Trykkfølsom gulvmatsensor: 9 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

I denne instruksjonsboken vil jeg dele et design for en trykkfølsom gulvmatsensor som er i stand til å oppdage når du står på den. Selv om den ikke akkurat kan veie deg, kan den avgjøre om du står på den med full vekt eller om du bare tar kontakt med den.

Matten måler mennesker som bruker Velostat, et materiale som endrer den elektriske motstanden basert på mengden trykk som påføres den. Jeg lagde hele matten for under € 20 (eksklusive teppet).

Trinn 1: Det du trenger

Dette er hva du trenger for å lage sensoren:

• Velostat: For å dekke nok areal under teppet brukte jeg 2 ruter på 28 cm kjøpt hos en Adafruit -forhandler.
• Kobberbånd: Jeg brukte 5 mm bred og rundt 6-7 meter tape.
• Et tynt isoleringstape: Jeg brukte 25 mm bredt kaptonbånd.
• Kabling for å koble teppet til noe.
• Et loddejern med litt tinn.
• Et multimeter for testing.

For å faktisk bruke dette teppet med en mikrokontroller trenger du:

• En 47ohm motstand (eller tilsvarende liten verdi).
• (valgfritt, en N-kanal mosfet med 10k motstand og 220ohm motstand).

Trinn 2: (Hvordan ikke påføre kobberbånd på Velostat)

Jeg vil begynne med å fortelle hvordan IKKE skal påføres kobberbånd på Velostat.

Jeg begynte med å anta at det "ledende limet" på båndet var ledende. Dette virket som en rimelig antagelse, men enten er tapen min ikke av denne typen "ledende lim", eller så er den "ledende" delen knapt ledende.

Jeg begynte med å teipe de 2 rutene til Velostat sammen på begge sider med kapton -tape. Jeg kuttet deretter 25 cm lange strimler av kobberbånd og påførte disse med jevne mellomrom. Kobberbåndet på hver side er på nøyaktig samme sted, slik at det bare er et tynt lag Velostat mellom kobberet. På bildene en skjematisk visning av matten med en utskjæring for en oversikt.

En lang stripe med kobberbånd (ca. 50 cm) brukes til å koble alle radene sammen på hver side.

En ledning ble loddet til hver side, og det ble utført en motstandsmåling.

Da jeg prøvde å teste det, ville multimeterverdiene svinge vilt mellom 10k og 100ohm. Også å stå på matten eller ikke gjorde veldig liten forskjell for målingen. Noe var fryktelig galt. En rask måling av båndet viste at limet egentlig ikke var så ledende. Materialsandwichen var kobber, lim, Velostat, lim, kobber, og limet var en slags isolator.

Moralen i historien, gjør tester i liten skala hvis du er usikker på om det vil fungere.

Trinn 3: Test i liten skala

Tilbake til tegnebrettet. Limsiden på kobberbåndet leder tydeligvis ikke nok. Forsiden er imidlertid ren kobber. Hva om jeg snur båndet slik at kobbersiden vender mot Velostat.

Et enkelt spor ble reversert på begge sider. Jeg tok tapen som var med lim ned og festet den til et stykke kapton -tape. Gjenbruk av kobberbånd er finurlig, men dette er litt for dyrt å bare kaste. Dette stykke kaptonbånd med kobberet vendt bort fra den klebrig siden, satt fast på Velostat.

En ny måling ble gjort. Dette ga umiddelbart et stabilt resultat. En ting skjønt. Et enkelt spor syntes å være 24 ohm når det var høyt, og 200 når det var lavt. Dette var mens jeg bare trykket på en liten mengde med hånden min. Hvis jeg har 12 spor, og står helt på den, kan matten falle til under 1 ohm, og trekke for mye strøm.

Jeg reviderte designet slik at bare små deler av båndet kommer i kontakt med Velostat. På denne måten håpet jeg å få motstanden til en håndterbar mengde.

Trinn 4: Påføring av kobberbånd på Velostat

Bevæpnet med kunnskap om hvordan man faktisk får dette til å fungere, satte jeg meg for å reparere sensormatten. På bildene ser du den gamle matten endres til den nye matten.

Det første jeg gjorde er å legge til små bånd av tape som isolator. Tapen er på begge sider. Gapene mellom båndet må være noe konstante og rundt 1-3 cm store, avhengig av hvor mye motstand du vil ha. Gapet må være på samme sted på begge sider.

Få en stripe med kobberbånd og en stripe med kaptonbånd som er lang nok til å spenne over Velostat. Kobberbåndet må være 1-2 cm lengre enn kaptonbåndet. Fest kobberbåndet på den klebrig siden av kaptonbåndet, med den ene siden av kobberbåndet som går forbi kaptonbåndet.

Fest enheten til Velostat, over isolatorene. Sørg for at kobberet er på samme sted på begge sider. Sørg også for at overflødig kobber er på samme side hver gang. Brett over overflødig kobber slik at du har et sted å montere forbindelseslisten av kobber. Ett råd er å ha overflødig kobber over en isolert del av matten, så det er lettere å lodde til det senere.

Gjenta dette trinnet for alle radene.

Legg til en øverste rad med kobberbånd som forbinder alle tidligere monterte kobberstrimler. Det er lurt å isolere denne raden fra Velostat for å forhindre uønskede shorts eller lekkasjer. Den øverste raden kobles til de brettede fanene som var igjen i de foregående trinnene.

Lodd forsiktig alle de korte strimlene til topplisten. Dette loddetinnet er nødvendig fordi den øvre stripen ellers ikke kommer i kontakt med kobberradene. Vær forsiktig så du ikke tilfører for mye varme til kobberet. Kobberet er montert på plast (Velostat), og det vil være dårlig å smelte gjennom plasten.

