Snímač podlahovej podložky citlivý na tlak: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

V tomto návode sa podelím o návrh podlahovej rohože citlivej na tlak, ktorá je schopná detekovať, keď na ňu stojíte. Aj keď vás nemôže presne vážiť, môže určiť, či sa na neho postavíte so svojou plnou hmotnosťou, alebo s ním jednoducho skontaktujete.

Rohož meria ľudí pomocou Velostatu, materiálu, ktorý mení svoj elektrický odpor na základe tlaku, ktorý naň pôsobí. Celú podložku som vyrobil pod 20 € (bez koberca).

Krok 1: Čo budete potrebovať

Na výrobu senzora budete potrebovať:

• Velostat: Na pokrytie dostatočnej plochy pod koberec som použil 2 štvorce s priemerom 28 cm (11 palcov) kúpené u predajcu Adafruit.
• Medená páska: Použil som šírku 5 mm a asi 6-7 m pásky.
• Tenká izolačná páska: Použil som 25 mm širokú kaptonovú pásku.
• Kábel na zavesenie koberca na niečo.
• Spájkovačka s trochou cínu.
• Multimeter na testovanie.

Na skutočné použitie tohto koberca s mikrokontrolérom budete potrebovať:

• 47ohmový odpor (alebo podobne malá hodnota).
• (voliteľné, N-kanálový mosfet s odporom 10 k a odporom 220 ohmov).

Krok 2: (Ako nenanášať medenú pásku na Velostat)

Začnem tým, že poviem, ako NIE používať medenú pásku na Velostat.

Začal som predpokladom, že „vodivé lepidlo“na páske je vodivé. Vyzeralo to ako spravodlivý predpoklad, ale buď moja páska nie je tohto typu „vodivého lepidla“, alebo „vodivá“časť je sotva vodivá.

Začal som tým, že som 2 štvorce Velostatu z oboch strán spojil páskou kapton. Potom som nastrihal 25 cm dlhé pásy medenej pásky a tieto som nanášal v rovnomerných intervaloch. Medená páska na oboch stranách je presne na rovnakom mieste, takže medzi meďou je iba tenká vrstva Velostatu. Na obrázkoch schematický pohľad na podložku s výrezom pre prehľad.

Na spojenie všetkých radov na oboch stranách sa používa dlhý pás medenej pásky (asi 50 cm).

Na obidve strany bol spájkovaný drôt a bolo uskutočnené meranie odporu.

Keď som to skúšal testovať, hodnoty multimetra sa divoko pohybovali medzi 10 000 a 100 ohm. Tiež to, či stojíte na podložke alebo nie, malo pre meranie veľmi malý vplyv. Niečo bolo strašne zle. Rýchle meranie pásky ukázalo, že lepidlo v skutočnosti nie je také vodivé. Sendvič materiálov bol meď, lepidlo, Velostat, lepidlo, meď a lepidlo bolo akýmsi izolátorom.

Morálka príbehu, urobte testy v malom rozsahu, ak si nie ste istí, či to bude fungovať.

Krok 3: Test malého rozsahu

Späť na rysovaciu dosku. Strana lepidla medenej pásky zjavne nevedie dostatočne. Predná strana je však z čistej medi. Čo keď obrátim pásku tak, aby medená strana smerovala k Velostatu.

Na oboch stranách bola obrátená jediná stopa. Vzal som pásku lepenou stranou nadol a prilepil ju na kus kaptonovej pásky. Opätovné použitie medenej pásky je náročné, ale tieto veci sú trochu príliš drahé na to, aby ste ich vyhodili. Tento kus kaptonovej pásky s meďou odvrátenou od lepivej strany bol prilepený na Velostat.

Vykonalo sa nové meranie. To okamžite poskytlo stabilný výsledok. Jedna vec predsa. Jedna stopa sa zdala byť 24 ohmov, keď bola vysoká, a 200, keď bola nízka. To bolo pri stlačení iba malého množstva rukou. Ak mám 12 stôp a úplne na ňom stojím, podložka by mohla klesnúť pod 1 ohm a odoberať príliš veľa prúdu.

