Датчик напольного коврика, чувствительный к давлению: 9 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

В этом руководстве я расскажу о конструкции сенсора, чувствительного к давлению, который способен определять, когда вы стоите на нем. Хотя он не может точно вас взвесить, он может определить, стоите ли вы на нем всем своим весом или просто соприкасаетесь с ним.

Коврик измеряет людей, использующих Велостат, материал, который изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от приложенного к нему давления. Я сделал весь коврик менее чем за 20 евро (без коврика).

Шаг 1. Что вам понадобится

Вот что вам понадобится для изготовления датчика:

• Велостат: Чтобы покрыть достаточно места под ковриком, я использовал 2 квадрата 28 см (11 дюймов), купленные у торгового посредника Adafruit.
• Медная лента: я использовал ширину 5 мм и около 6-7 м ленты.
• Тонкая изолента: я использовал каптоновую ленту шириной 25 мм.
• Проводка, чтобы зацепить коврик.
• Паяльник с оловом.
• Мультиметр для тестирования.

Чтобы реально использовать этот коврик с микроконтроллером, вам потребуется:

• Резистор 47 Ом (или аналогично небольшого номинала).
• (опционально, N-канальный МОП-транзистор с резистором 10 кОм и резистором 220 Ом).

Шаг 2: (Как не наносить медную ленту на Велостат)

Начну с того, что НЕ наклеивать на Велостат медную ленту.

Я начал с предположения, что «токопроводящий клей» на ленте был токопроводящим. Это казалось справедливым предположением, но либо моя лента не относится к типу «проводящего клея», либо «проводящая» часть почти не проводит ток.

Я начал с того, что склеил 2 квадрата Велостата с обеих сторон каптоновым скотчем. Затем я вырезал полоски медной ленты длиной 25 см и наложил их на равные промежутки. Медная лента с обеих сторон находится в одном и том же месте, так что между медью есть только тонкий слой Велостата. На изображениях схематический вид мата с вырезом для обзора.

Длинная полоса медной ленты (около 50 см) используется для соединения всех рядов с обеих сторон.

К обеим сторонам был припаян провод, и было произведено измерение сопротивления.

Когда я попробовал его протестировать, значения мультиметра сильно колебались от 10 кОм до 100 Ом. Кроме того, стояние на коврике или не имело большого значения для измерения. Что-то было ужасно неправильно. Быстрое измерение ленты показало, что клей на самом деле не такой проводящий. Сэндвич из материалов был медью, клеем, велостатом, клеем, медью, а клей был своего рода изолятором.

Мораль истории: проведите небольшие тесты, если вы не уверены, сработает ли это.

Шаг 3: маломасштабный тест

Вернуться к доске для рисования. Клейкая сторона медной ленты явно не проводит достаточно. Однако лицевая сторона - чистая медь. Что, если я переверну ленту так, чтобы медная сторона была обращена к Велостату.

Единственный след был перевернут с обеих сторон. Я взял ленту, которая была клеевой стороной вниз, и приклеил ее к куску каптоновой ленты. Повторное использование медной ленты - дело сложное, но это слишком дорого, чтобы просто выбросить. Этот кусок каптоновой ленты с медной стороной от липкой стороны был наклеен на Велостат.

Было произведено новое измерение. Это моментально дало стабильный результат. Хотя одно. Единственная кривая, казалось, была 24 Ом при высоком уровне и 200 при низком уровне. Это было при нажатии рукой только на небольшую величину. Если у меня есть 12 следов, и я полностью встану на него, коврик может упасть ниже 1 Ом, потребляя слишком большой ток.

Я изменил дизайн так, чтобы только небольшие части ленты контактировали с Велостатом. Таким образом я надеялся получить приемлемое сопротивление.

Шаг 4: нанесение медной ленты на Велостат

Вооружившись знаниями о том, как это сделать, я решил починить сенсорный коврик. На фотографии вы увидите, как старый коврик заменяют на новый.

Первым делом я добавил небольшие кусочки ленты в качестве изолятора. Лента с двух сторон. Зазоры между лентой должны быть постоянными и составлять около 1-3 см, в зависимости от того, какое сопротивление вы хотите. Зазор должен быть на одном и том же месте с обеих сторон.

Возьмите полоску медной ленты и полоску каптоновой ленты достаточной длины, чтобы охватить Велостат. Медная лента должна быть на 1-2 см длиннее, чем каптонная. Наклейте медную ленту на липкую сторону каптоновой ленты так, чтобы одна сторона медной ленты проходила мимо каптоновой ленты.

Прикрепите сборку к Велостату поверх изоляторов. Убедитесь, что медь находится на одном и том же месте с обеих сторон. Также убедитесь, что лишняя медь каждый раз находится на одной и той же стороне. Загните лишнюю медь, чтобы у вас было место для крепления соединительной ленты. Один из советов - иметь избыток меди на изолированной части мата, чтобы ее было легче припаять позже.

Повторите этот шаг для всех рядов.

Добавьте верхний ряд медной ленты, которая соединяет все ранее смонтированные полосы меди вместе. Целесообразно изолировать этот ряд от Велостата, чтобы предотвратить нежелательное короткое замыкание или утечку. Верхний ряд соединяется с загнутыми выступами, оставленными на предыдущих шагах.

Осторожно припаяйте все короткие полоски к верхней полоске. Этот припой нужен, потому что в противном случае верхняя полоса не будет соприкасаться с рядами меди. Будьте осторожны, чтобы не перегреть медь. Медь установлена на пластике (Велостат), и проплавление пластика было бы плохим.

