Αισθητήρας δαπέδου ευαίσθητος στην πίεση: 9 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:35

Σε αυτό το Instructable θα μοιραστώ ένα σχέδιο για ένα ευαίσθητο στην πίεση sensoer δαπέδου που μπορεί να ανιχνεύσει όταν στέκεστε πάνω του. Παρόλο που δεν μπορεί να σας ζυγίσει ακριβώς, μπορεί να καθορίσει αν στέκεστε πάνω του με το πλήρες βάρος σας ή αν απλά έρχεστε σε επαφή μαζί του.

Το στρώμα μετρά άτομα που χρησιμοποιούν το Velostat, ένα υλικό που αλλάζει την ηλεκτρική του αντίσταση με βάση την πίεση που ασκείται σε αυτό. Έφτιαξα ολόκληρο το χαλάκι για κάτω από 20 € (χωρίς το χαλί).

Βήμα 1: Τι θα χρειαστείτε

Αυτό θα χρειαστείτε για να φτιάξετε τον αισθητήρα:

• Velostat: Για να καλύψω αρκετή επιφάνεια κάτω από το χαλί, χρησιμοποίησα 2 τετράγωνα των 28 εκατοστών (11 ") που αγοράστηκαν σε μεταπωλητή της Adafruit.
• Ταινία χαλκού: Χρησιμοποίησα πλάτος 5 χιλιοστών και περίπου 6-7 μέτρα ταινία.
• Μια λεπτή μονωτική ταινία: Χρησιμοποίησα ταινία καπτόν πλάτους 25mm.
• Καλωδίωση για να συνδέσετε το χαλί με κάτι.
• Ένα κολλητήρι με λίγο κασσίτερο.
• Ένα πολύμετρο για δοκιμές.

Για να χρησιμοποιήσετε πραγματικά αυτό το χαλί με μικροελεγκτή, θα χρειαστείτε:

• Αντίσταση 47ohm (ή παρόμοια μικρή τιμή).
• (προαιρετικό, mosfet καναλιού Ν με αντίσταση 10k και αντίσταση 220ohm).

Βήμα 2: (Πώς να μην εφαρμόσετε ταινία χαλκού στο Velostat)

Θα ξεκινήσω λέγοντας πώς να ΜΗΝ εφαρμόσετε ταινία χαλκού στο Velostat.

Ξεκίνησα υποθέτοντας ότι η "αγώγιμη κόλλα" στην ταινία ήταν αγώγιμη. Αυτό φάνηκε μια δίκαιη υπόθεση, αλλά είτε η ταινία μου δεν είναι αυτού του τύπου «αγώγιμης κόλλας», είτε το «αγώγιμο» μέρος είναι ελάχιστα αγώγιμο.

Ξεκίνησα χτυπώντας τα 2 τετράγωνα του Velostat μαζί και στις δύο πλευρές με ταινία καπτόν. Έκοψα έπειτα λωρίδες μήκους 25 εκατοστών από χάλκινη ταινία και τις έβαλα σε ομοιόμορφα διαστήματα. Η ταινία χαλκού εκατέρωθεν βρίσκεται ακριβώς στην ίδια θέση, έτσι ώστε να υπάρχει μόνο ένα λεπτό στρώμα Velostat μεταξύ του χαλκού. Στις εικόνες μια σχηματική όψη του χαλάκι με μια διακοπή για μια επισκόπηση.

Μια μεγάλη λωρίδα χάλκινης ταινίας (περίπου 50 εκατοστά) χρησιμοποιείται για να συνδέσει όλες τις σειρές μεταξύ τους και στις δύο πλευρές.

Ένα σύρμα συγκολλήθηκε και στις δύο πλευρές και έγινε μέτρηση αντίστασης.

Όταν προσπάθησα να το δοκιμάσω, οι τιμές του πολύμετρου θα ταλαντεύονταν άγρια μεταξύ 10k και 100ohm. Επίσης, το να στέκεσαι στο χαλί ή να μην έχεις πολύ μικρή διαφορά στη μέτρηση. Κάτι ήταν φρικτά λάθος. Μια γρήγορη μέτρηση της ταινίας έδειξε ότι η κόλλα δεν ήταν πραγματικά τόσο αγώγιμη. Το σάντουιτς των υλικών ήταν χαλκός, κόλλα, Velostat, κόλλα, χαλκός και η κόλλα ήταν ένα είδος μονωτήρα.

Το ηθικό της ιστορίας, κάντε δοκιμές μικρής κλίμακας εάν δεν είστε βέβαιοι εάν θα λειτουργήσει.

