Basınca Duyarlı Paspas Sensörü: 9 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Bu Eğitilebilir Kitapta, üzerinde durduğunuzda algılayabilen, basınca duyarlı bir zemin matı algılayıcısı için bir tasarım paylaşacağım. Sizi tam olarak tartamasa da, tam ağırlığınızla üzerinde mi duracağınızı yoksa sadece onunla temas mı kuracağınızı belirleyebilir.

Paspas, uygulanan basınç miktarına bağlı olarak elektrik direncini değiştiren bir malzeme olan Velostat kullanan insanları ölçer. Tüm matı 20 € 'nun altında yaptım (halı hariç).

Adım 1: Neye İhtiyacınız Olacak?

Sensörü yapmak için ihtiyacınız olacak:

• Velostat: Halının altında yeterli alanı kaplamak için bir Adafruit satıcısından aldığım 28 cm'lik (11") 2 kare kullandım.
• Bakır bant: 5 mm genişliğinde ve yaklaşık 6-7 m bant kullandım.
• İnce bir yalıtım bandı: 25 mm genişliğinde kapton bant kullandım.
• Halıyı bir şeye bağlamak için kablolama.
• Biraz kalaylı bir havya.
• Test için bir multimetre.

Bu halıyı bir mikrodenetleyici ile gerçekten kullanmak için ihtiyacınız olacak.:

• 47ohm'luk bir direnç (veya benzer şekilde küçük bir değer).
• (isteğe bağlı, 10k dirençli ve 220ohm dirençli bir N-kanallı mosfet).

Adım 2: (Velostat'a Bakır Bant Nasıl Uygulanmaz)

Velostat'a bakır bandın nasıl uygulanmayacağını anlatarak başlayacağım.

Bant üzerindeki "iletken yapıştırıcının" iletken olduğunu varsayarak başladım. Bu adil bir varsayım gibi görünüyordu, ancak ya benim bandım bu "iletken yapıştırıcı" tipinde değil ya da "iletken" kısım zar zor iletken.

Velostat'ın 2 karesini her iki tarafa kapton bantla bantlayarak başladım. Daha sonra 25 cm uzunluğunda bakır bant şeritler kestim ve bunları eşit aralıklarla uyguladım. Her iki taraftaki bakır bant tam olarak aynı konumdadır, böylece bakır arasında yalnızca ince bir Velostat tabakası bulunur. Resimlerde, genel bir bakış için bir kesikli matın şematik bir görünümü.

Tüm sıraları her iki tarafta birbirine bağlamak için uzun bir bakır bant (yaklaşık 50 cm) kullanılır.

Her iki tarafa birer tel lehimlenerek direnç ölçümü yapıldı.

Test etmeye çalıştığımda, multimetre değerleri 10k ile 100ohm arasında çılgınca sallanıyordu. Ayrıca minder üzerinde durup durmamak da ölçüm için çok az fark yaratmıştır. Bir şeyler feci şekilde ters gidiyordu. Bandın hızlı bir ölçümü, yapıştırıcının gerçekten o kadar iletken olmadığını gösterdi. Malzemelerin sandviçi bakır, tutkal, Velostat, tutkal, bakırdı ve tutkal bir tür yalıtkandı.

Hikayenin ahlaki, işe yarayıp yaramayacağından emin değilseniz küçük ölçekli testler yapın.

Adım 3: Küçük Ölçekli Test

Çizim tahtasına geri dön. Bakır bandın yapışkan tarafı açıkça yeterince iletken değil. Ön taraf saf bakır olsa da. Ya bandı, bakır tarafı Velostat'a bakacak şekilde ters çevirirsem.

Her iki tarafta da tek bir iz tersine çevrildi. Yapışkan tarafı altta olan bandı aldım ve bir parça kapton bandına yapıştırdım. Bakır bandı yeniden kullanmak titiz bir iştir, ancak bu malzeme atmak için biraz pahalıdır. Bakırın yapışkan taraftan uzağa baktığı bu kapton bant parçası Velostat'a yapıştırılmıştı.

Yeni bir ölçüm yapıldı. Bu anında istikrarlı bir sonuç verdi. Yine de bir şey. Tek bir iz, yüksek olduğunda 24 ohm ve düşük olduğunda 200 gibi görünüyordu. Bu, elimle sadece küçük bir miktar basarken oldu. 12 izim varsa ve üzerinde tamamen durursam, mat 1 ohm'un altına düşebilir ve çok fazla akım çekebilir.

