Senzor podlahové rohože citlivý na tlak: 9 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

V tomto Instructable budu sdílet návrh podlahové rohože citlivé na tlak, která je schopná detekovat, když na ni stojíte. Přestože vás nemůže přesně vážit, může určit, zda se na něj postavíte plnou vahou, nebo s ním jednoduše navážete kontakt.

Rohož měří lidi pomocí Velostatu, materiálu, který mění svůj elektrický odpor na základě množství tlaku, který na něj působí. Celou podložku jsem vyrobil pod 20 € (bez koberce).

Krok 1: Co budete potřebovat

K výrobě senzoru budete potřebovat:

• Velostat: K pokrytí dostatečné plochy pod koberec jsem použil 2 čtverce 28 cm (11 ") zakoupené u prodejce Adafruit.
• Měděná páska: Použil jsem šířku 5 mm a asi 6–7 m pásky.
• Tenká izolační páska: Použil jsem kaptonovou pásku o šířce 25 mm.
• Kabeláž k připojení koberce k něčemu.
• Páječka s trochou cínu.
• Multimetr pro testování.

Ke skutečnému použití tohoto koberce s mikrokontrolérem budete potřebovat:

• 47ohmový odpor (nebo podobně malá hodnota).
• (volitelně N-kanálový mosfet s odporem 10 k a odporem 220 ohmů).

Krok 2: (Jak nepoužít měděnou pásku na Velostat)

Začnu tím, že řeknu, jak NEPOUŽÍVAT měděnou pásku na Velostat.

Začal jsem tím, že jsem předpokládal, že „vodivé lepidlo“na pásce je vodivé. Vypadalo to jako spravedlivý předpoklad, ale buď moje páska není typu „vodivé lepidlo“, nebo „vodivá“část je sotva vodivá.

Začal jsem přelepením 2 čtverců Velostatu na obou stranách kaptonovou páskou. Poté jsem nastříhal 25 cm dlouhé pásy měděné pásky a aplikoval je v rovnoměrných intervalech. Měděná páska na obou stranách je přesně na stejném místě, takže mezi mědí je jen tenká vrstva Velostatu. Na obrázcích schematický pohled na podložku s výřezem pro přehled.

Ke spojení všech řad dohromady na obou stranách se používá dlouhý pás měděné pásky (asi 50 cm).

Na obě strany byl připájen drát a bylo provedeno měření odporu.

Když jsem to zkoušel testovat, hodnoty multimetru se divoce pohybovaly mezi 10k a 100ohm. Rovněž to, zda stojíte na podložce nebo ne, pro měření nemělo velký význam. Něco bylo strašně špatně. Rychlé měření pásky ukázalo, že lepidlo ve skutečnosti nebylo tak vodivé. Sendvič materiálů byl měď, lepidlo, Velostat, lepidlo, měď a lepidlo bylo jakýmsi izolátorem.

Morálka příběhu, proveďte testy v malém měřítku, pokud si nejste jisti, zda to bude fungovat.

Krok 3: Test v malém měřítku

Zpět k tabuli. Strana lepidla měděné pásky zjevně nevede dostatečně. Přední strana je však z čisté mědi. Co když převrátím pásku tak, aby měděná strana směřovala k Velostatu.

Na obou stranách byla obrácena jediná stopa. Vzal jsem pásku lepicí stranou dolů a přilepil ji na kousek kaptonové pásky. Opětovné použití měděné pásky je náročné, ale tato věc je trochu příliš drahá na to, aby se vyhodila. Tento kus kaptonové pásky s mědí odvrácenou od lepivé strany byl přilepený na Velostatu.

Bylo provedeno nové měření. To okamžitě poskytlo stabilní výsledek. Jedna věc však. Jedna stopa se zdála být 24 ohmů, když je vysoká, a 200, když je nízká. To bylo při stisknutí pouze malého množství rukou. Pokud mám 12 stop a plně se na ně postavím, podložka by mohla klesnout pod 1 ohm, čímž by odebíral příliš mnoho proudu.

