سنسور کفپوش حساس به فشار: 9 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

در این دستورالعمل ، من طرحی را برای سنسور تشک حساس به فشار ارائه می دهم که می تواند هنگام ایستادن روی آن تشخیص دهد. در حالی که نمی تواند شما را دقیقاً وزن کند ، می تواند تعیین کند که آیا با وزن کامل روی آن ایستاده اید یا به سادگی با آن تماس دارید.

این تشک افراد را با استفاده از Velostat اندازه گیری می کند ، ماده ای که مقاومت الکتریکی آن را بر اساس میزان فشار وارد شده به آن تغییر می دهد. من کل تشک را زیر 20 یورو (بدون احتساب فرش) درست کردم.

مرحله 1: آنچه شما نیاز دارید

برای ساخت سنسور به موارد زیر نیاز دارید:

• ولوستات: برای پوشاندن سطح کافی زیر فرش ، من از 2 مربع 28 سانتی متری (11 اینچ) خریداری شده در نمایندگی فروش Adafruit استفاده کردم.
• نوار مسی: من از عرض 5 میلی متر و حدود 6-7 متر نوار استفاده کردم.
• یک نوار عایق نازک: من از نوار کاپتون با عرض 25 میلی متر استفاده کردم.
• امکان اتصال فرش به چیزی.
• آهن لحیم کاری با مقداری قلع.
• مولتی متر برای آزمایش

برای استفاده واقعی از این فرش با میکروکنترلر ، به موارد زیر نیاز دارید:

• یک مقاومت 47 اهم (یا مقدار مشابه آن کوچک).
• (اختیاری ، mosfet کانال N با مقاومت 10k و مقاومت 220 اهم).

مرحله 2: (چگونه از نوار مسی روی Velostat استفاده نکنیم)

من شروع می کنم که چگونه از نوار مسی روی Velostat استفاده نکنید.

من با فرض اینکه "چسب رسانایی" روی نوار رسانا است شروع کردم. این یک فرض عادلانه به نظر می رسید ، اما یا نوار من از این نوع "چسب رسانا" نیست ، یا قسمت "رسانا" به سختی رسانا است.

من با چسباندن 2 مربع Velostat در هر دو طرف با نوار کاپتون شروع کردم. سپس نوارهایی به طول 25 سانتی متر از نوار مسی بریدم و این نوارها را در فواصل یکنواخت اعمال کردم. نوار مسی در دو طرف دقیقاً در همان مکان قرار دارد ، به طوری که فقط یک لایه نازک از Velostat بین مس وجود دارد. در تصاویر یک نمای شماتیک از حصیر با برشی برای مرور کلی.

یک نوار بلند نوار مسی (حدود 50 سانتی متر) برای اتصال همه ردیف ها به یکدیگر در هر دو طرف استفاده می شود.

یک سیم به دو طرف لحیم شد و اندازه گیری مقاومت انجام شد.

هنگامی که سعی کردم آن را آزمایش کنم ، مقادیر مولتی متر بین 10k تا 100ohm به طور چشمگیری تغییر می کند. همچنین ، ایستادن روی تشک یا تفاوت چندانی در اندازه گیری ایجاد نکرد. چیزی به طرز وحشتناکی اشتباه بود اندازه گیری سریع نوار نشان داد که چسب واقعا آنقدر رسانا نیست. ساندویچ مواد مس ، چسب ، Velostat ، چسب ، مس و چسب نوعی عایق بود.

از نظر اخلاقی داستان ، اگر مطمئن نیستید که آیا کار می کند ، آزمایش های کوچک انجام دهید.

مرحله 3: آزمایش مقیاس کوچک

برگشت به تخته رسم. سمت چسب نوار مسی به وضوح رسانایی کافی ندارد. هرچند قسمت جلویی مس خالص است. اگر نوار را طوری وارونه کنم که طرف مس رو به Velostat باشد.

یک اثر واحد در هر دو طرف معکوس شد. نوار چسبی را که به طرف پایین چسبیده بود برداشتم و به یک تکه نوار کاپتون چسباندم. استفاده مجدد از نوار مسی مشکل است ، اما این وسایل کمی گران است که فقط می توان آنها را دور ریخت. این قطعه نوار کاپتون با مس رو به طرف چسبنده روی Velostat چسبیده بود.

اندازه گیری جدیدی انجام شد. این بلافاصله یک نتیجه پایدار داد. هرچند یک چیز به نظر می رسید یک ردیف واحد در زمان بالا 24 اهم و در زمان پایین 200 اهم باشد. این در حالی بود که فقط مقدار کمی را با دست فشار می دادم. اگر من 12 اثر داشته باشم و روی آن کاملاً بایستم ، تشک ممکن است به زیر 1 اهم برسد و جریان بیش از حد ایجاد کند.

من طرح را طوری اصلاح کردم که فقط قسمتهای کوچکی از نوار با Velostat تماس پیدا کند. به این ترتیب من امیدوار بودم که مقاومت را به مقدار قابل کنترل بدست آورم.

