Spiedienjutīgs grīdas paklāja sensors: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Šajā pamācībā es dalīšos ar spiediena jutīga grīdas paklāja sensora dizainu, kas spēj noteikt, kad jūs uz tā stāvat. Lai gan tas nevar precīzi nosvērt jūs, tas var noteikt, vai jūs stāvat uz tā ar pilnu svaru vai vienkārši ar to sazināties.

Paklājs mēra cilvēkus, kuri izmanto Velostat - materiālu, kas maina savu elektrisko pretestību, pamatojoties uz spiedienu. Visu paklāju es izgatavoju zem 20 eiro (neskaitot paklāju).

1. darbība. Kas jums būs nepieciešams

Sensora izgatavošanai jums būs nepieciešams:

• Velostats: Lai aizsegtu pietiekami daudz vietas zem paklāja, es izmantoju 2 kvadrātus ar 28 cm (11 collu), kas iegādāti Adafruit izplatītājā.
• Vara lente: es izmantoju 5 mm platu un apmēram 6-7 m lenti.
• Plāna izolācijas lente: es izmantoju 25 mm platu kaptona lenti.
• Elektroinstalācija paklāja piestiprināšanai pie kaut kā.
• Lodāmurs ar kādu alvu.
• Multimetrs pārbaudei.

Lai faktiski izmantotu šo paklāju ar mikrokontrolleri, jums būs nepieciešams:

• 47 omu rezistors (vai līdzīgi maza vērtība).
• (pēc izvēles, N-kanāla mosfets ar 10k rezistoru un 220ohm rezistoru).

2. solis: (Kā nelīmēt vara lenti Velostat)

Sākšu ar to, kā NELIETOT Velostatam vara lenti.

Es sāku, pieņemot, ka lentes "vadošā līme" ir vadoša. Tas šķita taisnīgs pieņēmums, bet vai nu mana lente nav no šīs "vadošās līmes" tipa, vai arī "vadošā" daļa ir tikko vadoša.

Es sāku, salīmējot 2 Velostat kvadrātus abās pusēs kopā ar kaptona lenti. Pēc tam es nogriezu 25 cm garas vara lentes sloksnes un uzklāju tās vienmērīgos intervālos. Vara lente abās pusēs atrodas tieši tajā pašā vietā, tāpēc starp varu ir tikai plāns Velostat slānis. Attēlos shematisks paklāja skats ar izgriezumu kopsavilkumam.

Lai savienotu visas rindas abās pusēs, tiek izmantota gara vara lentes sloksne (aptuveni 50 cm).

Uz abām pusēm tika pielodēts vads, un tika veikts pretestības mērījums.

Kad mēģināju to pārbaudīt, multimetra vērtības mainīgi svārstījās no 10 līdz 100 omiem. Arī stāvēšana uz paklāja vai nav ļoti maza atšķirība mērīšanai. Kaut kas bija briesmīgi nepareizi. Ātrs lentes mērījums parādīja, ka līme patiešām nav tik vadoša. Materiālu sviestmaize bija varš, līme, Velostat, līme, varš, un līme bija sava veida izolators.

Stāsta morāle, veiciet neliela mēroga testus, ja neesat pārliecināts, vai tas darbosies.

3. darbība: maza mēroga tests

Atpakaļ pie zīmēšanas dēļa. Vara lentes līmes puse nepārprotami nevadās pietiekami. Tomēr priekšējā puse ir tīra vara. Ko darīt, ja es apgrieztu lenti otrādi, lai vara puse būtu vērsta pret Velostatu.

Abās pusēs tika apgriezta viena zīme. Es paņēmu lenti, kas bija ar līmi, uz leju un pielīmēju pie kaptona lentes gabala. Vara lentes atkārtota izmantošana ir smalka, taču šī lieta ir nedaudz pārāk dārga, lai to vienkārši izmestu. Šis kaptona lentes gabals ar varu, kas vērsts prom no lipīgās puses, bija iestrēdzis Velostatā.

Tika veikts jauns mērījums. Tas uzreiz deva stabilu rezultātu. Viena lieta tomēr. Šķita, ka viena zīme ir 24 omi, kad tā ir augsta, un 200, kad tā ir zema. Tas bija, vienlaikus ar roku nospiežot tikai nelielu daudzumu. Ja man ir 12 pēdas un es pilnībā uz tā stāvu, paklājs var nokrist zem 1 omi, radot pārāk lielu strāvu.

Es pārskatīju dizainu tā, lai tikai nelielas lentes daļas saskartos ar Velostat. Tādā veidā es cerēju iegūt pretestību sasniedzamā daudzumā.