Upravil jsem design tak, aby se s Velostatem stýkaly pouze malé části pásky. Doufal jsem, že tím získám odpor na zvládnutelné hodnotě.

Krok 4: Nanesení měděné pásky na Velostat

Vyzbrojen znalostmi o tom, jak tuto práci skutečně provést, jsem se pustil do opravy podložky senzoru. Na fotografiích uvidíte upravenou starou podložku na novou.

První věc, kterou jsem udělal, je přidat malé kousky pásky jako izolant. Páska je na obou stranách. Mezery mezi páskou musí být poněkud konstantní a velké asi 1-3 cm, v závislosti na tom, jaký odpor chcete. Mezera musí být na stejném místě na obou stranách.

Získejte pruh měděné pásky a pás kaptonové pásky dostatečně dlouhý, aby překlenul Velostat. Měděná páska musí být o 1-2 cm delší než kaptonová páska. Přilepte měděnou pásku na lepivou stranu kaptonové pásky, přičemž jedna strana měděné pásky bude procházet kolem kaptonové pásky.

Přilepte sestavu k Velostatu přes izolátory. Ujistěte se, že je měď na obou stranách na stejném místě. Také se ujistěte, že přebytečná měď je pokaždé na stejné straně. Přeložte přebytečnou měď, abyste měli kam připevnit spojovací pásek mědi. Jedna rada je mít přebytečnou měď přes izolovanou část rohože, aby bylo později možné ji snadněji pájet.

Tento krok opakujte pro všechny řádky.

Přidejte horní řadu měděné pásky, která spojuje všechny dříve namontované pásy mědi dohromady. Je rozumné izolovat tuto řadu od Velostatu, aby se zabránilo nežádoucím zkratům nebo netěsnostem. Horní řada se připojuje k přeloženým záložkám vlevo v předchozích krocích.

Opatrně připájejte všechny krátké proužky k hornímu pásku. Tato pájka je potřebná, protože jinak se horní pás nedostane do kontaktu s řadami mědi. Dávejte pozor, abyste nepřidali do mědi příliš mnoho tepla. Měď je upevněna na plastu (Velostat) a roztavení plastu by bylo špatné.

Pájejte dráty do horních řad na obou stranách. Kdekoli je v pořádku, vybral jsem si roh.

Otestujte podložku, abyste se ujistili, že funguje. Připojte multimetr k podložce a zjistěte, zda odpor neklesne, pokud stisknete některou z neizolovaných částí. Pokud nic neuděláte, zkontrolujte také, zda je odpor poněkud stabilní. Pokud tomu tak je, gratulujeme, podložka nyní funguje.

Jako poslední krok naneste kaptonovou pásku na veškerou odhalenou měď. I když to pravděpodobně nezpůsobí šortky, je špatnou formou ponechat odhalenou měď.

(Na schematických obrázcích není zobrazena horní řada mědi. Obrázek slouží pouze k zobrazení konfigurace kaptonu a mědi, aby tato podložka fungovala.)

Krok 5: Testování podložky

Nová podložka byla připojena k multimetru, aby se znovu otestovala. Tentokrát, bez zatížení, je odpor podložky stabilní 17-20 ohmů.

Když se plně postavím na podložku, odpor klesne na 4-6 ohmů. Jedna noha na podložce dává kolem 10 ohmů.

To je o něco nižší, než jsem spokojený, ale stále je to funkční hodnota. Mezi osobou bez zátěže a osobou stojící na podložce je velký rozdíl. Bylo provedeno pozorování, že tlak ve skutečnosti nedefinuje odpor. Povrchová plocha ano. Stojím -li na více podložce s menší hmotností, odpor se sníží, než kdybych stál celou svou hmotností na jednom místě. Na to, na co potřebuji tento senzor, je to skvělé, ale mějte to na paměti, pokud jej postavíte.

