Senzor sensibil la presiune: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

În acest Instructable voi împărtăși un design pentru un senser de podea sensibil la presiune, care este capabil să detecteze când stați pe el. Deși nu vă poate cântări exact, poate determina dacă stați pe el cu toată greutatea sau dacă pur și simplu luați contact cu acesta.

Salteaua măsoară persoanele care utilizează Velostat, un material care își schimbă rezistența electrică în funcție de cantitatea de presiune aplicată asupra acestuia. Am făcut întregul covor cu sub 20 € (cu excepția covorului).

Pasul 1: De ce veți avea nevoie

Iată de ce veți avea nevoie pentru a face senzorul:

• Velostat: Pentru a acoperi suficientă suprafață sub covor, am folosit 2 pătrate de 28cm (11 ") cumpărate de la un distribuitor Adafruit.
• Banda de cupru: am folosit 5 mm lățime și aproximativ 6-7 m de bandă.
• O bandă izolatoare subțire: am folosit bandă kapton de 25 mm lățime.
• Cablare pentru a agăța covorul de ceva.
• Un fier de lipit cu niște tablă.
• Un multimetru pentru testare.

Pentru a utiliza acest covor cu un microcontroler, veți avea nevoie de:

• Un rezistor de 47ohm (sau o valoare similară mică).
• (opțional, un mosfet cu canal N cu rezistență de 10k și rezistor de 220ohm).

Pasul 2: (Cum să nu aplicați bandă de cupru pe Velostat)

Voi începe prin a spune cum să nu aplic banda de cupru pe Velostat.

Am început prin a presupune că „adezivul conductiv” de pe bandă era conductiv. Aceasta părea o presupunere corectă, dar fie banda mea nu este de acest tip „adeziv conductiv”, fie partea „conductivă” este abia conductivă.

Am început prin lipirea celor două pătrate ale Velostat împreună pe ambele părți cu bandă kapton. Am tăiat apoi benzi lungi de 25 cm de bandă de cupru și le-am aplicat la intervale uniforme. Banda de cupru de pe ambele părți este exact în aceeași locație, astfel încât există doar un strat subțire de Velostat între cupru. În imagini o vedere schematică a covorului cu un decupaj pentru o imagine de ansamblu.

O bandă lungă de bandă de cupru (aproximativ 50cm) este utilizată pentru a conecta toate rândurile împreună de ambele părți.

Un fir a fost lipit pe ambele părți și s-a făcut o măsurare a rezistenței.

Când am încercat să-l testez, valorile multimetrului s-ar oscila sălbatic între 10k și 100ohm. De asemenea, starea pe covor sau nu a făcut o diferență foarte mică pentru măsurare. Ceva a fost îngrozitor de greșit. O măsurare rapidă a benzii a arătat că lipiciul nu era chiar atât de conductiv. Sandvișul de materiale era cupru, lipici, Velostat, lipici, cupru, iar lipiciul era un fel de izolator.

Morala poveștii, faceți teste la scară mică dacă nu sunteți sigur dacă va funcționa.

Pasul 3: Test la scară mică

Înapoi la planșă. Partea adezivă a benzii de cupru nu conduce în mod clar. Totuși, partea din față este din cupru pur. Ce se întâmplă dacă inversez banda astfel încât partea de cupru să fie orientată către Velostat.

O singură urmă a fost inversată de ambele părți. Am luat banda care era lipită în jos și am lipit-o de o bucată de bandă kapton. Reutilizarea benzii de cupru este pufoasă, dar aceste lucruri sunt puțin prea scumpe pentru a fi aruncate. Această bucată de bandă kapton cu cuprul îndreptat spre partea lipicioasă a fost lipită pe Velostat.

S-a făcut o nouă măsurare. Acest lucru a dat instantaneu un rezultat stabil. Un lucru totuși. O singură urmă pare să fie de 24 ohmi când este înaltă și 200 când este joasă. Acest lucru a fost în timp ce apăsați doar o cantitate mică cu mâna mea. Dacă am 12 urme și stau complet pe ea, covorul ar putea scădea sub 1 ohm, atrăgând prea mult curent.

