Druckempfindlicher Bodenmattensensor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

In diesem Instructable werde ich ein Design für einen druckempfindlichen Bodenmattensensor teilen, der erkennen kann, wenn Sie darauf stehen. Es kann Sie zwar nicht genau wiegen, aber es kann feststellen, ob Sie mit Ihrem vollen Gewicht darauf stehen oder einfach nur Kontakt damit haben.

Die Matte misst Personen, die Velostat verwenden, ein Material, das seinen elektrischen Widerstand je nach ausgeübtem Druck ändert. Ich habe die ganze Matte für unter 20 € gemacht (ohne den Teppich).

Schritt 1: Was Sie brauchen

Dies ist, was Sie brauchen, um den Sensor zu machen:

• Velostat: Um genügend Fläche unter dem Teppich abzudecken, habe ich 2 Quadrate von 28 cm (11") verwendet, die bei einem Adafruit-Händler gekauft wurden.
• Kupferband: Ich habe 5 mm breit und etwa 6-7 m Band verwendet.
• Ein dünnes Isolierband: Ich habe 25mm breites Kaptonband verwendet.
• Verkabelung, um den Teppich an etwas anzuschließen.
• Ein Lötkolben mit etwas Zinn.
• Ein Multimeter zum Testen.

Um diesen Teppich tatsächlich mit einem Mikrocontroller zu verwenden, benötigen Sie:

• Ein 47 Ohm Widerstand (oder ein ähnlich kleiner Wert).
• (optional, ein N-Kanal-Mosfet mit 10k-Widerstand und 220-Ohm-Widerstand).

Schritt 2: (Wie man kein Kupferband auf Velostat aufträgt)

Ich werde damit beginnen, zu sagen, wie man Velostat NICHT mit Kupferband anbringt.

Ich begann mit der Annahme, dass der "leitfähige Kleber" auf dem Band leitfähig war. Dies schien eine faire Annahme zu sein, aber entweder ist mein Klebeband nicht von diesem "leitenden Kleber" oder der "leitende" Teil ist kaum leitfähig.

Ich begann damit, die 2 Quadrate von Velostat auf beiden Seiten mit Kaptonband zusammenzukleben. Ich habe dann 25cm lange Kupferbandstreifen geschnitten und diese in gleichmäßigen Abständen angebracht. Das Kupferband auf beiden Seiten befindet sich genau an der gleichen Stelle, so dass zwischen dem Kupfer nur eine dünne Schicht Velostat liegt. In den Bildern eine schematische Ansicht der Matte mit einem Ausschnitt zur Übersicht.

Ein langer Streifen Kupferband (ca. 50 cm) wird verwendet, um alle Reihen auf beiden Seiten miteinander zu verbinden.

An beiden Seiten wurde ein Draht angelötet und eine Widerstandsmessung durchgeführt.

Als ich es testete, schwankten die Multimeterwerte wild zwischen 10k und 100 Ohm. Auch das Stehen auf der Matte oder Nicht-Stehen machte für die Messung kaum einen Unterschied. Etwas stimmte schrecklich nicht. Eine schnelle Messung des Klebebandes zeigte, dass der Kleber nicht wirklich leitfähig war. Das Material-Sandwich bestand aus Kupfer, Leim, Velostat, Leim, Kupfer, und der Leim war eine Art Isolator.

Die Moral der Geschichte, machen Sie kleine Tests, wenn Sie sich nicht sicher sind, ob es funktioniert.

Schritt 3: Kleiner Test

Zurück zum Zeichenbrett. Die Klebeseite des Kupferbandes leitet eindeutig nicht ausreichend. Die Vorderseite ist jedoch reines Kupfer. Was ist, wenn ich das Band so umdrehe, dass die Kupferseite dem Velostat zugewandt ist.

Eine einzelne Spur wurde auf beiden Seiten umgekehrt. Ich nahm das Klebeband mit der Klebeseite nach unten und klebte es auf ein Stück Kaptonband. Die Wiederverwendung von Kupferband ist knifflig, aber dieses Zeug ist etwas zu teuer, um es einfach wegzuwerfen. Dieses Stück Kaptonband mit dem Kupfer von der Klebeseite abgewandt wurde auf den Velostat geklebt.

Es wurde eine neue Messung durchgeführt. Dies ergab sofort ein stabiles Ergebnis. Eine Sache jedoch. Eine einzelne Spur schien 24 Ohm zu haben, wenn sie hoch ist, und 200, wenn sie niedrig ist. Dies war, während ich nur eine kleine Menge mit meiner Hand drückte. Wenn ich 12 Spuren habe und vollständig darauf stehe, kann die Matte auf unter 1 Ohm fallen und viel zu viel Strom ziehen.

Das Design habe ich so überarbeitet, dass nur kleine Teile des Bandes den Velostat berühren. Auf diese Weise hoffte ich, den Widerstand auf ein überschaubares Maß zu bekommen.