Tasarımı, bandın yalnızca küçük parçalarının Velostat ile temas etmesi için revize ettim. Bu şekilde direnci yönetilebilir bir miktar elde etmeyi umuyordum.

Adım 4: Velostat'a Bakır Bant Uygulanması

Bu işin nasıl yapılacağına dair bilgiyle donanmış olarak, sensör matını onarmak için yola koyuldum. Fotoğraflarda eski matın yeni mata dönüştürüldüğünü göreceksiniz.

Yaptığım ilk şey, yalıtkan olarak küçük bant parçaları eklemek oldu. Bant her iki tarafta. Bant arasındaki boşluklar, ne kadar direnç istediğinize bağlı olarak, biraz sabit ve yaklaşık 1-3 cm büyüklüğünde olmalıdır. Boşluk her iki tarafta da aynı noktada olmalıdır.

Velostat'ı geçecek kadar uzun bir bakır bant şeridi ve bir kapton bant şeridi alın. Bakır bant, kapton banttan 1-2 cm daha uzun olmalıdır. Bakır bandı, bakır bandın bir tarafı kapton bandı geçecek şekilde kapton bandın yapışkan tarafına yapıştırın.

Düzeneği izolatörlerin üzerine Velostat'a yapıştırın. Bakırın her iki tarafta aynı yerde olduğundan emin olun. Ayrıca fazla bakırın her seferinde aynı tarafta olduğundan emin olun. Fazla bakırı katlayın, böylece bakır bağlantı şeridini monte etmek için bir yeriniz olur. Bir tavsiye, fazla bakırı matın yalıtılmış bir parçası üzerinde tutmaktır, böylece daha sonra lehimlenmesi daha kolay olur.

Tüm satırlar için bu adımı tekrarlayın.

Önceden monte edilmiş tüm bakır şeritleri birbirine bağlayan bir üst sıra bakır bant ekleyin. İstenmeyen kısa devreleri veya sızıntıları önlemek için bu sırayı Velostat'tan yalıtmak akıllıca olacaktır. Üst sıra, önceki adımlarda kalan katlanmış sekmelere bağlanır.

Tüm kısa şeritleri dikkatlice üst şeride lehimleyin. Bu lehim gereklidir çünkü aksi takdirde üst şerit bakır sıralarıyla temas etmeyecektir. Bakıra çok fazla ısı eklememeye dikkat edin. Bakır plastik (Velostat) üzerine monte edilmiştir ve plastiğin içinden erimesi kötü olur.

Her iki taraftaki üst sıralara lehim telleri. Her yer güzel, bir köşe seçtim.

Çalıştığından emin olmak için matı test edin. Paspasa bir multimetre bağlayın ve yalıtılmamış parçalardan herhangi birine basarsanız direncin düşüp düşmediğine bakın. Ayrıca hiçbir şey yapmazsanız direncin biraz kararlı olup olmadığını kontrol edin. Durum buysa, tebrikler, mat şimdi çalışıyor.

Son bir adım olarak, açıkta kalan tüm bakırlara kapton bant uygulayın. Muhtemelen şortlara neden olmayacak olsa da, açıkta bakır bırakmak kötü bir formdur.

(Şematik görüntülerde, bakırın üst sırası gösterilmemiştir. Görüntü, yalnızca bu matın çalışması için kapton ve bakırın konfigürasyonunu göstermeye yarar.)

Adım 5: Matı Test Etme

Yeni mat, tekrar test etmek için bir multimetreye bağlandı. Bu sefer yük uygulanmadan, matın direnci 17-20 ohm'da sabittir.

Paspasın üzerinde tam olarak durduğumda direnç 4-6 ohm'a düşüyor. Paspasın bir ayağı yaklaşık 10 ohm verir.

Bu benim memnun olduğumdan biraz daha düşük ama yine de uygulanabilir bir değer. Yüksüz olmakla, minderin üzerinde duran bir insan arasında çok fark vardır. Yapılan bir gözlem, basıncın direnci gerçekten tanımlamadığıdır. Yüzey alanı yapar. Daha az ağırlıkla daha fazla minder üzerinde durursam, direnç tüm ağırlığımla tek bir noktada durduğumdan daha düşük olur. Bu sensöre ihtiyacım olan şey için bu harika, ancak bir tane yaparsanız aklınızda bulundurun.

Adım 6: Kablolama

Paspas sadece büyük bir değişken direnç olduğundan, mattan ölçüm almak oldukça basittir.

