijeliti dizajn senzora osjetljivog na pod koji je osjetljiv na pritisak koji može otkriti kada stojite na njemu. Iako vas ne može točno izmeriti, može odrediti da li na njoj stojite punom težinom ili jednostavno stupate u kontakt s njom.

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

Korak 1: Šta će vam trebati

Ovo vam je potrebno za izradu senzora:

• 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 25 -milimetarsku kapton traku.
• Ožičenje za pričvršćivanje tepiha na nešto.
• Lemilica sa malo kalaja.
• 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 otpornikom 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 tako što sam pretpostavio da je "provodljivo ljepilo" na traci provodljivo. 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 trake 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 bi se jako kretale između 10 k i 100 ohma. Takođe, stajanje na prostirci ili ne čini malu razliku u mjerenju. Nešto užasno nije u redu. Brzo mjerenje trake pokazalo je da ljepilo 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 malih razmjera

Nazad 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.

Jedan trag je preokrenut sa obje strane. Uzeo sam traku sa ljepilom prema dolje i zalijepio je na komad kaptonske trake. Ponovna upotreba bakrene trake je izbirljiva, ali ove stvari su preskupe za jednostavno bacanje. Ovaj komad kaptonske trake s bakrom okrenutim s 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 stojim na njima, prostirka bi mogla pasti ispod 1 ohma, crpeći previše struje.

Revidirao sam dizajn tako da samo mali dijelovi trake dolaze u kontakt s Velostatom. Na ovaj način sam se nadao da ću dobiti otpor do upravljivog iznosa.

Korak 4: Primjena bakrene trake na Velostat

Naoružan znanjem o tome kako to 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 obuhvate Velostat. Bakrena traka mora biti 1-2 cm duža od kaptonske trake. Zalijepite bakrenu traku na ljepljivu stranu kaptonske trake, tako da jedna strana bakrene trake ide pored 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 postavljanje 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 redove.

Dodajte gornji red bakrene trake koja povezuje sve prethodno montirane bakrene trake zajedno. Mudro je izolirati ovaj red od Velostata kako biste spriječili neželjene kratke hlače ili curenje. Gornji red povezuje se sa preklopljenim jezičcima ostavljenim u prethodnim koracima.

Pažljivo lemite sve kratke trake na gornju traku. Ovaj lem je potreban jer u protivnom gornja traka neće doći u dodir s redovima bakra. Pazite da ne dodate previše topline u bakar. Bakar se montira 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, čestitamo, prostirka sada radi.

Kao posljednji korak, nanesite kaptonsku traku na sav izloženi bakar. Iako vjerojatno neće uzrokovati kratke hlače, loš je oblik 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 je ponovo 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 pritisak zapravo ne definira otpor. Površina odgovara. Ako stojim na više prostirki s manjom težinom, otpor postaje manji nego ako cijelom težinom stojim na jednom mjestu. Za ono što mi treba ovaj senzor, ovo je odlično, ali imajte ga na umu ako ga napravite.

Korak 6: Ožičite ga

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

Najjednostavniji način je korištenje razdjelnika napona. Dodajte otpornik ispred prostirke senzora pritiska (u shemama se naziva R_mat) i izmjerite točku između otpornika i prostirke (koja se naziva MatA1). Koristio sam 47 ohma, ali vašoj prostirci će možda trebati nešto drugo. Moj logički nivo je 3,3 V, možete koristiti bilo koji nivo logičke snage.

Dodao sam opcionalno isključeno kolo na svoju prostirku. Nisam želio konstantno iscrtavanje od 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 želim 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 priključujete prostirku kao ulaz i koristite analognu naredbu za čitanje. Vrijednost koju dobijete time će pasti ovisno o tome koliko je težine primijenjeno na prostirku.

Ako ste instalirali MOSFET, ne zaboravite da prije ulaska u MOSFET ulaz postavite na visok nivo. Inače ćete jednostavno izmjeriti napon koji ste koristili za prostirku (3,3 V u mom slučaju).

Vrijednost koju dobijete 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 upotrebe, prostirka i dalje radi dobro.

Korak 8: Šta bih sljedeći put uradio drugačije

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

Ono što se odnosi na prostirku je 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 kada 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 neko drugi koji želi ovo napraviti mogao imati koristi od ovoga.

Korak 9: Kako ga koristim

Zašto sam posebno napravio ovu prostirku osjetljivu na pritisak? Napravio sam fantastičan ESP32 alarm. Povezan je s mojim Domoticz sistemom, može vratiti vrijednosti senzora poput CO2 i temperature i može kontrolirati moje osvjetljenje. Takođe pokazuje vreme i ima alarm.

Ovdje dolazi senzorska prostirka. Nemam problema s buđenjem. Budim se sa svjetlom za buđenje i obično sam budan kada moram izaći. Međutim, imam problem s ustajanjem iz kreveta. Prostirka me tera da ustanem iz kreveta. Alarm se isključuje samo kada 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 mnogo drugih rješenja, zadovoljan sam s njim. Do sada sam svakog jutra ustajala na vrijeme oko mjesec dana. Prije sam ležao u krevetu do sat vremena.

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