Loddetråder til de øverste radene på begge sider. Hvor som helst er det bra, jeg valgte et hjørne.

Test matten for å sikre at den fungerer. Koble et multimeter til matten, og se om motstanden synker hvis du trykker på noen av de uisolerte delene. Sjekk også om motstanden er noe stabil hvis du ikke gjør noe. Hvis dette er tilfellet, gratulerer, matten fungerer nå.

Som et siste trinn påfør du kapton -tape på alt eksponert kobber. Selv om det sannsynligvis ikke vil forårsake shorts, er det dårlig form å forlate eksponert kobber.

(I de skjematiske bildene vises ikke den øverste kobberaden. Bildet tjener bare til å vise konfigurasjonen av kapton og kobber for å få denne matten til å fungere.)

Trinn 5: Testing av matten

Den nye matten ble koblet til et multimeter for å teste den igjen. Denne gangen, uten belastning, er mattenes motstand stabil 17-20 ohm.

Når jeg står helt på matten, synker motstanden til 4-6 ohm. En fot på matten gir rundt 10 ohm.

Dette er litt lavere enn jeg er fornøyd med, men det er fortsatt en brukbar verdi. Det er stor forskjell mellom ingen last og en person som står på matten. En observasjon er at trykket egentlig ikke definerer motstanden. Overflaten gjør det. Hvis jeg står på mer av matten med mindre vekt, blir motstanden lavere enn om jeg står med hele vekten min på et enkelt sted. For det jeg trenger denne sensoren til, er dette flott, men husk det hvis du bygger en.

Trinn 6: Koble den til

Siden matten bare er en stor variabel motstand, er det ganske enkelt å ta målinger fra matten.

Den enkleste måten er å bruke en spenningsdeler. Legg til en motstand før trykksensormatten (kalt R_mat i skjematikken) og mål punktet mellom motstanden og matten (kalt MatA1). Jeg brukte 47 ohm, men matten din trenger kanskje noe annet. Mitt logikknivå er 3,3V, du kan bruke det logiske effektnivået ditt.

Jeg la til en valgfri på -krets til matten min. Jeg ønsket ikke den konstante 50mA tegningen på matten min. Jeg vet rett og slett ikke hvordan Velostat liker en konstant strøm gjennom den, og jeg forventer at den er dårlig for mattenes levetid. Kretsen består av en N-kanal mosfet med de nødvendige motstandene. Når jeg vil lese, slår jeg på mosfet. Resten av tiden er mosfeten av, og matten har ingen kraft som går gjennom den.

Trinn 7: Slik bruker du den

Å bruke matten med en Arduino (eller annen mikrokontroller) er enkel. Hvis du bare har spenningsdeleren, må du ganske enkelt feste matten til en analog pin, sette pinnen du fester matten til som inngang, og bruke en analog lese -kommando. Verdien du får fra dette vil synke avhengig av hvor mye vekt som legges på matten.

Hvis du har mosfet installert, husk å gjøre inngangen til mosfet høy før du foretar en måling. Ellers måler du bare spenningen du brukte på matten (3,3V i mitt tilfelle).

Verdien du får tilbake fra matten endrer seg ikke mye over tid. Jeg bruker ganske enkelt en terskelverdi for å avgjøre om noe står på matten, og etter en måned med kontinuerlig bruk fungerer matten fortsatt bra.

Trinn 8: Hva jeg ville gjort annerledes neste gang

En viktig prosjektrelatert ting er at jeg først ville teste en liten versjon av matten. Jeg gjorde faktisk et lite stykke kobber på Velostat, så tall på multimeteret og antok at alt fungerte. Dette var en feil.

Et matrelatert punkt er at jeg ville bruke mindre kobberplaster. Jeg har for tiden 48 flekker på 2-3 cm kobber. Dette gir en motstand på 20 ohm når den er inaktiv, og rundt 5 ohm når jeg står på den. Selv om dette er et brukbart tall, ville det vært lettere hvis det var litt lavere. 1 cm eksponert kobber ville være mer enn nok for denne matten. Jeg kommer ikke til å gjøre dette på min lenger, men kanskje alle andre som ønsker å gjøre dette kan ha nytte av dette.

Trinn 9: Hvordan jeg bruker det

Hvorfor laget jeg spesielt denne trykkfølsomme matten? Jeg lagde en fancy ESP32 vekkerklokke. Den er koblet til mitt Domoticz -system, den kan returnere sensorverdier som CO2 og temperatur, og kan kontrollere belysningen min. Den forteller også tiden og har en alarm.

Det er her sensormatten kommer inn. Jeg har ingen problemer med å våkne. Jeg våkner med vekking, og er vanligvis våken når jeg trenger å komme meg ut. Jeg har imidlertid et problem med å komme meg ut av sengen. Matten tvinger meg til å komme meg ut av sengen. Alarmen slår seg bare av når jeg faktisk står på matten (eller trekker støpselet fra vekkerklokken). Dette tvinger meg ut av sengen min, og når jeg er ute av sengen, kommer jeg sjelden tilbake. Selv om det er litt av en overkill løsning på et problem som har mange andre løsninger, er jeg fornøyd med det. Så langt har jeg stått ut av sengen i tide hver morgen i rundt en måned. Før jeg lå i sengen i opptil en time.

20 minutter før alarmen min går, blir matten aktiv. Matten slås på, det tar en spenningsavlesning, og matten slår seg av igjen. Dette skjer hvert sekund. Når jeg står på matten, enten før eller under alarmen, slår den av alarmen.