En basit yol, bir voltaj bölücü kullanmaktır. Basınç sensörü matından (şematiklerde R_mat olarak adlandırılır) önce bir direnç ekleyin ve direnç ile mat (MatA1 olarak adlandırılır) arasındaki noktayı ölçün. 47 ohm kullandım ama matınızın başka bir şeye ihtiyacı olabilir. Mantık seviyem 3.3V, mantık güç seviyeniz ne olursa olsun kullanabilirsiniz.

Paspasa isteğe bağlı bir açma kapama devresi ekledim. Paspasımda sabit 50mA çekmesini istemedim. Velostat'ın içinden geçen sabit bir akımı nasıl sevdiğini bilmiyorum ve paspasın ömrü için kötü olmasını bekliyorum. Devre, gerekli dirençlere sahip bir N-kanallı mosfetten oluşur. Ne zaman okumak istesem mosfeti açıyorum. Zamanın geri kalanında, mosfet kapalıdır ve matın içinden geçen hiçbir gücü yoktur.

Adım 7: Nasıl Kullanılır

Matı bir Arduino (veya başka bir mikrodenetleyici) ile kullanmak basittir. Yalnızca voltaj bölücünüz varsa, altlığınızı bir analog pime takın, altlığı bağladığınız pimi giriş olarak ayarlayın ve bir analog okuma komutu kullanın. Bundan alacağınız değer, mata ne kadar ağırlık uygulandığına bağlı olarak düşecektir.

Eğer mosfet kurulu ise ölçüm yapmadan önce mosfet girişini yüksek yapmayı unutmayınız. Aksi takdirde, sadece mat için kullandığınız voltajı ölçeceksiniz (benim durumumda 3.3V).

Paspastan geri aldığınız değer zamanla pek değişmez. Paspasın üzerinde bir şey olup olmadığını belirlemek için bir eşik değeri kullanıyorum ve bir aylık sürekli kullanımdan sonra paspas hala iyi çalışıyor.

8. Adım: Bir Dahaki Sefere Neyi Farklı Yapardım

Projeyle ilgili önemli bir şey, önce matın küçük ölçekli bir versiyonunu uygun şekilde test etmemdir. Aslında Velostat'ta küçük bir bakır parçası yaptım, multimetrede sayıları gördüm ve her şeyin çalıştığını varsaydım. Bu bir hataydı.

Mat ile ilgili bir nokta, daha küçük bakır yamaları kullanmamdır. Şu anda 2-3 cm bakırdan 48 parçam var. Bu, boştayken 20 ohm, üzerinde durduğumda 5 ohm civarında bir direnç veriyor. Bu uygulanabilir bir sayı olsa da, biraz daha düşük olsaydı daha kolay olurdu. 1 cm açıkta kalan bakır bu mat için fazlasıyla yeterli olacaktır. Bunu artık benimkinde yapmayacağım, ama belki bunu yapmak isteyen başka biri bundan faydalanabilir.

Adım 9: Nasıl Kullanırım

Bu basınca duyarlı matı neden özellikle yaptım? Süslü bir ESP32 çalar saat yaptım. Domoticz sistemime bağlı, CO2 ve sıcaklık gibi sensör değerlerini döndürebiliyor ve aydınlatmamı kontrol edebiliyor. Ayrıca saati söyler ve alarmı vardır.

Sensör matın devreye girdiği yer burası. Uyanma konusunda gerçek bir sorunum yok. Uyandırma ışığıyla uyanırım ve genellikle dışarı çıkmam gerektiğinde uyanırım. Ancak yataktan kalkma sorunum var. Paspas beni yataktan kalkmaya zorluyor. Alarm yalnızca, gerçekten minderin üzerinde durduğumda (veya çalar saatin fişini çektiğimde) kapanıyor. Bu beni yatağımdan çıkmaya zorluyor ve bir kez yataktan çıktığımda nadiren tekrar içeri giriyorum. Pek çok başka çözümü olan bir soruna biraz abartılı bir çözüm olsa da, bundan memnunum. Şimdiye kadar, yaklaşık bir aydır her sabah yataktan zamanında kalktım. Eskiden bir saate kadar yatakta kalırdım.

Alarmım çalmadan 20 dakika önce paspas devreye giriyor. Mat açılır, bir voltaj okuması alır ve mat tekrar kapanır. Bu her saniye oluyor. Alarmdan önce veya alarm sırasında paspasın üzerine çıktığımda alarmı kapatıyor.