Βήμα 3: Δοκιμή μικρής κλίμακας

Πίσω στο σχεδιαστήριο. Η πλευρά κόλλας της ταινίας χαλκού δεν είναι αρκετά καλή. Η μπροστινή πλευρά είναι καθαρός χαλκός. Τι γίνεται αν αναστρέψω την ταινία έτσι ώστε η πλευρά του χαλκού να βλέπει το Velostat.

Ένα ίχνος αντιστράφηκε και στις δύο πλευρές. Πήρα την ταινία που ήταν κολλημένη προς τα κάτω και την κόλλησα σε ένα κομμάτι ταινίας καπτόν. Η επαναχρησιμοποίηση της χάλκινης ταινίας είναι δύσκολη, αλλά αυτά τα πράγματα είναι ελαφρώς πολύ ακριβά για να τα πετάξετε. Αυτό το κομμάτι ταινίας καπτόν με τον χαλκό στραμμένο μακριά από την κολλώδη πλευρά κολλήθηκε στο Velostat.

Έγινε νέα μέτρηση. Αυτό έδωσε αμέσως ένα σταθερό αποτέλεσμα. Ένα πράγμα όμως. Ένα μόνο ίχνος φαινόταν να είναι 24 ωμ όταν είναι υψηλό και 200 όταν είναι χαμηλό. Αυτό ήταν ενώ πίεζα μόνο μια μικρή ποσότητα με το χέρι μου. Αν έχω 12 ίχνη, και αντέξω πλήρως πάνω του, το χαλί μπορεί να πέσει κάτω από το 1 ohm, τραβώντας πάρα πολύ ρεύμα.

Αναθεώρησα το σχέδιο έτσι ώστε μόνο μικρά τμήματα της ταινίας να έρχονται σε επαφή με το Velostat. Με αυτόν τον τρόπο ήλπιζα να πάρω την αντίσταση σε ένα διαχειρίσιμο ποσό.

Βήμα 4: Εφαρμογή ταινίας χαλκού στο Velostat

Οπλισμένος με τη γνώση για το πώς να το κάνουμε πραγματικά αυτό, ξεκίνησα να επισκευάσω το στρώμα αισθητήρα. Στις φωτογραφίες θα δείτε το παλιό χαλί να τροποποιείται στο νέο χαλάκι.

Το πρώτο πράγμα που έκανα ήταν να προσθέσω μικρά κομμάτια ταινίας ως μονωτικό. Η ταινία βρίσκεται και στις δύο πλευρές. Τα κενά μεταξύ της ταινίας πρέπει να είναι κάπως σταθερά και περίπου 1-3cm μεγάλα, ανάλογα με το πόση αντίσταση θέλετε. Το κενό πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο σημείο και από τις δύο πλευρές.

Πάρτε μια λωρίδα χάλκινης ταινίας και μια λωρίδα καπτόν ταινίας αρκετά μεγάλη ώστε να εκτείνεται στο Velostat. Η ταινία χαλκού πρέπει να είναι 1-2 εκατοστά μεγαλύτερη από την ταινία κάπτον. Κολλήστε την ταινία χαλκού στην κολλώδη πλευρά της ταινίας κάπτον, με τη μία πλευρά της ταινίας χαλκού να περνάει από την ταινία καπτόν.

Κολλήστε το συγκρότημα στο Velostat, πάνω από τα μονωτικά. Βεβαιωθείτε ότι ο χαλκός βρίσκεται στην ίδια θέση και από τις δύο πλευρές. Επίσης, βεβαιωθείτε ότι η περίσσεια χαλκού βρίσκεται στην ίδια πλευρά κάθε φορά. Διπλώστε την περίσσεια χαλκού, ώστε να έχετε ένα μέρος για να τοποθετήσετε τη λωρίδα σύνδεσης χαλκού. Μια συμβουλή είναι να έχετε την περίσσεια χαλκού πάνω από ένα μονωμένο τμήμα του χαλιού, ώστε να είναι πιο εύκολο να το κολλήσετε αργότερα.

Επαναλάβετε αυτό το βήμα για όλες τις σειρές.

Προσθέστε μια επάνω σειρά χάλκινης ταινίας που συνδέει όλες τις λωρίδες χαλκού που είχαν τοποθετηθεί προηγουμένως μεταξύ τους. Είναι σοφό να μονώσετε αυτήν τη σειρά από το Velostat για να αποφύγετε ανεπιθύμητα σορτς ή διαρροές. Η επάνω σειρά συνδέεται με τις διπλωμένες καρτέλες που έχουν απομείνει στα προηγούμενα βήματα.

Συγκολλήστε προσεκτικά όλες τις κοντές λωρίδες στην επάνω λωρίδα. Αυτή η συγκόλληση είναι απαραίτητη γιατί διαφορετικά η επάνω λωρίδα δεν θα έρθει σε επαφή με τις σειρές χαλκού. Προσέξτε να μην προσθέσετε πολύ θερμότητα στον χαλκό. Ο χαλκός είναι τοποθετημένος σε πλαστικό (Velostat) και το λιώσιμο του πλαστικού θα ήταν κακό.