4. solis: Vara lentes uzklāšana Velostat

Apbruņojies ar zināšanām par to, kā īstenot šo darbu, es sāku labot sensora paklājiņu. Fotoattēlā redzēsit, ka vecais paklājs tiek pārveidots par jauno.

Pirmā lieta, ko es izdarīju, pievienoju nelielus lentes gabalus kā izolatoru. Lente atrodas abās pusēs. Atšķirībām starp lenti jābūt nedaudz nemainīgām un aptuveni 1–3 cm lielām, atkarībā no vēlamās pretestības. Atšķirībai jābūt vienā un tajā pašā vietā abās pusēs.

Iegūstiet vara lentes sloksni un kaptona lentes sloksni, kas ir pietiekami gara, lai aptvertu Velostat. Vara lentei jābūt 1-2 cm garākai par kaptona lenti. Ielīmējiet vara lenti uz kaptona lentes lipīgās puses, un viena vara lentes puse iet gar kaptona lenti.

Piestipriniet komplektu pie Velostat, virs izolatoriem. Pārliecinieties, ka varš atrodas vienā un tajā pašā vietā abās pusēs. Pārliecinieties arī, ka vara pārpalikums katru reizi atrodas vienā pusē. Salieciet pār lieko varu, lai jums būtu vieta, kur uzstādīt vara savienojošo sloksni. Viens padoms ir novietot vara pārpalikumu virs izolētas paklāja daļas, lai to būtu vieglāk pielodēt vēlāk.

Atkārtojiet šo darbību visām rindām.

Pievienojiet augšējo vara lentes rindu, kas savieno visas iepriekš uzmontētās vara sloksnes kopā. Ir prātīgi izolēt šo rindu no Velostat, lai novērstu nevēlamus šortus vai noplūdes. Augšējā rinda savienojas ar salocītajām cilnēm, kas palikušas iepriekšējās darbībās.

Uzmanīgi pielodējiet visas īsās sloksnes līdz augšējai sloksnei. Šī lodēšana ir nepieciešama, jo pretējā gadījumā augšējā sloksne nesaskarsies ar vara rindām. Esiet piesardzīgs un nepievienojiet varam pārāk daudz siltuma. Varš ir uzstādīts uz plastmasas (Velostat), un izkausēšana caur plastmasu būtu slikta.

Lodēt vadus augšējās rindās abās pusēs. Visur ir labi, es izvēlējos stūri.

Pārbaudiet paklāju, lai pārliecinātos, ka tas darbojas. Pievienojiet paklājam multimetru un pārbaudiet, vai pretestība samazinās, nospiežot kādu no neizolētajām daļām. Pārbaudiet arī, vai pretestība ir nedaudz stabila, ja neko nedarāt. Ja tas tā ir, apsveicam, paklājs tagad darbojas.

Visbeidzot, uzklājiet kaptona lenti uz visa atklātā vara. Lai gan tas, iespējams, neradīs šortus, ir slikta forma atstāt atklātu varu.

(Shematiskajos attēlos vara augšējā rinda nav parādīta. Attēls kalpo tikai, lai parādītu kaptona un vara konfigurāciju, lai šis paklājs darbotos.)

5. darbība. Paklāja pārbaude

Jaunais paklājs tika pievienots multimetram, lai to vēlreiz pārbaudītu. Šoreiz, bez slodzes, paklāja pretestība ir stabila 17-20 omi.

Kad es pilnībā stāvu uz paklāja, pretestība samazinās līdz 4-6 omiem. Viena kāja uz paklāja rada aptuveni 10 omus.

Tas ir nedaudz zemāks, nekā esmu apmierināts, taču tā joprojām ir praktiski izmantojama vērtība. Ir daudz atšķirību starp bez slodzes un personu, kas stāv uz paklāja. Novērojums ir tāds, ka spiediens īsti nenosaka pretestību. Virsmas laukums to dara. Ja es stāvēju uz vairāk paklāja ar mazāku svaru, pretestība kļūst mazāka nekā tad, ja es stāvu ar visu savu svaru vienā vietā. Kam man vajadzīgs šis sensors, tas ir lieliski, taču paturiet to prātā, ja to izveidojat.

6. solis: pievienojiet to vadam

Tā kā paklājs ir tikai liels mainīgs rezistors, mērījumu veikšana no paklāja ir diezgan vienkārša.