Припаяйте провода к верхним рядам с обеих сторон. Куда угодно хорошо, я угол выбрал.

Проверьте коврик, чтобы убедиться, что он работает. Подключите мультиметр к коврику и посмотрите, не упадет ли сопротивление, если вы нажмете на любую из неизолированных частей. Также проверьте, стабильно ли сопротивление, если вы ничего не делаете. Если это так, поздравляю, теперь коврик работает.

В качестве последнего шага нанесите каптоновую ленту на всю оголенную медь. Хотя это, вероятно, не вызовет коротких замыканий, оставлять открытую медь - плохой трюк.

(На схематических изображениях верхний ряд меди не показан. Изображение служит только для демонстрации конфигурации каптона и меди для работы этого мата.)

Шаг 5: Тестирование мата

Новый коврик подключили к мультиметру, чтобы проверить его снова. На этот раз без нагрузки сопротивление мата составляет 17-20 Ом.

Когда я полностью встаю на коврик, сопротивление падает до 4-6 Ом. Одна нога на коврике дает около 10 Ом.

Это немного ниже, чем я доволен, но все же это приемлемое значение. Есть большая разница между человеком, стоящим на ковре без груза. Было сделано наблюдение, что давление на самом деле не определяет сопротивление. Площадь поверхности делает. Если я стою на большей части ковра с меньшим весом, сопротивление становится меньше, чем если бы я стоял со всем своим весом на одном месте. Для того, для чего мне нужен этот датчик, это здорово, но имейте это в виду, если вы его построите.

Шаг 6: подключение

Поскольку мат представляет собой всего лишь большой переменный резистор, проводить измерения с мата довольно просто.

Самый простой способ - использовать делитель напряжения. Добавьте резистор перед матом датчика давления (на схемах он называется R_mat) и измерьте точку между резистором и матом (называемый MatA1). Я использовал 47 Ом, но вашему коврику может понадобиться что-то еще. Мой логический уровень составляет 3,3 В, вы можете использовать любой уровень логической мощности.

Я добавил на свой коврик дополнительный выключатель. Я не хотел, чтобы мой коврик постоянно потреблял 50 мА. Я просто не знаю, как Велостат любит постоянный ток через него, и думаю, что это плохо сказывается на долговечности мата. Схема состоит из N-канального МОП-транзистора с необходимыми резисторами. Всякий раз, когда я хочу снять показания, я включаю mosfet. В остальное время МОП-транзистор выключен, и на коврик не подается питание.

Шаг 7: как его использовать

Использовать коврик с Arduino (или любым другим микроконтроллером) просто. Если у вас есть только делитель напряжения, просто прикрепите коврик к аналоговому выводу, установите контакт, к которому подключаете коврик, в качестве входа и используйте команду аналогового чтения. Значение, которое вы получите от этого, будет снижаться в зависимости от того, какой вес приложен к коврику.

Если у вас установлен МОП-транзистор, не забудьте установить на входе МОП-транзистор высокий уровень, прежде чем проводить измерения. В противном случае вы просто измеряете напряжение, которое вы использовали для коврика (в моем случае 3,3 В).

Ценность, которую вы получаете от коврика, не сильно меняется со временем. Я просто использую пороговое значение, чтобы определить, стоит ли что-то на коврике, и после месяца непрерывного использования коврик все еще работает нормально.

Шаг 8. Что бы я сделал по-другому в следующий раз

Одна важная вещь, связанная с проектом, заключается в том, что я сначала правильно протестирую небольшую версию мата. Я действительно сделал крошечный кусочек меди на Велостате, увидел числа на мультиметре и предположил, что все работает. Это было ошибкой.

Замечание, связанное с матом, заключается в том, что я бы использовал более мелкие участки меди. Сейчас у меня 48 участков по 2-3 см меди. Это дает сопротивление 20 Ом в режиме ожидания и около 5 Ом, когда я стою на нем. Хотя это работоспособное число, было бы легче, если бы оно было немного ниже. Для этого мата более чем достаточно 1 см открытой меди. Я больше не собираюсь делать это на своем, но, возможно, кто-то другой, желающий это сделать, сможет извлечь из этого выгоду.

Шаг 9: как я его использую

Почему я специально сделал этот чувствительный к давлению коврик? Я сделал навороченный будильник ESP32. Он подключен к моей системе Domoticz, может возвращать значения датчиков, такие как CO2 и температура, и может управлять моим освещением. Он также сообщает время и имеет будильник.

Вот тут-то и пригодится сенсорный коврик. У меня нет проблем с пробуждением. Я просыпаюсь с пробуждающим светом и обычно просыпаюсь, когда мне нужно выйти. Однако я не могу встать с постели. Коврик заставляет меня встать с постели. Будильник выключается, только когда я стою на коврике (или выдергиваю вилку из будильника). Это заставляет меня встать с постели, и как только я встаю с постели, я редко возвращаюсь обратно. Хотя это немного излишнее решение проблемы, у которой есть много других решений, я доволен им. До сих пор я почти месяц вставал с постели вовремя. Раньше я лежал в постели до часа.

За 20 минут до срабатывания будильника коврик становится активным. Коврик включается, снимается напряжение, и коврик снова выключается. Это происходит каждую секунду. Когда я стою на коврике, до или во время будильника, будильник отключается.