Cảm biến thảm sàn nhạy cảm với áp suất: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Trong phần Có thể hướng dẫn này, tôi sẽ chia sẻ một thiết kế cho một bộ cảm biến thảm sàn nhạy cảm với áp suất có khả năng phát hiện khi bạn đứng trên đó. Mặc dù nó không thể cân chính xác bạn, nhưng nó có thể xác định xem bạn có đứng trên đó với toàn bộ trọng lượng của mình hay không hay bạn chỉ cần tiếp xúc với nó.

Thảm đo người sử dụng Velostat, một vật liệu thay đổi điện trở của nó dựa trên lượng áp lực tác dụng lên nó. Tôi đã làm toàn bộ tấm thảm với giá dưới € 20 (không bao gồm tấm thảm).

Bước 1: Những gì bạn sẽ cần

Đây là những gì bạn sẽ cần để tạo ra cảm biến:

• Velostat: Để có đủ diện tích dưới tấm thảm, tôi đã sử dụng 2 hình vuông 28cm (11 ") mua tại một đại lý Adafruit.
• Băng đồng: Tôi sử dụng rộng 5mm, và khoảng 6-7m băng.
• Băng cách điện mỏng: Tôi đã sử dụng băng kapton rộng 25mm.
• Đi dây để móc tấm thảm vào thứ gì đó.
• Một mỏ hàn với một ít thiếc.
• Một đồng hồ vạn năng để thử nghiệm.

Để thực sự sử dụng tấm thảm này với bộ vi điều khiển, bạn sẽ cần:

• Một điện trở 47ohm (hoặc giá trị nhỏ tương tự).
• (tùy chọn, một MOSFET kênh N với điện trở 10k và điện trở 220ohm).

Bước 2: (Cách không dán băng đồng lên Velostat)

Tôi sẽ bắt đầu bằng cách nói cách KHÔNG dán băng dính đồng lên Velostat.

Tôi bắt đầu bằng cách giả định rằng "keo dẫn điện" trên băng là dẫn điện. Đây có vẻ là một giả định công bằng, nhưng băng của tôi không thuộc loại "keo dẫn điện" này, hoặc phần "dẫn điện" hầu như không dẫn điện.

Tôi bắt đầu bằng cách dán 2 hình vuông của Velostat lại với nhau ở cả hai bên bằng băng kapton. Sau đó, tôi cắt các dải băng đồng dài 25cm và dán chúng vào các khoảng thời gian đều nhau. Băng đồng ở hai bên nằm ở vị trí chính xác, do đó chỉ có một lớp mỏng Velostat giữa đồng. Trong các hình ảnh, một cái nhìn sơ đồ của tấm chiếu với một hình cắt để có cái nhìn tổng quan.

Một dải băng đồng dài (khoảng 50cm) được sử dụng để kết nối tất cả các hàng với nhau ở hai bên.

Một dây được hàn vào hai bên và đo điện trở được thực hiện.

Khi tôi thử kiểm tra nó, các giá trị đồng hồ vạn năng sẽ dao động mạnh trong khoảng từ 10k đến 100ohm. Ngoài ra, đứng trên thảm hay không cũng tạo ra rất ít khác biệt cho phép đo. Có điều gì đó không ổn một cách khủng khiếp. Một phép đo nhanh băng keo cho thấy keo không thực sự dẫn điện như vậy. Các vật liệu được làm bằng đồng, keo, Velostat, keo, đồng, và keo là một loại chất cách điện.

Đạo đức của câu chuyện, hãy thực hiện các bài kiểm tra quy mô nhỏ nếu bạn không chắc liệu nó có hiệu quả hay không.

Bước 3: Kiểm tra quy mô nhỏ

Trở lại với bản vẽ. Mặt keo của băng đồng rõ ràng không dẫn đủ. Mặt trước là đồng nguyên chất mặc dù. Điều gì sẽ xảy ra nếu tôi đảo ngược cuộn băng để mặt đồng đối diện với Velostat.

Một dấu vết duy nhất đã được đảo ngược ở cả hai bên. Tôi lấy băng keo bên dưới và dán nó vào một miếng băng keo kapton. Việc tái sử dụng băng dính đồng là một việc khá phức tạp, nhưng những thứ này hơi quá đắt nên bạn chỉ cần vứt bỏ. Miếng băng kapton với đồng hướng ra khỏi mặt dính này đã được dán trên Velostat.

Một phép đo mới đã được thực hiện. Điều này ngay lập tức cho một kết quả ổn định. Một điều mặc dù. Một dấu vết duy nhất dường như là 24 ohms khi cao và 200 khi thấp. Đây là khi tôi chỉ ấn một lượng nhỏ bằng tay. Nếu tôi có 12 dấu vết và hoàn toàn đứng trên đó, tấm đệm có thể giảm xuống dưới 1 ohm, tạo ra quá nhiều dòng điện.