Zrevidoval som dizajn tak, aby sa s Velostatom dotýkali iba malé časti pásky. Takto som dúfal, že dostanem odpor na zvládnuteľnú mieru.

Krok 4: Nanesenie medenej pásky na Velostat

Vyzbrojený znalosťami o tom, ako túto prácu skutočne dosiahnuť, som sa pustil do opravy podložky snímača. Na fotografiách uvidíte, ako sa stará podložka upravuje na novú.

Prvá vec, ktorú som urobil, je pridať malé kúsky pásky ako izolátor. Páska je na oboch stranách. Medzery medzi páskou musia byť trochu konštantné a veľké asi 1-3 cm, v závislosti od toho, aký veľký odpor chcete. Medzera musí byť na rovnakom mieste z oboch strán.

Získajte pásik medenej pásky a pásik kaptonovej pásky dostatočne dlhý na to, aby preklenul Velostat. Medená páska musí byť o 1 až 2 cm dlhšia ako kaptonová páska. Prilepte medenú pásku na lepivú stranu kaptonovej pásky, pričom jedna strana medenej pásky bude prechádzať okolo kaptonovej pásky.

Prilepte zostavu k Velostatu cez izolátory. Uistite sa, že meď je na oboch stranách na rovnakom mieste. Tiež sa uistite, že prebytočná meď je vždy na tej istej strane. Zložte prebytočnú meď, aby ste mali miesto na pripevnenie spojovacieho pásu medi. Jedna rada je nechať prebytočnú meď na izolovanej časti podložky, aby sa k nej neskôr ľahšie spájkovalo.

Tento krok zopakujte pre všetky riadky.

Pridajte horný rad medenej pásky, ktorá spája všetky predtým namontované pásy medi. Je rozumné izolovať tento rad od Velostatu, aby ste predišli nechceným skratom alebo netesnostiam. Horný rad sa pripája k preloženým záložkám, ktoré zostali v predchádzajúcich krokoch.

Opatrne spájajte všetky krátke pásy s horným pásom. Táto spájka je potrebná, pretože inak horný pás nebude v kontakte s radmi medi. Dávajte pozor, aby ste do medi nepridali príliš veľa tepla. Meď je namontovaná na plastu (Velostat) a roztavenie plastu by bolo zlé.

Spájkujte drôty do horných radov na oboch stranách. Kdekoľvek je v poriadku, vybral som si roh.

Otestujte podložku, aby ste sa presvedčili, že funguje. Pripojte multimetr k podložke a zistite, či odpor neklesne, ak stlačíte niektorú z neizolovaných častí. Ak nič neurobíte, tiež skontrolujte, či je odpor trochu stabilný. Ak je to tak, blahoželáme, podložka teraz funguje.

Ako posledný krok naneste kaptonovú pásku na všetku exponovanú meď. Aj keď to pravdepodobne nespôsobí šortky, je zlou formou nechať odhalenú meď.

(Na schematických obrázkoch nie je zobrazený horný rad medi. Obrázok slúži len na zobrazenie konfigurácie kaptonu a medi, aby táto podložka fungovala.)

Krok 5: Testovanie podložky

Nová podložka bola pripojená k multimetru, aby sa znova otestovala. Tentoraz je bez zaťaženia stabilný odpor podložky 17-20 ohmov.

Keď sa úplne postavím na podložku, odpor klesne na 4-6 ohmov. Jedna noha na podložke dáva asi 10 ohmov.

Je to o niečo nižšie, ako som spokojný, ale stále je to funkčná hodnota. Je veľký rozdiel medzi žiadnym nákladom a osobou stojacou na podložke. Zistilo sa, že tlak v skutočnosti nedefinuje odpor. Povrchová plocha áno. Ak sa postavím na viac podložky s menšou hmotnosťou, odpor sa zníži, ako keby som stál so všetkou svojou váhou na jednom mieste. Na to, na čo potrebujem tento snímač, je to skvelé, ale ak ho postavíte, pamätajte na to.