Am revizuit designul astfel încât doar părți mici ale benzii să intre în contact cu Velostat. În acest fel am sperat să obțin rezistența la o cantitate ușor de gestionat.

Pasul 4: Aplicarea benzii de cupru pe Velostat

Înarmat cu cunoștințele despre cum să reușim efectiv să funcționeze, m-am propus să repar covorul senzorului. În fotografie veți vedea vechiul covor care se modifică cu noul covor.

Primul lucru pe care l-am făcut este să adaug bucăți mici de bandă ca izolator. Banda este pe ambele părți. Decalajele dintre bandă trebuie să fie oarecum constante și aproximativ 1-3cm mari, în funcție de câtă rezistență doriți. Decalajul trebuie să fie pe același loc de ambele părți.

Obțineți o bandă de bandă de cupru și o bandă de bandă kapton suficient de lungă pentru a se întinde pe Velostat. Banda de cupru trebuie să fie cu 1-2 cm mai lungă decât banda kapton. Lipiți banda de cupru pe partea lipicioasă a benzii kapton, cu o parte a benzii de cupru care trece de banda kapton.

Lipiți ansamblul de Velostat, peste izolatoare. Asigurați-vă că cuprul este în același loc pe ambele părți. De asemenea, asigurați-vă că excesul de cupru este de fiecare dată pe aceeași parte. Pliați peste excesul de cupru, astfel încât să aveți un loc unde să montați banda de legătură din cupru. Un sfat este să aveți excesul de cupru peste o parte izolată a covorului, astfel încât să fie mai ușor să-l lipiți ulterior.

Repetați acest pas pentru toate rândurile.

Adăugați un rând superior de bandă de cupru care conectează toate benzile de cupru montate anterior. Este înțelept să izolați acest rând de Velostat pentru a preveni scurte sau scurgeri nedorite. Rândul de sus se conectează la filele pliate rămase în pașii anteriori.

Lipiți cu atenție toate benzile scurte pe banda superioară. Această lipire este necesară deoarece altfel banda superioară nu va intra în contact cu rândurile de cupru. Aveți grijă să nu adăugați prea multă căldură la cupru. Cuprul este montat pe plastic (Velostat), iar topirea prin plastic ar fi rău.

Sârmele de lipit pe rândurile superioare de pe ambele părți. Oriunde este bine, am ales un colț.

Testați salteaua pentru a vă asigura că funcționează. Conectați un multimetru la covor și vedeți dacă rezistența scade dacă apăsați oricare dintre părțile neizolate. De asemenea, verificați dacă rezistența este oarecum stabilă dacă nu faceți nimic. Dacă acesta este cazul, felicitări, salteaua funcționează acum.

Ca ultim pas, aplicați bandă kapton pe tot cuprul expus. Deși probabil nu va provoca pantaloni scurți, este o formă proastă să lăsați cuprul expus.

(În imaginile schematice, rândul superior de cupru nu este afișat. Imaginea servește doar pentru a arăta configurația kapton și cupru pentru a face acest lucru să funcționeze.)

Pasul 5: Testarea Mat

Noul covor a fost conectat la un multimetru pentru a-l testa din nou. De această dată, fără sarcină aplicată, rezistența covorului este stabilă de 17-20 ohmi.

Când stau complet pe covor, rezistența scade la 4-6 ohmi. Un picior pe covor dă în jur de 10 ohmi.

Acest lucru este puțin mai mic decât mă bucur, dar este totuși o valoare viabilă. Există o mare diferență între lipsa de sarcină și o persoană care stă pe covor. O observație făcută este că presiunea nu definește cu adevărat rezistența. Suprafața are. Dacă stau pe mai mult din covor cu o greutate mai mică, rezistența devine mai mică decât dacă stau cu toată greutatea pe un singur loc. Pentru ceea ce am nevoie de acest senzor, acest lucru este minunat, dar rețineți-l dacă creați unul.

Pasul 6: Cablare

Deoarece covorul este doar un rezistor variabil mare, luarea măsurătorilor de pe covor este destul de simplă.