مرحله 4: استفاده از نوار مسی روی Velostat

با آگاهی از نحوه انجام این کار ، من تعمیر تشک سنسور را آغاز کردم. در عکسها می بینید که تشک قدیمی به حصیر جدید تغییر می کند.

اولین کاری که من انجام دادم اضافه کردن قطعات کوچک نوار به عنوان عایق بود. نوار در دو طرف قرار دارد. بسته به میزان مقاومت مورد نیاز ، فاصله بین نوار باید تا حدودی ثابت و بین 1 تا 3 سانتی متر بزرگ باشد. فاصله باید در هر دو طرف در یک نقطه باشد.

یک نوار نوار مسی و یک نوار نوار کاپتون به اندازه کافی بلند کنید تا Velostat را پوشش دهد. نوار مسی باید 1-2 سانتی متر بلندتر از نوار کاپتون باشد. نوار مسی را در قسمت چسبناک نوار کپتون بچسبانید ، یک طرف نوار مسی از نوار کپتون عبور می کند.

مجموعه را روی Velostat ، روی عایق ها بچسبانید. اطمینان حاصل کنید که مس در هر دو طرف در یک مکان قرار دارد. همچنین اطمینان حاصل کنید که مس اضافی هر بار در یک طرف باشد. مس اضافی را تا کنید تا جایی برای نصب نوار اتصال مس داشته باشید. یک توصیه این است که مس اضافی را روی قسمت عایق بندی حصیر داشته باشید تا بعداً به آن لحیم شود.

این مرحله را برای همه سطرها تکرار کنید.

یک ردیف بالای نوار مسی اضافه کنید که همه نوارهای مس قبلاً نصب شده را به هم متصل می کند. عاقلانه است که این ردیف را از Velostat عایق بندی کنید تا از شورت یا نشت ناخواسته جلوگیری شود. ردیف بالا به زبانه های تا شده در مراحل قبلی متصل می شود.

تمام نوارهای کوتاه را با دقت به نوار بالا بچسبانید. این لحیم کاری مورد نیاز است زیرا در غیر این صورت نوار بالا با ردیف های مس تماس نمی گیرد. مراقب باشید حرارت زیادی به مس اضافه نکنید. مس بر روی پلاستیک (Velostat) نصب شده است ، و ذوب شدن از طریق پلاستیک بد خواهد بود.

سیم ها را به ردیف های بالا در هر دو طرف لحیم کنید. همه جا خوب است ، گوشه ای را انتخاب کردم.

تشک را تست کنید تا مطمئن شوید کار می کند. یک مولتی متر را به تشک وصل کنید و ببینید اگر هر کدام از قسمتهای بدون عایق را فشار دهید ، مقاومت کاهش می یابد. همچنین بررسی کنید که اگر کاری انجام ندهید مقاومت تا حدی پایدار است یا خیر. اگر چنین است ، تبریک می گویم ، تشک اکنون کار می کند.

به عنوان آخرین مرحله ، نوار کاپتون را روی تمام مسهای روکش شده بمالید. در حالی که احتمالاً باعث ایجاد شورت نمی شود ، اما ترک مس بد است.

(در تصاویر شماتیک ، ردیف بالای مس نشان داده نمی شود. تصویر فقط نشان دهنده پیکربندی کاپتون و مس است تا این حصیر کار کند.)

مرحله 5: آزمایش حصیر

تشک جدید به یک مولتی متر متصل شد تا دوباره آزمایش شود. این بار ، بدون اعمال بار ، مقاومت حصیر پایدار 17-20 اهم است.

وقتی کاملاً روی تشک می ایستم ، مقاومت به 4-6 اهم کاهش می یابد. یک پا روی تشک حدود 10 اهم می دهد.

این مقدار کمی کمتر از چیزی است که من از آن راضی هستم ، اما هنوز هم یک مقدار قابل استفاده است. تفاوت زیادی بین بدون بار و فردی که روی تشک ایستاده است وجود دارد. مشاهده ای که انجام شد این است که فشار واقعاً مقاومت را مشخص نمی کند. سطح کار می کند. اگر بیشتر روی تشک با وزن کمتر بایستم ، مقاومت کمتر می شود تا زمانی که تمام وزنم را روی یک نقطه قرار دهم. برای چیزی که من به این سنسور نیاز دارم ، این عالی است ، اما اگر یک سنسور ساختید آن را در نظر داشته باشید.

مرحله 6: سیم کشی کنید

از آنجا که تشک فقط یک مقاومت متغیر بزرگ است ، اندازه گیری از تشک بسیار ساده است.

ساده ترین راه استفاده از تقسیم ولتاژ است. یک مقاومت قبل از تشک سنسور فشار (که در نمودارها R_mat نامیده می شود) اضافه کنید و نقطه بین مقاومت و تشک (MatA1 نامیده می شود) را اندازه بگیرید. من از 47 اهم استفاده کردم ، اما تشک شما ممکن است به چیز دیگری نیاز داشته باشد. سطح منطقی من 3.3V است ، شما می توانید از هر سطح قدرت منطقی خود استفاده کنید.