Vienkāršākais veids ir izmantot sprieguma dalītāju. Pievienojiet rezistoru pirms spiediena sensora paklāja (shēmā to sauc par R_mat) un izmēriet punktu starp rezistoru un paklāju (ko sauc par MatA1). Es izmantoju 47 omus, bet jūsu paklājam var būt nepieciešams kaut kas cits. Mans loģikas līmenis ir 3.3V, jūs varat izmantot jebkuru loģikas jaudas līmeni.

Es savam paklājiņam pievienoju izvēles ieslēgšanas ķēdi. Es negribēju, lai uz mana paklāja būtu nemainīga 50 mA. Es vienkārši nezinu, kā Velostatam patīk pastāvīga strāva caur to, un es ceru, ka tas kaitēs paklāja ilgmūžībai. Ķēde sastāv no N-kanāla mosfeta ar nepieciešamajiem rezistoriem. Ikreiz, kad gribu lasīt, ieslēdzu mosfetu. Pārējā laikā mosfets ir izslēgts, un paklājam nav spēka iet caur to.

7. darbība. Kā to izmantot

Paklāja lietošana ar Arduino (vai jebkuru citu mikrokontrolleru) ir vienkārša. Ja jums ir tikai sprieguma dalītājs, vienkārši pievienojiet paklājiņu pie analogās tapas, iestatiet tapu, kurai pievienojat paklāju, kā ievadi un izmantojiet analogās lasīšanas komandu. No tā iegūtā vērtība samazināsies atkarībā no tā, cik daudz svara tiek uzklāta uz paklāja.

Ja jums ir uzstādīts mosfet, atcerieties pirms mērījuma veikt augstu mosfet ievadi. Pretējā gadījumā jūs vienkārši izmērīsit spriegumu, ko izmantojāt paklājam (manā gadījumā - 3.3V).

Vērtība, ko saņemat no paklāja, laika gaitā daudz nemainās. Es vienkārši izmantoju sliekšņa vērtību, lai noteiktu, vai kaut kas stāv uz paklāja, un pēc mēneša nepārtrauktas lietošanas paklājs joprojām darbojas labi.

8. darbība: ko es nākamreiz darītu citādi

Viena svarīga ar projektu saistīta lieta ir tā, ka vispirms es pareizi pārbaudītu paklāja neliela izmēra versiju. Es faktiski izdarīju nelielu vara gabalu Velostat, redzēju ciparus uz multimetra un pieņēmu, ka viss darbojas. Tā bija kļūda.

Ar paklāju saistīts jautājums ir tāds, ka es izmantotu mazākus vara plāksterus. Pašlaik man ir 48 plāksteri ar 2-3 cm vara. Tas nodrošina 20 omu pretestību tukšgaitā un aptuveni 5 omus, kad es stāvu uz tā. Lai gan tas ir praktiski izmantojams skaitlis, būtu vieglāk, ja tas būtu nedaudz zemāks. Šim paklājam pietiktu ar 1 cm atklātā vara. Es vairs nedarīšu to savā, bet varbūt kāds cits, kas vēlas to izdarīt, var gūt labumu no tā.

9. solis: kā es to izmantoju

Kāpēc tieši es izveidoju šo spiedienjutīgo paklājiņu? Es izveidoju izsmalcinātu modinātāju ESP32. Tas ir savienots ar manu Domoticz sistēmu, tas var atgriezt sensoru vērtības, piemēram, CO2 un temperatūru, un var kontrolēt manu apgaismojumu. Tas arī norāda laiku un ir modinātājs.

Šeit nāk sensoru paklājiņš. Man nav nekādu problēmu pamostoties. Es pamostos ar modināšanas gaismu un parasti esmu nomodā, kad man jāizkāpj. Tomēr man ir problēma izkāpt no gultas. Paklājs liek man izkāpt no gultas. Modinātājs izslēdzas tikai tad, kad es faktiski stāvu uz paklāja (vai izvelku modinātāja kontaktdakšu). Tas liek man izkāpt no gultas, un, tiklīdz esmu izgājusi no gultas, es reti iekāpju iekšā. Lai gan tas ir mazliet pārmērīgs risinājums problēmai, kurai ir daudz citu risinājumu, es esmu ar to apmierināta. Līdz šim apmēram mēnesi katru rītu esmu izkāpis no gultas laikā. Pirms es gulēju gultā līdz pat stundai.

20 minūtes pirms signāla atskanēšanas paklājs kļūst aktīvs. Paklājs ieslēdzas, nepieciešams sprieguma rādījums, un paklājs atkal izslēdzas. Tas notiek katru sekundi. Kad es stāvu uz paklāja vai nu pirms modinātāja, vai tā laikā, tas izslēdz modinātāju.