Tôi đã sửa lại thiết kế để chỉ những phần nhỏ của băng dính tiếp xúc với Velostat. Bằng cách này, tôi hy vọng có thể kiểm soát được mức kháng cự.

Bước 4: Dán băng đồng lên Velostat

Được trang bị kiến thức về cách thực sự làm việc này, tôi bắt đầu sửa chữa tấm lót cảm biến. Trong bức ảnh, bạn sẽ thấy tấm chiếu cũ được sửa đổi thành tấm chiếu mới.

Điều đầu tiên tôi làm là thêm những miếng băng nhỏ làm chất cách điện. Băng dính ở cả hai mặt. Khoảng cách giữa các băng cần phải không đổi và lớn khoảng 1-3cm, tùy thuộc vào mức độ cản bạn muốn. Khoảng cách cần phải ở cùng một vị trí ở cả hai bên.

Lấy một dải băng đồng và một dải băng kapton đủ dài để kéo dài Velostat. Băng đồng cần dài hơn băng kapton 1-2cm. Dán băng dính đồng vào mặt dính của băng kapton, với một mặt của băng đồng đi qua băng kapton.

Dán phần lắp ráp vào Velostat, trên các chất cách điện. Đảm bảo rằng đồng ở cùng một vị trí trên cả hai mặt. Đồng thời đảm bảo rằng đồng thừa ở cùng một bên mỗi lần. Gấp phần đồng thừa vào là bạn đã có chỗ để gắn dải đồng nối vào. Một lời khuyên là hãy để phần đồng dư thừa trên một phần cách điện của tấm chiếu để sau này dễ hàn hơn.

Lặp lại bước này cho tất cả các hàng.

Thêm một hàng băng đồng trên cùng kết nối tất cả các dải đồng đã gắn trước đó với nhau. Điều khôn ngoan là nên cách nhiệt hàng này khỏi Velostat để tránh bị hở hoặc hở không mong muốn. Hàng trên cùng kết nối với các tab được gấp lại ở các bước trước.

Cẩn thận hàn tất cả các dải ngắn vào dải trên cùng. Chất hàn này là cần thiết vì nếu không dải trên cùng sẽ không tiếp xúc với các hàng đồng. Hãy cẩn thận để không thêm quá nhiều nhiệt vào đồng. Đồng được gắn trên nhựa (Velostat), và nóng chảy qua nhựa sẽ rất tệ.

Hàn dây vào các hàng trên cùng ở cả hai bên. Chỗ nào cũng được, tôi chọn một góc.

Kiểm tra thảm để đảm bảo nó hoạt động. Kết nối đồng hồ vạn năng với tấm đệm và xem liệu điện trở có giảm xuống không nếu bạn ấn vào bất kỳ bộ phận nào không được cách nhiệt. Ngoài ra, hãy kiểm tra xem điện trở có ổn định hay không nếu bạn không làm gì. Nếu đúng như vậy thì xin chúc mừng, chiếc chiếu bây giờ đã hoạt động.

Bước cuối cùng, dán băng dính kapton lên tất cả phần đồng tiếp xúc. Mặc dù nó có thể sẽ không gây ra quần đùi, nhưng nó là hình thức xấu nếu để lộ đồng.

(Trong các hình ảnh giản đồ, hàng đồng trên cùng không được hiển thị. Hình ảnh chỉ hiển thị cấu hình của kapton và đồng để làm cho tấm chiếu này hoạt động.)

Bước 5: Kiểm tra Mat

Chiếc chiếu mới được móc vào đồng hồ vạn năng để kiểm tra lại. Lần này, khi không có tải, điện trở của tấm đệm là 17-20 ohms ổn định.

Khi tôi hoàn toàn đứng trên thảm, điện trở giảm xuống còn 4-6 ôm. Một chân trên thảm cho khoảng 10 ohms.

Mức này thấp hơn một chút so với mức tôi hài lòng, nhưng nó vẫn là một giá trị khả thi. Có rất nhiều sự khác biệt giữa không tải và một người đứng trên thảm. Một quan sát được thực hiện là áp suất không thực sự xác định lực cản. Diện tích bề mặt không. Nếu tôi đứng trên tấm thảm nhiều hơn với trọng lượng ít hơn, lực cản trở nên thấp hơn so với khi tôi đứng với toàn bộ trọng lượng của mình trên một chỗ duy nhất. Đối với những gì tôi cần cảm biến này, điều này là tuyệt vời, nhưng hãy ghi nhớ nó nếu bạn xây dựng một cảm biến.

Bước 6: Nối dây

Vì tấm chiếu chỉ là một biến trở lớn nên việc thực hiện các phép đo từ tấm chiếu khá đơn giản.

Cách đơn giản nhất là sử dụng bộ chia điện áp. Thêm một điện trở trước thảm cảm biến áp suất (được gọi là R_mat trong sơ đồ) và đo điểm giữa điện trở và thảm (được gọi là MatA1). Tôi đã sử dụng 47 ohm, nhưng tấm lót của bạn có thể cần thứ khác. Mức logic của tôi là 3,3V, bạn có thể sử dụng bất kỳ mức công suất logic nào của mình.