یک مدار خاموش اختیاری به تشک خود اضافه کردم. من نمی خواستم 50 میلی آمپر ثابت روی تشک خود بکشم. من به سادگی نمی دانم که چگونه Velostat جریان ثابت را دوست دارد و انتظار می رود که برای طول عمر تشک بد باشد. مدار شامل یک mosfet کانال N با مقاومت های مورد نیاز است. هر زمان که می خواهم کتاب بخوانم ، mosfet را روشن می کنم. در بقیه زمان ، mosfet خاموش است و تشک قدرت عبور از آن را ندارد.

مرحله 7: نحوه استفاده از آن

استفاده از تشک با آردوینو (یا هر میکروکنترلر دیگر) ساده است. اگر فقط تقسیم کننده ولتاژ دارید ، فقط تشک خود را به یک پین آنالوگ وصل کنید ، پینی را که تشک را به آن متصل کرده اید به عنوان ورودی تنظیم کنید و از دستور خواندن آنالوگ استفاده کنید. بسته به میزان وزنی که روی حصیر اعمال می شود ، مقداری که از آن دریافت می کنید کاهش می یابد.

اگر mosfet را نصب کرده اید ، به یاد داشته باشید که قبل از اندازه گیری ورودی mosfet را زیاد کنید. در غیر این صورت شما به سادگی ولتاژ مورد استفاده برای تشک را اندازه گیری می کنید (در مورد من 3.3 ولت).

مقدار برگشتی از حصیر با گذشت زمان تغییر چندانی نمی کند. من به سادگی از یک مقدار آستانه برای تعیین اینکه آیا چیزی روی تشک است یا خیر استفاده می کنم و پس از یک ماه استفاده مداوم ، تشک هنوز خوب کار می کند.

مرحله هشتم: دفعه بعد آنچه متفاوت انجام می دادم

یکی از موارد مهم مربوط به پروژه این است که من ابتدا یک نسخه کوچک از تشک را به درستی آزمایش می کنم. من در واقع یک قطعه کوچک مس در Velostat انجام دادم ، اعداد را در مولتی متر دیدم و فرض کردم که همه چیز کار می کند. این یک اشتباه بود.

نکته مربوط به حصیر این است که من از تکه های کوچک مس استفاده می کنم. من در حال حاضر 48 تکه مس 2-3 سانتی متری دارم. این حالت در زمان بیکاری 20 اهم و هنگامی که روی آن می ایستم حدود 5 اهم می دهد. در حالی که این عدد قابل اجرا است ، اگر کمی کمتر باشد ، راحت تر خواهد بود. یک سانتیمتر مس نمایان شده برای این حصیر بیش از حد کافی خواهد بود. من دیگر نمی خواهم این کار را در مورد خودم انجام دهم ، اما شاید هر کس دیگری که می خواهد این کار را انجام دهد از این کار سود ببرد.

مرحله 9: نحوه استفاده از آن

چرا به طور خاص این تشک حساس به فشار را ساختم؟ من یک ساعت زنگ دار شیک ESP32 درست کردم. این دستگاه به سیستم Domoticz من متصل است ، می تواند مقادیر سنسور مانند CO2 و دما را برگرداند و می تواند روشنایی من را کنترل کند. همچنین زمان را می گوید و دارای زنگ هشدار است.

این جایی است که تشک سنسور وارد می شود. من هیچ مشکلی واقعی در بیدار شدن ندارم. من با چراغ بیدار شدن از خواب بیدار می شوم و معمولاً وقتی نیاز به بیرون آمدن دارم بیدار هستم. با این حال ، من با برخاستن از تخت مشکل دارم. تشک من را مجبور می کند از تخت بلند شوم. زنگ هشدار فقط زمانی خاموش می شود که من واقعاً روی تشک بایستم (یا دوشاخه را از ساعت زنگ دار بیرون بیاورم). این من را مجبور می کند از تختم بیرون بیایم ، و هنگامی که از رختخواب بیرون می آیم ، به ندرت دوباره وارد اتاق می شوم. در حالی که این یک راه حل بیش از حد برای مشکلی است که راه حل های دیگر زیادی نیز دارد ، از آن راضی هستم. تا اینجا ، من حدود یک ماه هر روز صبح به موقع از رختخواب برخاسته ام. قبلا تا یک ساعت در رختخواب می ماندم.

20 دقیقه قبل از به صدا درآوردن زنگ ساعت من ، تشک فعال می شود. تشک روشن می شود ، ولتاژ می خواند و تشک دوباره خاموش می شود. هر ثانیه این اتفاق می افتد. وقتی روی تشک می ایستم ، قبل یا در حین زنگ خطر ، زنگ ساعت را خاموش می کند.