Sensore tappetino sensibile alla pressione: 9 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

In questo Instructable condividerò un progetto per un sensore per tappetino sensibile alla pressione che è in grado di rilevare quando ci si trova sopra. Anche se non può pesarti esattamente, può determinare se ci stai sopra con tutto il tuo peso o se semplicemente entri in contatto con esso.

Il tappetino misura le persone che utilizzano Velostat, un materiale che cambia la sua resistenza elettrica in base alla quantità di pressione applicata. Ho realizzato l'intero tappetino per meno di € 20 (escluso il tappeto).

Passaggio 1: cosa ti servirà

Questo è ciò che ti servirà per realizzare il sensore:

• Velostat: per coprire un'area sufficiente sotto il tappeto, ho usato 2 quadrati di 28 cm (11") acquistati presso un rivenditore Adafruit.
• Nastro di rame: ho usato 5 mm di larghezza e circa 6-7 m di nastro.
• Un sottile nastro isolante: ho usato un nastro kapton largo 25 mm.
• Cablaggio per agganciare il tappeto a qualcosa.
• Un saldatore con un po' di stagno.
• Un multimetro per il test.

Per utilizzare effettivamente questo tappeto con un microcontrollore, avrai bisogno di:

• Un resistore da 47 ohm (o un valore simile piccolo).
• (opzionale, un mosfet a canale N con resistore da 10k e resistore da 220ohm).

Passaggio 2: (Come non applicare il nastro di rame al Velostat)

Inizierò dicendo come NON applicare il nastro di rame a Velostat.

Ho iniziato assumendo che la "colla conduttiva" sul nastro fosse conduttiva. Questo sembrava un presupposto corretto, ma o il mio nastro non è di questo tipo "colla conduttiva", o la parte "conduttiva" è appena conduttiva.

Ho iniziato unendo insieme i 2 quadrati di Velostat su entrambi i lati con del nastro kapton. Quindi ho tagliato strisce di nastro di rame lunghe 25 cm e le ho applicate a intervalli regolari. Il nastro di rame su entrambi i lati si trova esattamente nella stessa posizione, quindi c'è solo un sottile strato di Velostat tra il rame. Nelle immagini una vista schematica del tappeto con un ritaglio per una panoramica.

Una lunga striscia di nastro di rame (circa 50 cm) viene utilizzata per collegare tutte le file su entrambi i lati.

Un filo è stato saldato su entrambi i lati ed è stata effettuata una misurazione della resistenza.

Quando ho provato a testarlo, i valori del multimetro oscillavano selvaggiamente tra 10k e 100ohm. Inoltre, stare in piedi o meno sul tappetino ha fatto poca differenza per la misurazione. C'era qualcosa di orribilmente sbagliato. Una rapida misurazione del nastro ha mostrato che la colla non era davvero così conduttiva. Il sandwich di materiali era rame, colla, Velostat, colla, rame, e la colla era una specie di isolante.

La morale della storia, fai dei test su piccola scala se non sei sicuro che funzionerà.

Passaggio 3: test su piccola scala

Torna al tavolo da disegno. Il lato adesivo del nastro di rame chiaramente non conduce abbastanza. Il lato anteriore è in rame puro però. Cosa succede se capovolgo il nastro in modo che il lato in rame sia rivolto verso il Velostat.

Una singola traccia è stata invertita su entrambi i lati. Ho preso il nastro adesivo con il lato adesivo rivolto verso il basso e l'ho attaccato a un pezzo di nastro kapton. Riutilizzare il nastro di rame è complicato, ma questa roba è leggermente troppo costosa da buttare via. Questo pezzo di nastro kapton con il rame rivolto lontano dal lato adesivo è stato attaccato al Velostat.

È stata effettuata una nuova misurazione. Questo ha dato immediatamente un risultato stabile. Una cosa però. Una singola traccia sembrava essere di 24 ohm quando era alta e 200 quando era bassa. Questo è stato premendo solo una piccola quantità con la mia mano. Se ho 12 tracce e ci sto completamente sopra, il tappetino potrebbe scendere al di sotto di 1 ohm, assorbendo troppa corrente.

Ho rivisto il design in modo che solo piccole parti del nastro entrino in contatto con il Velostat. In questo modo speravo di ottenere la resistenza a un importo gestibile.

Passaggio 4: applicazione del nastro di rame su Velostat

Armato delle conoscenze su come realizzare effettivamente questo lavoro, ho deciso di riparare il tappetino del sensore. Nelle foto vedrai il vecchio tappetino modificato nel nuovo tappetino.

La prima cosa che ho fatto è stata aggiungere piccoli pezzi di nastro adesivo come isolante. Il nastro è su entrambi i lati. Gli spazi tra il nastro devono essere in qualche modo costanti e grandi circa 1-3 cm, a seconda di quanta resistenza si desidera. Il divario deve essere nello stesso punto su entrambi i lati.

Prendi una striscia di nastro di rame e una striscia di nastro kapton abbastanza lunga da coprire il Velostat. Il nastro di rame deve essere di 1-2 cm più lungo del nastro kapton. Attacca il nastro di rame sul lato adesivo del nastro kapton, con un lato del nastro di rame che va oltre il nastro kapton.

Attaccare il gruppo al Velostat, sopra gli isolatori. Assicurati che il rame sia nello stesso posto su entrambi i lati. Assicurati anche che il rame in eccesso sia sempre dallo stesso lato. Piega il rame in eccesso in modo da avere un posto dove montare la striscia di collegamento di rame. Un consiglio è quello di avere il rame in eccesso su una parte isolata del tappetino in modo che sia più facile saldarlo in seguito.

Ripetere questo passaggio per tutte le righe.