Tôi đã thêm một tùy chọn tắt mạch vào tấm chiếu của mình. Tôi không muốn vẽ 50mA liên tục trên thảm của tôi. Tôi chỉ đơn giản là không biết Velostat thích dòng điện liên tục chạy qua nó như thế nào, và tôi hy vọng nó có hại cho tuổi thọ của tấm thảm. Mạch gồm một mosfet kênh N với các điện trở cần thiết. Bất cứ khi nào tôi muốn đọc, tôi bật mosfet lên. Thời gian còn lại, mosfet tắt, và chiếu không có điện đi qua.

Bước 7: Cách sử dụng

Sử dụng tấm nền với Arduino (hoặc bất kỳ vi điều khiển nào khác) rất đơn giản. Nếu bạn chỉ có bộ chia điện áp, chỉ cần gắn tấm lót của bạn vào một chân analog, đặt chân bạn gắn tấm lót vào làm đầu vào và sử dụng lệnh đọc tương tự. Giá trị bạn nhận được từ điều này sẽ giảm xuống tùy thuộc vào lượng trọng lượng được áp dụng cho tấm thảm.

Nếu bạn đã cài đặt mosfet, hãy nhớ đặt đầu vào của mosfet ở mức cao trước khi bạn thực hiện phép đo. Nếu không, bạn sẽ chỉ đơn giản là đo điện áp bạn đã sử dụng cho tấm chiếu (trong trường hợp của tôi là 3,3V).

Giá trị bạn nhận lại từ chiếc chiếu không thay đổi nhiều theo thời gian. Tôi chỉ đơn giản sử dụng một giá trị ngưỡng để xác định xem có thứ gì đó đứng trên tấm lót hay không và sau một tháng sử dụng liên tục, tấm lót vẫn hoạt động tốt.

Bước 8: Tôi sẽ làm gì khác vào lần tới

Một điều quan trọng liên quan đến dự án là tôi sẽ thử nghiệm đúng một phiên bản quy mô nhỏ của tấm thảm trước. Tôi đã thực sự làm một miếng đồng nhỏ trên Velostat, nhìn thấy các số trên đồng hồ vạn năng và cho rằng tất cả đều hoạt động. Đây là một sai lầm.

Một điểm liên quan đến tấm thảm là tôi sẽ sử dụng các miếng đồng nhỏ hơn. Tôi hiện có 48 miếng dán bằng đồng dài 2-3cm. Điều này mang lại điện trở 20 ohm khi không hoạt động và khoảng 5 ohm khi tôi đứng trên đó. Mặc dù đây là một con số khả thi, nhưng sẽ dễ dàng hơn nếu nó thấp hơn một chút. 1cm đồng tiếp xúc sẽ là quá đủ cho tấm thảm này. Tôi sẽ không làm điều này trên của tôi nữa, nhưng có lẽ bất kỳ ai khác muốn làm điều này có thể được hưởng lợi từ điều này.

Bước 9: Cách tôi sử dụng nó

Đặc biệt tại sao tôi lại làm tấm thảm nhạy cảm với áp suất này? Tôi đã làm một chiếc đồng hồ báo thức ESP32 ưa thích. Nó được kết nối với hệ thống Domoticz của tôi, nó có thể trả về các giá trị cảm biến như CO2 và nhiệt độ, đồng thời có thể kiểm soát ánh sáng của tôi. Nó cũng cho biết thời gian và có báo thức.

Đây là nơi tấm cảm biến đi vào. Tôi thực sự không có vấn đề gì khi thức dậy. Tôi thức dậy với đèn báo thức và thường thức khi tôi cần ra ngoài. Tuy nhiên, tôi gặp vấn đề khi ra khỏi giường. Tấm chiếu buộc tôi phải ra khỏi giường. Báo thức chỉ tắt khi tôi thực sự đứng trên thảm (hoặc rút phích cắm khỏi đồng hồ báo thức). Điều này buộc tôi phải rời khỏi giường và khi tôi rời khỏi giường, tôi hiếm khi quay trở lại. Mặc dù đó là một giải pháp hơi quá mức cần thiết cho một vấn đề có nhiều giải pháp khác, nhưng tôi hài lòng với nó. Cho đến nay, tôi đã ra khỏi giường đúng giờ mỗi sáng trong khoảng một tháng. Trước đây tôi thường ở trên giường đến một giờ.

20 phút trước khi chuông báo thức của tôi kêu, tấm lót sẽ hoạt động. Tấm chiếu bật nguồn, Cần đọc điện áp và tấm chiếu tắt nguồn trở lại. Điều này xảy ra mỗi giây. Khi tôi đứng trên tấm thảm, trước hoặc trong khi báo thức, nó sẽ tắt báo thức.