Συγκολλήστε σύρματα στις επάνω σειρές και στις δύο πλευρές. Οπουδήποτε είναι καλά, διάλεξα μια γωνία.

Δοκιμάστε το χαλί για να βεβαιωθείτε ότι λειτουργεί. Συνδέστε ένα πολύμετρο στο χαλί και δείτε αν η αντίσταση πέσει αν πιέσετε οποιοδήποτε από τα μη μονωμένα μέρη. Ελέγξτε επίσης εάν η αντίσταση είναι κάπως σταθερή εάν δεν κάνετε τίποτα. Αν συμβαίνει αυτό, συγχαρητήρια, το χαλάκι τώρα λειτουργεί.

Ως τελευταίο βήμα, εφαρμόστε ταινία καπτόν σε όλο τον εκτεθειμένο χαλκό. Ενώ πιθανότατα δεν θα προκαλέσει σορτς, είναι κακή μορφή να αφήνετε εκτεθειμένο χαλκό.

(Στις σχηματικές εικόνες, η επάνω σειρά χαλκού δεν εμφανίζεται. Η εικόνα χρησιμεύει μόνο για να δείξει τη διαμόρφωση του κάπτον και του χαλκού για να λειτουργήσει αυτό το χαλί.)

Βήμα 5: Δοκιμή του χαλιού

Το νέο χαλάκι συνδέθηκε με ένα πολύμετρο για να το δοκιμάσει ξανά. Αυτή τη φορά, χωρίς να εφαρμόζεται φορτίο, η αντίσταση του στρώματος είναι σταθερή 17-20 ωμ.

Όταν στέκομαι πλήρως στο χαλί, η αντίσταση πέφτει στα 4-6 ωμ. Το ένα πόδι στο χαλάκι δίνει περίπου 10 ωμ.

Αυτό είναι λίγο χαμηλότερο από αυτό που είμαι ικανοποιημένος, αλλά εξακολουθεί να είναι μια λειτουργική αξία. Υπάρχει μεγάλη διαφορά μεταξύ του μη φορτίου και ενός ατόμου που στέκεται στο χαλί. Μια παρατήρηση που έγινε είναι ότι η πίεση δεν καθορίζει πραγματικά την αντίσταση. Η επιφάνεια κάνει. Εάν στέκομαι σε περισσότερο από το χαλάκι με μικρότερο βάρος, η αντίσταση γίνεται μικρότερη από ό, τι αν στέκομαι με όλο το βάρος μου σε ένα μόνο σημείο. Για αυτό που χρειάζομαι αυτόν τον αισθητήρα, αυτό είναι υπέροχο, αλλά το έχετε κατά νου αν το φτιάξετε.

Βήμα 6: Καλωδίωση

Δεδομένου ότι το χαλί είναι απλώς μια μεγάλη μεταβλητή αντίσταση, η λήψη μετρήσεων από το χαλί είναι αρκετά απλή.

Ο απλούστερος τρόπος είναι η χρήση διαχωριστή τάσης. Προσθέστε μια αντίσταση πριν από το χαλί του αισθητήρα πίεσης (που ονομάζεται R_mat στα σχήματα) και μετρήστε το σημείο μεταξύ της αντίστασης και του χαλιού (που ονομάζεται MatA1). Χρησιμοποίησα 47 ωμ, αλλά το χαλί σας μπορεί να χρειαστεί κάτι άλλο. Το επίπεδο της λογικής μου είναι 3.3V, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε όποιο επίπεδο ισχύος λογικής έχετε.

Πρόσθεσα ένα προαιρετικό κύκλωμα απενεργοποίησης στο χαλί μου. Δεν ήθελα τη σταθερή ισοπαλία 50mA στο χαλί μου. Απλώς δεν ξέρω πώς αρέσει στο Velostat ένα σταθερό ρεύμα μέσα από αυτό και αναμένω ότι θα είναι κακό για τη μακροζωία του χαλιού. Το κύκλωμα αποτελείται από ένα mosfet καναλιού Ν με τις απαιτούμενες αντιστάσεις. Όποτε θέλω να διαβάσω, ανοίγω το mosfet. Τον υπόλοιπο χρόνο, το mosfet είναι σβηστό και το χαλάκι δεν έχει καμία δύναμη να το περάσει.