Cel mai simplu mod este utilizarea unui divizor de tensiune. Adăugați un rezistor înainte de matul senzorului de presiune (numit R_mat în schemă) și măsurați punctul dintre rezistor și mat (numit MatA1). Am folosit 47 ohmi, dar covorul tău ar putea avea nevoie de altceva. Nivelul meu logic este de 3,3 V, puteți utiliza oricare ar fi nivelul dvs. de putere logică.

Am adăugat un opțional pe circuitul oprit pe salteaua mea. Nu am vrut o remiză constantă de 50 mA pe covor. Pur și simplu nu știu cum îi place lui Velostat un curent constant prin el și mă aștept să fie rău pentru longevitatea saltelei. Circuitul constă dintr-un mosfet cu canal N cu rezistențele necesare. Ori de câte ori vreau să citesc, pornesc mosfetul. În restul timpului, mosfet-ul este oprit, iar salteaua nu are putere să treacă prin el.

Pasul 7: Cum să-l utilizați

Utilizarea matului cu un Arduino (sau orice alt microcontroler) este simplă. Dacă aveți doar divizorul de tensiune, atașați pur și simplu covorul la un pin analogic, setați pinul la care atașați covorul ca intrare și utilizați o comandă de citire analogică. Valoarea pe care o obțineți din aceasta va scădea în funcție de cât de multă greutate se aplică pe saltea.

Dacă aveți mosfet-ul instalat, nu uitați să faceți introducerea mosfetului mare înainte de a efectua o măsurare. Altfel, veți măsura pur și simplu tensiunea pe care ați folosit-o pentru saltea (3,3V în cazul meu).

Valoarea pe care o obțineți din covor nu se schimbă prea mult în timp. Pur și simplu folosesc o valoare prag pentru a determina dacă ceva stă pe covor și, după o lună de utilizare continuă, covorul funcționează bine.

Pasul 8: Ce aș face diferit Data viitoare

Un lucru important legat de proiect este că aș testa mai întâi o versiune la scară mică a covorului. De fapt, am făcut o mică bucată de cupru pe Velostat, am văzut numere pe multimetru și am presupus că totul funcționează. A fost o greșeală.

Un punct legat de mat este că aș folosi patch-uri mai mici de cupru. În prezent am 48 de patch-uri de 2-3cm de cupru. Acest lucru oferă o rezistență de 20 ohmi când este inactiv și de aproximativ 5 ohmi când stau pe el. Deși acesta este un număr funcțional, ar fi mai ușor dacă ar fi puțin mai mic. 1cm de cupru expus ar fi mai mult decât suficient pentru acest covor. Nu voi mai face asta pe al meu, dar poate oricine altcineva care dorește să facă acest lucru poate beneficia de acest lucru.

Pasul 9: Cum îl folosesc

De ce am făcut anume acest covor sensibil la presiune? Am creat un ceas cu alarmă ESP32. Este conectat la sistemul meu Domoticz, poate întoarce valori ale senzorilor precum CO2 și temperatură și îmi poate controla iluminatul. De asemenea, spune ora și are o alarmă.

Aici intervine covorul senzorului. Nu am nicio problemă reală la trezire. Mă trezesc cu lumină de trezire și, de obicei, sunt treaz când trebuie să ies. Cu toate acestea, am o problemă când mă ridic din pat. Salteaua mă obligă să mă ridic din pat. Alarma se oprește numai atunci când stau de fapt pe covor (sau trag ștecherul de pe ceasul deșteptător). Acest lucru mă forțează să ies din pat și, odată ce am ieșit din pat, mă întorc rar. Deși este o soluție prea exagerată la o problemă care are multe alte soluții, sunt mulțumit de ea. Până acum, m-am ridicat din pat la timp în fiecare dimineață timp de aproximativ o lună. Înainte stăteam în pat până la o oră.

Cu 20 de minute înainte ca alarma să se declanșeze, salteaua devine activă. Salteaua se aprinde, necesită o citire a tensiunii, iar salteaua se oprește din nou. Acest lucru se întâmplă în fiecare secundă. Când stau pe saltea, înainte sau în timpul alarmei, aceasta oprește alarma.