Sensor Tekanan Sensor Lantai: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Dalam Instructable ini saya akan berkongsi reka bentuk untuk sensor tikar lantai sensitif tekanan yang dapat mengesan ketika anda berdiri di atasnya. Walaupun tidak dapat menimbang dengan tepat, ia dapat menentukan sama ada anda berdiri dengan berat penuh atau jika anda hanya bersentuhan dengannya.

Tikar mengukur orang menggunakan Velostat, bahan yang mengubah ketahanan elektriknya berdasarkan jumlah tekanan yang dikenakan kepadanya. Saya membuat tikar keseluruhan dengan harga di bawah € 20 (tidak termasuk permaidani).

Langkah 1: Apa yang Anda Perlu

Inilah yang anda perlukan untuk membuat sensor:

• Velostat: Untuk menutup kawasan yang cukup di bawah permaidani, saya menggunakan 2 kotak 28cm (11 ") yang dibeli di penjual semula Adafruit.
• Pita tembaga: Saya menggunakan pita selebar 5mm, dan sekitar 6-7m.
• Pita penebat nipis: Saya menggunakan pita kapton lebar 25mm.
• Pendawaian untuk mengaitkan permaidani untuk sesuatu.
• Setrika pemateri dengan sedikit timah.
• Multimeter untuk ujian.

Untuk benar-benar menggunakan permaidani ini dengan pengawal mikro, anda memerlukan:

• Perintang 47ohm (atau nilai kecil yang serupa).
• (pilihan, mosfet saluran-N dengan perintang 10k dan perintang 220ohm).

Langkah 2: (Cara Tidak Memakai Pita Tembaga pada Velostat)

Saya akan mulakan dengan memberitahu bagaimana TIDAK menggunakan pita tembaga pada Velostat.

Saya mulakan dengan menganggap bahawa "gam konduktif" pada pita itu konduktif. Ini seolah-olah anggapan yang wajar, tetapi sama ada pita saya bukan jenis "gam konduktif" ini, atau bahagian "konduktif" hampir tidak konduktif.

Saya mulakan dengan mengetuk 2 kotak Velostat di kedua-dua belah pihak dengan pita kapton. Saya kemudian memotong jalur pita tembaga sepanjang 25cm dan menggunakannya pada selang waktu yang sama rata. Pita tembaga di kedua sisi berada di lokasi yang sama, sehingga hanya terdapat lapisan tipis Velostat di antara tembaga. Dalam gambar, pandangan skema tikar dengan potongan untuk gambaran keseluruhan.

Jalur pita tembaga panjang (sekitar 50cm) digunakan untuk menghubungkan semua baris bersama di kedua-dua belah pihak.

Kawat disolder ke kedua sisi, dan pengukuran rintangan dibuat.

Semasa saya mencubanya, nilai multimeter akan berayun antara 10k dan 100ohm. Juga, berdiri di atas tikar atau tidak membuat perbezaan yang sangat kecil untuk pengukuran. Ada yang tidak kena. Pengukuran pantas pita menunjukkan bahawa gam tidak begitu konduktif. Bahan sandwic itu adalah tembaga, gam, Velostat, lem, tembaga, dan gam itu adalah jenis penebat.

Moral cerita, lakukan ujian skala kecil jika anda tidak pasti apakah ia akan berjaya.

Langkah 3: Ujian Skala Kecil

Kembali ke papan lukisan. Bahagian gam pita tembaga jelas tidak cukup. Bahagian depannya adalah tembaga tulen. Bagaimana jika saya membalikkan pita sehingga bahagian tembaga menghadap Velostat.

Satu jejak terbalik di kedua-dua belah pihak. Saya mengambil pita yang melekat ke bawah, dan menempelkannya pada sehelai pita kapton. Menggunakan semula pita tembaga tidak betul, tetapi barang ini sedikit terlalu mahal untuk dibuang begitu sahaja. Potongan pita kapton ini dengan tembaga menghadap dari sisi melekit tersangkut pada Velostat.

Pengukuran baru dibuat. Ini langsung memberikan hasil yang stabil. Satu perkara sekalipun. Jejak tunggal kelihatannya 24 ohm ketika tinggi, dan 200 ketika rendah. Ini semasa menekan sedikit dengan tangan saya. Sekiranya saya mempunyai 12 jejak, dan berdiri sepenuhnya di atasnya, tikar mungkin jatuh ke bawah 1 ohm, menarik arus terlalu banyak.