Schritt 4: Anwenden von Kupferband auf Velostat

Bewaffnet mit dem Wissen, wie dies tatsächlich funktioniert, machte ich mich daran, die Sensormatte zu reparieren. Auf den Fotos sehen Sie, wie die alte Matte zur neuen Matte umgebaut wird.

Das erste, was ich tat, war, kleine Klebebandstücke als Isolator hinzuzufügen. Das Klebeband ist auf beiden Seiten. Die Lücken zwischen dem Band müssen etwas konstant und etwa 1-3 cm groß sein, je nachdem, wie viel Widerstand Sie wünschen. Die Lücke muss auf beiden Seiten an der gleichen Stelle sein.

Holen Sie sich einen Streifen Kupferband und einen Streifen Kaptonband, die lang genug sind, um den Velostat zu überspannen. Das Kupferband muss 1-2cm länger sein als das Kaptonband. Kleben Sie das Kupferband auf die klebrige Seite des Kaptonbandes, wobei eine Seite des Kupferbandes am Kaptonband vorbeigeht.

Kleben Sie die Baugruppe über die Isolatoren auf den Velostat. Achten Sie darauf, dass sich das Kupfer auf beiden Seiten an der gleichen Stelle befindet. Stellen Sie außerdem sicher, dass sich das überschüssige Kupfer jedes Mal auf der gleichen Seite befindet. Falten Sie das überschüssige Kupfer um, damit Sie einen Platz haben, um den Verbindungsstreifen aus Kupfer zu montieren. Ein Rat ist, das überschüssige Kupfer über einem isolierten Teil der Matte zu haben, damit es später leichter angelötet werden kann.

Wiederholen Sie diesen Schritt für alle Zeilen.

Fügen Sie eine obere Reihe Kupferband hinzu, die alle zuvor montierten Kupferstreifen miteinander verbindet. Es ist ratsam, diese Reihe vom Velostat zu isolieren, um unerwünschte Kurzschlüsse oder Undichtigkeiten zu vermeiden. Die obere Reihe verbindet sich mit den umgeklappten Laschen, die in den vorherigen Schritten übrig geblieben sind.

Löten Sie vorsichtig alle kurzen Streifen an den oberen Streifen. Dieses Lot wird benötigt, da sonst der obere Streifen die Kupferreihen nicht berührt. Achten Sie darauf, das Kupfer nicht zu stark zu erhitzen. Das Kupfer ist auf Kunststoff (Velostat) montiert und ein Durchschmelzen des Kunststoffs wäre schlecht.

Lötdrähte an den oberen Reihen auf beiden Seiten. Überall ist in Ordnung, ich habe eine Ecke gewählt.

Testen Sie die Matte, um sicherzustellen, dass sie funktioniert. Schließen Sie ein Multimeter an die Matte an und prüfen Sie, ob der Widerstand abfällt, wenn Sie auf eines der nicht isolierten Teile drücken. Überprüfen Sie auch, ob der Widerstand einigermaßen stabil ist, wenn Sie nichts tun. Wenn dies der Fall ist, herzlichen Glückwunsch, die Matte funktioniert jetzt.

Als letzten Schritt tragen Sie Kaptonband auf das gesamte freiliegende Kupfer auf. Während es wahrscheinlich keine Kurzschlüsse verursachen wird, ist es eine schlechte Form, freiliegendes Kupfer zu belassen.

(In den schematischen Bildern ist die obere Kupferreihe nicht gezeigt. Das Bild dient nur dazu, die Konfiguration von Kapton und Kupfer zu zeigen, damit diese Matte funktioniert.)

Schritt 5: Testen der Matte

Die neue Matte wurde an ein Multimeter angeschlossen, um sie erneut zu testen. Diesmal liegt der Widerstand der Matte ohne Last bei stabilen 17-20 Ohm.

Wenn ich ganz auf der Matte stehe, sinkt der Widerstand auf 4-6 Ohm. Ein Fuß auf der Matte ergibt etwa 10 Ohm.

Dies ist etwas niedriger, als ich damit zufrieden bin, aber es ist immer noch ein brauchbarer Wert. Es gibt einen großen Unterschied zwischen keiner Last und einer Person, die auf der Matte steht. Eine Beobachtung ist, dass der Druck den Widerstand nicht wirklich definiert. Die Fläche tut es. Wenn ich mit weniger Gewicht mehr auf der Matte stehe, wird der Widerstand geringer, als wenn ich mit meinem ganzen Gewicht auf einer einzigen Stelle stehe. Für das, wofür ich diesen Sensor brauche, ist das großartig, aber denken Sie daran, wenn Sie einen bauen.

Schritt 6: Verdrahten Sie es

Da die Matte nur ein großer variabler Widerstand ist, ist das Messen von der Matte ziemlich einfach.