Krok 6: Zapojenie

Pretože podložka je len veľkým variabilným odporom, je meranie z podložky pomerne jednoduché.

Najjednoduchším spôsobom je použitie deliča napätia. Pridajte odpor pred podložku snímača tlaku (v schémach sa nazýva R_mat) a zmerajte bod medzi odporom a podložkou (nazýva sa MatA1). Použil som 47 ohmov, ale vaša podložka môže potrebovať niečo iné. Moja logická úroveň je 3,3 V, môžete použiť akúkoľvek úroveň logickej sily.

Na svoju podložku som pridal voliteľný vypnutý okruh. Nechcel som konštantný odber 50mA na podložke. Jednoducho neviem, ako má Velostat rád konštantný prúd, a očakávam, že to bude zlé pre životnosť podložky. Obvod pozostáva z N-kanálového mosfetu s požadovanými odpormi. Kedykoľvek si chcem prečítať, zapnem mosfet. Po zvyšok času je mosfet vypnutý a rohožka cez to nemá žiadnu silu.

Krok 7: Ako ho používať

Použitie podložky s Arduino (alebo iným mikrokontrolérom) je jednoduché. Ak máte iba delič napätia, jednoducho podložku pripojte k analógovému kolíku, kolík, ku ktorému je podložka pripojená, nastavte ako vstup a použite analógový príkaz na čítanie. Hodnota, ktorú z toho získate, bude klesať v závislosti od toho, koľko hmotnosti je na podložku aplikované.

Ak máte nainštalovaný mosfet, pred meraním nezabudnite zvýšiť vstup mosfetu. V opačnom prípade jednoducho zmeriate napätie, ktoré ste použili na podložku (v mojom prípade 3,3 V).

Hodnota, ktorú dostanete späť z podložky, sa časom príliš nemení. Jednoducho pomocou prahovej hodnoty zistím, či niečo stojí na podložke, a po mesiaci nepretržitého používania podložka stále funguje dobre.

Krok 8: Čo by som nabudúce urobil inak

Jedna dôležitá vec súvisiaca s projektom je, že by som najskôr poriadne otestoval malú verziu podložky. V skutočnosti som urobil malý kus medi na Velostate, videl som čísla na multimetri a predpokladal som, že všetko funguje. Toto bola chyba.

Ide o to, že by som použil menšie škvrny medi. Aktuálne mám 48 záplat z 2-3 cm medi. To dáva odpor 20 ohmov v nečinnosti a asi 5 ohmov, keď na to stojím. Aj keď je to funkčné číslo, bolo by jednoduchšie, keby bolo o niečo nižšie. 1 cm odhalenej medi by na túto podložku stačil. Už to nebudem robiť na svojom, ale možno ktokoľvek iný, kto to chce urobiť, z toho môže mať prospech.

Krok 9: Ako ho používam

Prečo som konkrétne vyrobil túto podložku citlivú na tlak? Vyrobil som efektný budík ESP32. Je pripojený k môjmu systému Domoticz, môže vracať hodnoty senzorov, ako je CO2 a teplota, a môže ovládať moje osvetlenie. Tiež hovorí o čase a má alarm.

Tu prichádza na rad senzorová podložka. Nemám žiadny problém s prebúdzaním. Prebúdzam sa s budiacim svetlom a zvyčajne som hore, keď potrebujem vypadnúť. Mám však problém vstať z postele. Rohož ma núti vstať z postele. Budík sa vypne iba vtedy, keď skutočne stojím na podložke (alebo vytiahnem zástrčku z budíka). To ma núti vstať z postele a keď som už z postele, len málokedy sa vrátim. Aj keď je to trochu prehnané riešenie problému, ktorý má mnoho ďalších riešení, som s ním spokojný. Doteraz som každé ráno zhruba mesiac vstával načas. Predtým som zostal v posteli až hodinu.

20 minút pred spustením budíka sa podložka aktivuje. Rohož sa zapne, Vyžaduje sa čítanie napätia a podložka sa opäť vypne. To sa deje každú sekundu. Keď sa postavím na podložku, či už pred alebo počas budíka, alarm sa vypne.