Trykfølsom gulvmåtsensor: 9 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

I denne Instructable vil jeg dele et design til en trykfølsom gulvmåtsensor, der er i stand til at registrere, når du står på den. Selvom den ikke ligefrem kan veje dig, kan den afgøre, om du står på den med din fulde vægt, eller om du blot tager kontakt med den.

Måtten måler mennesker ved hjælp af Velostat, et materiale, der ændrer dets elektriske modstand baseret på mængden af tryk på det. Jeg lavede hele måtten for under € 20 (eksklusive tæppet).

Trin 1: Hvad du får brug for

Dette er hvad du skal bruge til at lave sensoren:

• Velostat: For at dække nok område under tæppet brugte jeg 2 firkanter på 28 cm (11 ") købt hos en Adafruit -forhandler.
• Kobberbånd: Jeg brugte 5 mm bred og omkring 6-7 m tape.
• Et tyndt isolerende tape: Jeg brugte 25 mm bredt kaptonbånd.
• Ledninger til at tilslutte tæppet til noget.
• Et loddejern med noget tin.
• Et multimeter til test.

For faktisk at bruge dette tæppe med en mikrokontroller skal du bruge:

• En 47ohm modstand (eller tilsvarende lille værdi).
• (valgfri, en N-kanal mosfet med 10k modstand og 220ohm modstand).

Trin 2: (Sådan påføres ikke kobberbånd på Velostat)

Jeg vil starte med at fortælle, hvordan man IKKE påfører kobberbånd til Velostat.

Jeg startede med at antage, at den "ledende lim" på båndet var ledende. Dette virkede som en rimelig antagelse, men enten er mit bånd ikke af denne "ledende lim" -type, eller også er den "ledende" del knap ledende.

Jeg startede med at tape de 2 firkanter af Velostat sammen på begge sider med kaptonbånd. Jeg skar derefter 25 cm lange strimler af kobberbånd og påførte disse med jævne mellemrum. Kobberbåndet på hver side er på nøjagtig samme sted, så der kun er et tyndt lag Velostat mellem kobberet. På billederne en skematisk visning af måtten med en udskæring for et overblik.

En lang strimmel kobberbånd (ca. 50 cm) bruges til at forbinde alle rækker sammen på hver side.

En ledning blev loddet til hver side, og der blev foretaget en modstandsmåling.

Da jeg prøvede at teste det, ville multimeterværdierne svinge vildt mellem 10k og 100ohm. Også at stå på måtten eller ikke gjorde meget lille forskel for målingen. Noget var frygteligt galt. En hurtig måling af båndet viste, at limen ikke rigtig var så ledende. Sandwich af materialer var kobber, lim, Velostat, lim, kobber, og limen var en slags isolator.

Historiens moral, lav små test, hvis du er usikker på, om det vil fungere.

Trin 3: Test i lille skala

Tilbage til tegnebrættet. Limsiden af kobberbåndet leder tydeligvis ikke nok. Forsiden er dog ren kobber. Hvad hvis jeg vender båndet, så kobbersiden vender mod Velostat.

Et enkelt spor blev vendt på begge sider. Jeg tog båndet, der var limet med siden nedad, og satte det fast på et stykke kaptonbånd. Genbrug af kobberbånd er finurligt, men disse ting er lidt for dyre til bare at smide væk. Dette stykke kaptonbånd med kobberet vendt væk fra den klæbrige side sad fast på Velostat.

Der blev foretaget en ny måling. Dette gav øjeblikkeligt et stabilt resultat. Én ting dog. Et enkelt spor syntes at være 24 ohm, når det var højt, og 200 når det var lavt. Dette var, mens jeg kun pressede en lille mængde med min hånd. Hvis jeg har 12 spor og står helt på det, kan måtten falde til under 1 ohm og tegne alt for meget strøm.

Jeg reviderede designet, så kun små dele af båndet kommer i kontakt med Velostat. På denne måde håbede jeg at få modstanden til et overskueligt beløb.

Trin 4: Påføring af kobberbånd på Velostat

Bevæbnet med viden om, hvordan man rent faktisk får dette til at fungere, satte jeg mig for at reparere sensormåtten. På billedet ser du den gamle måtte blive ændret til den nye måtte.

Det første, jeg gjorde, var at tilføje små stykker tape som isolator. Tapen er på begge sider. Mellemrummene mellem båndet skal være noget konstante og omkring 1-3 cm store, afhængigt af hvor meget modstand du ønsker. Gabet skal være på samme sted på begge sider.

Få en strimmel kobberbånd og en strimmel kaptonbånd, der er lang nok til at spænde over Velostat. Kobberbåndet skal være 1-2 cm længere end kaptonbåndet. Stick kobberbåndet på den klæbende side af kaptonbåndet, med den ene side af kobberbåndet, der går forbi kaptonbåndet.

Stick enheden til Velostat, over isolatorerne. Sørg for, at kobberet er på samme sted på begge sider. Sørg også for, at det overskydende kobber er på samme side hver gang. Fold overskydende kobber over, så du har et sted at montere forbindelsesstrimlen af kobber. Et råd er at have det overskydende kobber over en isoleret del af måtten, så det er lettere at lodde til det senere.

Gentag dette trin for alle rækker.

Tilføj en øverste række kobberbånd, der forbinder alle tidligere monterede strimler af kobber sammen. Det er klogt at isolere denne række fra Velostat for at forhindre uønskede shorts eller lækager. Den øverste række forbindes til de foldede faner, der var tilbage i de foregående trin.

Lod forsigtigt alle de korte strimler til den øverste strimmel. Denne lodning er nødvendig, fordi den øverste strimmel ellers ikke kommer i kontakt med kobberrækkerne. Pas på ikke at tilføre for meget varme til kobberet. Kobberet er monteret på plastik (Velostat), og smeltning gennem plastikken ville være dårlig.