Der einfachste Weg ist die Verwendung eines Spannungsteilers. Fügen Sie einen Widerstand vor der Drucksensormatte hinzu (im Schaltplan R_mat genannt) und messen Sie den Punkt zwischen dem Widerstand und der Matte (genannt MatA1). Ich habe 47 Ohm verwendet, aber deine Matte braucht vielleicht etwas anderes. Mein Logikpegel beträgt 3,3 V, Sie können verwenden, was auch immer Ihr Logikleistungspegel ist.

Ich habe meiner Matte eine optionale Ein-Aus-Schaltung hinzugefügt. Ich wollte nicht den konstanten 50mA-Ziehen auf meiner Matte. Ich weiß einfach nicht, wie Velostat einen konstanten Strom durch ihn mag, und ich erwarte, dass er für die Langlebigkeit der Matte schlecht ist. Die Schaltung besteht aus einem N-Kanal-Mosfet mit den erforderlichen Widerständen. Immer wenn ich eine Messung machen möchte, schalte ich den Mosfet ein. Die restliche Zeit ist der Mosfet ausgeschaltet und die Matte hat keinen Strom.

Schritt 7: So verwenden Sie es

Die Verwendung der Matte mit einem Arduino (oder einem anderen Mikrocontroller) ist einfach. Wenn Sie nur den Spannungsteiler haben, schließen Sie Ihre Matte einfach an einen analogen Pin an, stellen Sie den Pin, an den Sie die Matte anschließen, als Eingang ein und verwenden Sie einen analogen Lesebefehl. Der Wert, den Sie daraus erhalten, sinkt je nachdem, wie viel Gewicht auf die Matte aufgebracht wird.

Wenn Sie den Mosfet installiert haben, denken Sie daran, den Eingang des Mosfet hoch zu machen, bevor Sie eine Messung vornehmen. Andernfalls messen Sie einfach die Spannung, die Sie für die Matte verwendet haben (3,3 V in meinem Fall).

Der Wert, den Sie von der Matte zurückbekommen, ändert sich im Laufe der Zeit nicht viel. Ich verwende einfach einen Schwellenwert, um festzustellen, ob etwas auf der Matte steht, und nach einem Monat Dauergebrauch funktioniert die Matte immer noch einwandfrei.

Schritt 8: Was ich das nächste Mal anders machen würde

Eine wichtige projektbezogene Sache ist, dass ich zuerst eine kleine Version der Matte richtig testen würde. Ich habe tatsächlich ein winziges Stück Kupfer auf dem Velostat gemacht, Zahlen auf dem Multimeter gesehen und angenommen, dass alles funktioniert. Dies war ein Fehler.

Ein mit der Matte zusammenhängender Punkt ist, dass ich kleinere Kupferflecken verwenden würde. Ich habe derzeit 48 Patches von 2-3cm Kupfer. Dies ergibt einen Widerstand von 20 Ohm im Leerlauf und etwa 5 Ohm, wenn ich darauf stehe. Obwohl dies eine praktikable Zahl ist, wäre es einfacher, wenn sie etwas niedriger wäre. 1cm freiliegendes Kupfer wäre für diese Matte mehr als genug. Ich werde das bei mir nicht mehr machen, aber vielleicht kann jeder andere, der dies machen möchte, davon profitieren.

Schritt 9: Wie verwende ich es?

Warum habe ich speziell diese druckempfindliche Matte hergestellt? Ich habe einen schicken ESP32-Wecker gemacht. Es ist an mein Domoticz-System angeschlossen, kann Sensorwerte wie CO2 und Temperatur zurückgeben und meine Beleuchtung steuern. Es zeigt auch die Zeit an und hat einen Alarm.

Hier kommt die Sensormatte ins Spiel. Ich habe kein wirkliches Problem beim Aufwachen. Ich wache mit einem Wecklicht auf und bin normalerweise wach, wenn ich aussteigen muss. Allerdings habe ich ein Problem beim Aufstehen. Die Matte zwingt mich aus dem Bett aufzustehen. Der Wecker geht erst aus, wenn ich tatsächlich auf der Matte stehe (oder den Stecker vom Wecker ziehe). Dies zwingt mich aus meinem Bett, und wenn ich einmal aufgestanden bin, steige ich selten wieder ein. Obwohl es eine etwas übertriebene Lösung für ein Problem ist, für das es viele andere Lösungen gibt, bin ich damit zufrieden. Bisher bin ich seit etwa einem Monat jeden Morgen pünktlich aus dem Bett aufgestanden. Früher blieb ich bis zu einer Stunde im Bett.

20 Minuten bevor mein Wecker klingelt, wird die Matte aktiv. Die Matte schaltet sich ein, es wird eine Spannungsmessung durchgeführt und die Matte schaltet sich wieder aus. Dies geschieht jede Sekunde. Wenn ich auf der Matte stehe, entweder vor oder während des Weckers, wird der Wecker ausgeschaltet.