Krok 6: Zapojení

Vzhledem k tomu, že podložka je jen velký proměnný odpor, je měření z podložky poměrně jednoduché.

Nejjednodušší je použít dělič napětí. Přidejte odpor před podložku snímače tlaku (ve schématech nazývanou R_mat) a změřte bod mezi odporem a podložkou (nazývá se MatA1). Použil jsem 47 ohmů, ale vaše podložka může potřebovat něco jiného. Moje logická úroveň je 3,3 V, můžete použít jakoukoli úroveň logické síly.

Na podložku jsem přidal volitelný vypnutý obvod. Nechtěl jsem neustálý odběr 50mA na podložce. Jednoduše nevím, jak má Velostat rád konstantní proud, a očekávám, že to bude špatné pro dlouhou životnost podložky. Obvod se skládá z N-kanálového mosfetu s požadovanými odpory. Kdykoli si chci přečíst, zapnu mosfet. Po zbytek času je mosfet vypnutý a rohožka přes něj nemá sílu.

Krok 7: Jak jej používat

Použití podložky s Arduino (nebo jiným mikrokontrolérem) je jednoduché. Pokud máte pouze dělič napětí, jednoduše připojte podložku k analogovému kolíku, nastavte kolík, ke kterému připojíte podložku, jako vstup a použijte analogový příkaz pro čtení. Hodnota, kterou z toho získáte, bude klesat v závislosti na tom, kolik hmotnosti je na podložku aplikováno.

Pokud máte nainstalovaný mosfet, nezapomeňte před měřením zvýšit vstup mosfetu. Jinak jednoduše změříte napětí, které jste použili na podložku (v mém případě 3,3 V).

Hodnota, kterou dostanete zpět z podložky, se v průběhu času příliš nemění. Jednoduše pomocí prahové hodnoty určím, zda něco stojí na podložce, a po měsíci nepřetržitého používání podložka stále funguje dobře.

Krok 8: Co bych příště udělal jinak

Jedna důležitá věc související s projektem je, že bych nejprve řádně otestoval verzi rohože v malém měřítku. Vlastně jsem udělal malý kousek mědi na Velostatu, viděl čísla na multimetru a předpokládal jsem, že vše funguje. To byla chyba.

Jde o to, že bych použil menší kousky mědi. Aktuálně mám 48 záplat 2-3 cm mědi. To dává odpor 20 ohmů, když je nečinný, a kolem 5 ohmů, když na něm stojím. I když je to funkční číslo, bylo by jednodušší, kdyby bylo o něco nižší. 1 cm odhalené mědi by na tuto podložku stačilo. Už to nebudu dělat na svém, ale možná kdokoli jiný, kdo to chce udělat, z toho může mít prospěch.

Krok 9: Jak to používám

Proč jsem konkrétně vyrobil tuto podložku citlivou na tlak? Vyrobil jsem efektní budík ESP32. Je připojen k mému systému Domoticz, dokáže vrátit hodnoty senzorů, jako je CO2 a teplota, a může ovládat moje osvětlení. Udává také čas a má alarm.

Zde přichází na řadu senzorová podložka. Nemám žádný skutečný problém s probouzením. Probouzím se s probuzením a obvykle jsem vzhůru, když potřebuji vypadnout. Mám však problém vstát z postele. Podložka mě nutí vstát z postele. Budík se vypne pouze tehdy, když skutečně stojím na podložce (nebo vytáhnu zástrčku z budíku). To mě nutí vstát z postele a jakmile jsem z postele, jen zřídka se dostanu zpět. I když je to trochu přehnané řešení problému, který má mnoho dalších řešení, jsem s ním spokojený. Zatím jsem každé ráno zhruba měsíc vstával z postele včas. Předtím jsem ležel v posteli až hodinu.

20 minut před spuštěním alarmu se podložka aktivuje. Rohož se zapne, vyžaduje čtení napětí a podložka se znovu vypne. To se děje každou sekundu. Když se postavím na podložku, buď před nebo během alarmu, alarm se vypne.