Saya menyemak semula reka bentuknya sehingga hanya sebahagian kecil pita yang bersentuhan dengan Velostat. Dengan cara ini saya berharap mendapat ketahanan terhadap jumlah yang dapat dikendalikan.

Langkah 4: Memohon Tembaga pada Velostat

Berbekalkan pengetahuan tentang bagaimana sebenarnya membuat karya ini, saya berusaha untuk memperbaiki tikar sensor. Di foto anda akan melihat tikar lama diubah suai ke tikar baru.

Perkara pertama yang saya lakukan ialah menambahkan kepingan kecil pita sebagai penebat. Pita di kedua sisi. Jurang antara pita perlu agak tetap dan sekitar 1-3cm besar, bergantung pada berapa banyak rintangan yang anda mahukan. Jurang perlu berada di tempat yang sama di kedua-dua belah pihak.

Dapatkan sehelai pita tembaga dan sehelai pita kapton cukup panjang untuk menjangkau Velostat. Pita tembaga perlu lebih panjang 1-2cm daripada pita kapton. Letakkan pita tembaga di bahagian lekapan kapton yang melekit, dengan satu sisi pita tembaga melepasi pita kapton.

Pasangkan pemasangan ke Velostat, di atas penebat. Pastikan tembaga berada di tempat yang sama di kedua-dua belah pihak. Pastikan juga kelebihan tembaga berada pada sisi yang sama setiap masa. Lipat lebihan tembaga sehingga anda mempunyai tempat untuk memasang jalur tembaga penghubung. Salah satu nasihat ialah meletakkan lebihan tembaga di bahagian tikar yang terlindung supaya lebih mudah dipateri kemudian.

Ulangi langkah ini untuk semua baris.

Tambahkan barisan pita tembaga atas yang menghubungkan semua jalur tembaga yang dipasang sebelumnya. Adalah bijak untuk melindungi baris ini dari Velostat untuk mengelakkan seluar pendek atau kebocoran yang tidak diingini. Baris atas menghubungkan ke tab terlipat yang tersisa di langkah sebelumnya.

Pateri semua jalur pendek dengan berhati-hati ke jalur atas. Pateri ini diperlukan kerana jika tidak, jalur atas tidak akan bersentuhan dengan barisan tembaga. Berhati-hati untuk tidak menambahkan haba terlalu banyak pada tembaga. Tembaga dipasang pada plastik (Velostat), dan pencairan melalui plastik akan menjadi buruk.

Kabel pateri ke baris atas di kedua-dua belah pihak. Di mana sahaja baik, saya memilih sudut.

Uji tikar untuk memastikan ia berfungsi. Sambungkan multimeter ke tikar, dan lihat apakah rintangan menurun jika anda menekan bahagian yang tidak berlindung. Periksa juga apakah rintangan agak stabil jika anda tidak melakukan apa-apa. Sekiranya ini berlaku, tahniah, tikar kini berfungsi.

Sebagai langkah terakhir, sapukan pita kapton pada semua tembaga yang terdedah. Walaupun mungkin tidak menyebabkan seluar pendek, bentuk yang buruk untuk meninggalkan tembaga yang terdedah.

(Dalam gambar skematik, baris atas tembaga tidak ditunjukkan. Gambar hanya berfungsi untuk menunjukkan konfigurasi kapton dan tembaga untuk membuat tikar ini berfungsi.)

Langkah 5: Menguji Mat

Tikar baru disambungkan ke multimeter untuk mengujinya lagi. Kali ini, tanpa beban dikenakan, rintangan tikar adalah 17-20 ohm yang stabil.

Apabila saya berdiri sepenuhnya di atas tikar, rintangan menurun kepada 4-6 ohm. Satu kaki di atas tikar memberikan sekitar 10 ohm.

Ini sedikit lebih rendah daripada yang saya senang, tetapi ia tetap bernilai. Terdapat banyak perbezaan antara tanpa beban dan orang yang berdiri di atas tikar. Pemerhatian yang dibuat adalah bahawa tekanan tidak benar-benar menentukan rintangan. Kawasan permukaan tidak. Sekiranya saya berdiri di atas lebih banyak tikar dengan berat badan yang lebih rendah, rintangan menjadi lebih rendah daripada jika saya berdiri dengan seluruh berat badan saya di satu tempat. Untuk apa saya memerlukan sensor ini, ini bagus, tetapi ingatlah jika anda membuatnya.

Langkah 6: Pendawaiannya

Oleh kerana tikar hanyalah perintang pemboleh ubah yang besar, pengukuran dari tikar agak mudah.