Βήμα 7: Πώς να το χρησιμοποιήσετε

Η χρήση του στρώματος με Arduino (ή οποιονδήποτε άλλο μικροελεγκτή) είναι απλή. Εάν έχετε μόνο το διαχωριστή τάσης, απλά συνδέστε το χαλάκι σας σε έναν αναλογικό πείρο, ορίστε τον πείρο στον οποίο συνδέετε το στρώμα ως είσοδο και χρησιμοποιήστε μια αναλογική ανάγνωση εντολής. Η τιμή που λαμβάνετε από αυτό θα μειωθεί ανάλογα με το πόσο βάρος εφαρμόζεται στο χαλί.

Εάν έχετε εγκαταστήσει το mosfet, θυμηθείτε να κάνετε την είσοδο του mosfet ψηλά πριν κάνετε μια μέτρηση. Διαφορετικά, απλά θα μετρήσετε την τάση που χρησιμοποιήσατε για το χαλί (3,3V στην περίπτωσή μου).

Η τιμή που παίρνετε πίσω από το χαλί δεν αλλάζει πολύ με την πάροδο του χρόνου. Απλώς χρησιμοποιώ μια τιμή κατωφλίου για να καθορίσω αν κάτι στέκεται στο χαλί και μετά από ένα μήνα συνεχούς χρήσης, το στρώμα εξακολουθεί να λειτουργεί καλά.

Βήμα 8: Τι θα έκανα διαφορετικά την επόμενη φορά

Ένα σημαντικό πράγμα που σχετίζεται με το έργο είναι ότι θα δοκίμαζα σωστά πρώτα μια μικρή κλίμακα του στρώματος. Πραγματικά έκανα ένα μικροσκοπικό κομμάτι χαλκού στο Velostat, είδα αριθμούς στο πολύμετρο και υπέθεσα ότι όλα λειτουργούσαν. Αυτό ήταν λάθος.

Ένα σημείο που σχετίζεται με το χαλί είναι ότι θα χρησιμοποιούσα μικρότερα κομμάτια χαλκού. Αυτή τη στιγμή έχω 48 μπαλώματα 2-3 εκατοστών χαλκού. Αυτό δίνει αντίσταση 20 ohm όταν είναι αδρανές και περίπου 5 ohm όταν στέκομαι σε αυτό. Ενώ αυτός είναι ένας αριθμός που μπορεί να λειτουργήσει, θα ήταν ευκολότερο να ήταν λίγο χαμηλότερος. 1 εκατοστό εκτεθειμένου χαλκού θα ήταν περισσότερο από αρκετό για αυτό το χαλί. Δεν πρόκειται να το κάνω αυτό πλέον, αλλά ίσως κάποιος άλλος που θέλει να το κάνει αυτό να επωφεληθεί από αυτό.

Βήμα 9: Πώς το χρησιμοποιώ

Γιατί συγκεκριμένα έκανα αυτό το στρώμα ευαίσθητο στην πίεση; Έφτιαξα ένα φανταχτερό ξυπνητήρι ESP32. Είναι συνδεδεμένο με το σύστημα Domoticz μου, μπορεί να επιστρέψει τιμές αισθητήρων όπως CO2 και θερμοκρασία και μπορεί να ελέγξει τον φωτισμό μου. Λέει επίσης την ώρα και έχει συναγερμό.

Εδώ μπαίνει το στρώμα αισθητήρα. Δεν έχω κανένα πραγματικό πρόβλημα να ξυπνήσω. Ξυπνάω με φως αφύπνισης και συνήθως είμαι ξύπνιος όταν πρέπει να βγω. Ωστόσο, έχω ένα πρόβλημα να σηκωθώ από το κρεβάτι. Το στρώμα με αναγκάζει να σηκωθώ από το κρεβάτι. Ο συναγερμός απενεργοποιείται μόνο όταν πραγματικά στέκομαι στο χαλί (ή τραβάω το βύσμα από το ξυπνητήρι). Αυτό με αναγκάζει να σηκωθώ από το κρεβάτι μου και μόλις ξαναβγώ από το κρεβάτι, σπάνια ξαναμπαίνω. Ενώ είναι λίγο υπερβολική λύση σε ένα πρόβλημα που έχει πολλές άλλες λύσεις, είμαι ευχαριστημένος με αυτό. Μέχρι στιγμής, έχω σηκωθεί έγκαιρα από το κρεβάτι κάθε πρωί για περίπου ένα μήνα. Πριν έμενα στο κρεβάτι μέχρι και μία ώρα.

20 λεπτά πριν χτυπήσει το ξυπνητήρι μου, το χαλί ενεργοποιείται. Το χαλί ενεργοποιείται, Χρειάζεται ένδειξη τάσης και το στρώμα απενεργοποιείται ξανά. Αυτό συμβαίνει κάθε δευτερόλεπτο. Όταν στέκομαι στο χαλί, είτε πριν είτε κατά τη διάρκεια του συναγερμού, απενεργοποιείται ο συναγερμός.