Loddekabler til de øverste rækker på begge sider. Hvor som helst er fint, jeg valgte et hjørne.

Test måtten for at sikre, at den virker. Tilslut et multimeter til måtten, og se om modstanden falder, hvis du trykker på nogen af de uisolerede dele. Kontroller også, om modstanden er noget stabil, hvis du ikke gør noget. Hvis dette er tilfældet, tillykke, måtten fungerer nu.

Som et sidste trin påføres kaptonbånd på alt eksponeret kobber. Selvom det sandsynligvis ikke vil forårsage shorts, er det en dårlig form at efterlade eksponeret kobber.

(I de skematiske billeder vises den øverste række af kobber ikke. Billedet tjener kun til at vise konfigurationen af kapton og kobber for at få denne mått til at fungere.)

Trin 5: Test af måtten

Den nye måtte blev tilsluttet et multimeter for at teste den igen. Denne gang uden belastning er måttens modstand stabil 17-20 ohm.

Når jeg står helt på måtten, falder modstanden til 4-6 ohm. En fod på måtten giver omkring 10 ohm.

Dette er lidt lavere, end jeg er tilfreds med, men det er stadig en brugbar værdi. Der er masser af forskel mellem ingen belastning og en person, der står på måtten. En observation er, at trykket ikke rigtig definerer modstanden. Det gør overfladearealet. Hvis jeg står på mere af måtten med mindre vægt, bliver modstanden lavere, end hvis jeg står med hele min vægt på et enkelt sted. Til det, jeg har brug for denne sensor til, er det fantastisk, men husk det, hvis du bygger en.

Trin 6: Tilslutning

Da måtten bare er en stor variabel modstand, er det ret enkelt at tage målinger fra måtten.

Den enkleste måde er at bruge en spændingsdeler. Tilføj en modstand før tryksensormåtten (kaldet R_mat i skematikken) og mål punktet mellem modstanden og måtten (kaldet MatA1). Jeg brugte 47 ohm, men din måtte måtte have brug for noget andet. Mit logiske niveau er 3,3V, du kan bruge uanset dit logiske effektniveau.

Jeg tilføjede et valgfrit on off -kredsløb til min måtte. Jeg ville ikke have den konstante 50mA trækning på min måtte. Jeg ved simpelthen ikke, hvordan Velostat kan lide en konstant strøm gennem det, og jeg forventer, at det er dårligt for måttens levetid. Kredsløbet består af en N-kanal mosfet med de nødvendige modstande. Når jeg vil læse, tænder jeg mosfeten. Resten af tiden er mosfeten slukket, og måtten har ingen strøm gennem den.

Trin 7: Sådan bruges det

Det er enkelt at bruge måtten med en Arduino (eller en anden mikrokontroller). Hvis du kun har spændingsdeleren, skal du blot vedhæfte din måtte til en analog pin, indstille den pin, du vedhæfter måtten til som input, og bruge en analog læsekommando. Den værdi, du får heraf, falder afhængigt af, hvor meget vægt der påføres måtten.

Hvis du har installeret mosfet, skal du huske at gøre mosfetens input højt, før du foretager en måling. Ellers måler du simpelthen den spænding, du brugte til måtten (3,3V i mit tilfælde).

Den værdi, du får tilbage fra måtten, ændrer sig ikke meget over tid. Jeg bruger simpelthen en tærskelværdi til at afgøre, om der står noget på måtten, og efter en måneds kontinuerlig brug fungerer måtten stadig fint.

Trin 8: Hvad jeg ville gøre anderledes næste gang

En vigtig projektrelateret ting er, at jeg først korrekt ville teste en lille version af måtten. Jeg lavede faktisk et lille stykke kobber på Velostat, så tal på multimeteret og antog, at alt fungerede. Dette var en fejl.

Et måderelateret punkt er, at jeg ville bruge mindre pletter af kobber. Jeg har i øjeblikket 48 pletter på 2-3 cm kobber. Dette giver en modstand på 20 ohm, når den er inaktiv, og omkring 5 ohm, når jeg står på den. Selvom dette er et brugbart tal, ville det være lettere, hvis det var lidt lavere. 1 cm eksponeret kobber ville være mere end nok til denne måtte. Jeg kommer ikke til at gøre dette på min mere, men måske kan alle andre, der ønsker at gøre dette, drage fordel af dette.

Trin 9: Sådan bruger jeg det

Hvorfor lavede jeg specielt denne trykfølsomme måtte? Jeg lavede et lækkert ESP32 vækkeur. Det er forbundet til mit Domoticz -system, det kan returnere sensorværdier som CO2 og temperatur og kan styre min belysning. Den fortæller også tiden og har en alarm.

Det er her sensormåtten kommer ind. Jeg har ikke noget reelt problem med at vågne. Jeg vågner med vågnelys og er normalt vågen, når jeg skal ud. Jeg har dog et problem med at komme ud af sengen. Måtten tvinger mig til at komme ud af sengen. Alarmen slukker først, når jeg faktisk står på måtten (eller trækker stikket fra vækkeuret). Dette tvinger mig ud af min seng, og når jeg først er ude af sengen, kommer jeg sjældent tilbage. Selvom det er lidt af en overkill løsning på et problem, der har mange andre løsninger, er jeg glad for det. Indtil videre er jeg stået ud af sengen til tiden hver morgen i omkring en måned. Før jeg plejede at blive i sengen i op til en time.

20 minutter før min alarm går, bliver måtten aktiv. Måtten tænder, den tager en spændingsaflæsning, og måtten slukker igen. Dette sker hvert sekund. Når jeg står på måtten, enten før eller under alarmen, slukker den for alarmen.