Cara paling mudah adalah menggunakan pembahagi voltan. Tambahkan perintang sebelum tikar sensor tekanan (disebut R_mat dalam skema) dan ukur titik antara perintang dan tikar (disebut MatA1). Saya menggunakan 47 ohm, tetapi tikar anda mungkin memerlukan yang lain. Tahap logik saya ialah 3.3V, anda boleh menggunakan tahap kekuatan logik anda.

Saya menambah pilihan pada litar off pada tikar saya. Saya tidak mahu lukisan 50mA berterusan di atas tikar saya. Saya tidak tahu bagaimana Velostat menyukai arus yang berterusan melaluinya, dan saya menjangkakan ia akan menjadi buruk untuk umur panjang tikar. Litar terdiri daripada mosfet saluran-N dengan perintang yang diperlukan. Setiap kali saya mahu membaca, saya menghidupkan mosfet. Selebihnya, mosfet dimatikan, dan tikar tidak mempunyai daya melaluinya.

Langkah 7: Cara Menggunakannya

Menggunakan tikar dengan Arduino (atau mikrokontroler lain) adalah mudah. Sekiranya anda hanya mempunyai pembahagi voltan, pasangkan tikar anda ke pin analog, tetapkan pin yang anda pasangkan tikar sebagai input, dan gunakan arahan baca analog. Nilai yang anda dapat dari ini akan turun bergantung pada berapa banyak berat yang dikenakan pada tikar.

Sekiranya anda memasang mosfet, ingatlah untuk membuat input mosfet tinggi sebelum anda membuat pengukuran. Jika tidak, anda akan mengukur voltan yang anda gunakan untuk tikar (3.3V dalam kes saya).

Nilai yang anda dapat kembali dari tikar tidak banyak berubah dari masa ke masa. Saya hanya menggunakan nilai ambang untuk menentukan apakah sesuatu berdiri di atas tikar, dan setelah sebulan penggunaan berterusan, tikar itu tetap berfungsi dengan baik.

Langkah 8: Apa Yang Akan Saya Lakukan Lain kali

Satu perkara yang berkaitan dengan projek penting ialah saya akan menguji versi tikar skala kecil terlebih dahulu. Saya sebenarnya membuat sekeping tembaga kecil di Velostat, melihat nombor di multimeter, dan menganggap semuanya berfungsi. Ini adalah kesilapan.

Perkara yang berkaitan dengan tikar ialah saya menggunakan tembaga yang lebih kecil. Saya mempunyai 48 tembaga 2-3cm tembaga. Ini memberikan rintangan 20 ohm ketika melahu, dan sekitar 5 ohm ketika saya berdiri di atasnya. Walaupun ini adalah nombor yang dapat digunakan, akan lebih mudah jika sedikit lebih rendah. 1cm tembaga yang terdedah akan lebih daripada cukup untuk tikar ini. Saya tidak akan melakukan ini lagi, tetapi mungkin orang lain yang ingin membuat ini boleh memanfaatkannya.

Langkah 9: Bagaimana Saya Menggunakannya

Mengapa secara khusus saya membuat tikar sensitif tekanan ini? Saya membuat jam penggera ESP32 yang mewah. Ia disambungkan ke sistem Domoticz saya, ia dapat mengembalikan nilai sensor seperti CO2 dan suhu, dan dapat mengawal pencahayaan saya. Ia juga memberitahu masa dan mempunyai penggera.

Di sinilah tikar sensor masuk. Saya tidak mempunyai masalah untuk bangun. Saya bangun dengan cahaya bangun, dan biasanya saya terjaga ketika saya perlu keluar. Namun saya menghadapi masalah untuk bangun dari tidur. Tikar memaksa saya untuk bangun dari katil. Penggera hanya akan dimatikan apabila saya betul-betul berdiri di atas tikar (atau mengeluarkan palam dari jam penggera). Ini memaksa saya keluar dari tempat tidur saya, dan setelah saya bangun dari tidur, saya jarang dapat masuk semula. Walaupun sedikit penyelesaian untuk masalah yang mempunyai banyak penyelesaian lain, saya gembira dengannya. Setakat ini, saya bangun dari waktu tidur setiap pagi selama lebih kurang sebulan. Sebelum saya tinggal di katil sehingga satu jam.

20 minit sebelum penggera saya berbunyi, tikar menjadi aktif. Tikar dihidupkan, Ia memerlukan bacaan voltan, dan tikar mati semula. Ini berlaku setiap saat. Apabila saya berdiri di atas tikar, sama ada sebelum atau semasa penggera, ia akan mematikan penggera.