Aggiungi una riga superiore di nastro di rame che collega insieme tutte le strisce di rame precedentemente montate. È consigliabile isolare questa fila dal Velostat per evitare cortocircuiti o perdite indesiderate. La riga superiore si collega alle schede ripiegate lasciate nei passaggi precedenti.

Saldare con cura tutte le strisce corte alla striscia superiore. Questa saldatura è necessaria perché altrimenti la striscia superiore non entrerà in contatto con le file di rame. Fare attenzione a non aggiungere troppo calore al rame. Il rame è montato su plastica (Velostat) e la fusione attraverso la plastica sarebbe dannosa.

Saldare i fili alle file superiori su entrambi i lati. Ovunque va bene, ho scelto un angolo.

Prova il tappetino per assicurarti che funzioni. Collega un multimetro al tappetino e verifica se la resistenza diminuisce se premi una delle parti non isolate. Controlla anche se la resistenza è in qualche modo stabile se non fai nulla. Se questo è il caso, congratulazioni, il tappetino ora funziona.

Come passaggio finale, applica del nastro kapton su tutto il rame esposto. Anche se probabilmente non causerà cortocircuiti, è una cattiva forma lasciare il rame esposto.

(Nelle immagini schematiche, la riga superiore di rame non è mostrata. L'immagine serve solo a mostrare la configurazione di kapton e rame per far funzionare questo tappetino.)

Passaggio 5: test del tappetino

Il nuovo tappetino è stato collegato a un multimetro per testarlo di nuovo. Questa volta, senza carico applicato, la resistenza del tappetino è stabile di 17-20 ohm.

Quando sono completamente sul tappetino, la resistenza scende a 4-6 ohm. Un piede sul tappetino dà circa 10 ohm.

Questo è un po' inferiore a quello di cui sono soddisfatto, ma è comunque un valore praticabile. C'è molta differenza tra nessun carico e una persona in piedi sul tappeto. Un'osservazione fatta è che la pressione non definisce realmente la resistenza. La superficie lo fa. Se sto in piedi su più tappetino con meno peso, la resistenza diventa inferiore rispetto a quando sto in piedi con tutto il mio peso su un singolo punto. Per quello che mi serve questo sensore, è fantastico, ma tienilo a mente se ne costruisci uno.

Passaggio 6: cablaggio

Poiché il tappetino è solo un grande resistore variabile, prendere le misure dal tappetino è abbastanza semplice.

Il modo più semplice è usare un partitore di tensione. Aggiungi un resistore prima del tappetino del sensore di pressione (chiamato R_mat negli schemi) e misura il punto tra il resistore e il tappetino (chiamato MatA1). Ho usato 47 ohm, ma il tuo tappetino potrebbe aver bisogno di qualcos'altro. Il mio livello logico è 3,3 V, puoi usare qualunque sia il tuo livello di potenza logica.

Ho aggiunto un circuito on off opzionale al mio tappetino. Non volevo il costante assorbimento di 50 mA sul mio tappetino. Semplicemente non so come a Velostat piaccia una corrente costante attraverso di esso, e mi aspetto che sia un male per la longevità del tappetino. Il circuito è costituito da un mosfet a canale N con i resistori richiesti. Ogni volta che voglio fare una lettura, accendo il mosfet. Il resto del tempo, il mosfet è spento e il tappetino non ha energia che lo attraversa.

Passaggio 7: come usarlo

Usare il tappetino con un Arduino (o qualsiasi altro microcontrollore) è semplice. Se hai solo il divisore di tensione, collega semplicemente il tuo tappetino a un pin analogico, imposta il pin a cui colleghi il tappetino come input e usa un comando di lettura analogico. Il valore che ottieni da questo diminuirà a seconda di quanto peso viene applicato al tappetino.

Se hai installato il mosfet, ricordati di impostare l'input del mosfet alto prima di effettuare una misurazione. Altrimenti misurerai semplicemente la tensione che hai usato per il tappetino (3,3 V nel mio caso).

Il valore che ottieni dal tappetino non cambia molto nel tempo. Uso semplicemente un valore di soglia per determinare se qualcosa si trova sul tappetino e, dopo un mese di uso continuo, il tappetino funziona ancora bene.

Passaggio 8: cosa farei di diverso la prossima volta?

Una cosa importante relativa al progetto è che prima proverei correttamente una versione su piccola scala del tappetino. In realtà ho fatto un piccolo pezzo di rame sul Velostat, ho visto i numeri sul multimetro e ho pensato che tutto funzionasse. Questo è stato un errore.

Un punto relativo al tappetino è che userei piccole chiazze di rame. Attualmente ho 48 patch di 2-3 cm di rame. Questo dà una resistenza di 20 ohm quando è inattivo e di circa 5 ohm quando ci sto sopra. Anche se questo è un numero praticabile, sarebbe più facile se fosse un po' più basso. 1 cm di rame a vista sarebbe più che sufficiente per questo tappetino. Non lo farò più sul mio, ma forse chiunque altro voglia farlo può trarne vantaggio.

Passaggio 9: come lo uso

Perché nello specifico ho realizzato questo tappetino sensibile alla pressione? Ho realizzato un'elegante sveglia ESP32. È collegato al mio sistema Domoticz, può restituire valori di sensori come CO2 e temperatura e può controllare la mia illuminazione. Indica anche l'ora e dispone di una sveglia.

È qui che entra in gioco il tappetino del sensore. Non ho alcun problema a svegliarmi. Mi sveglio con la luce del risveglio e di solito sono sveglio quando ho bisogno di uscire. Tuttavia ho un problema ad alzarmi dal letto. Il materassino mi costringe ad alzarmi dal letto. La sveglia si disattiva solo quando sono effettivamente in piedi sul tappetino (o stacco la spina dalla sveglia). Questo mi costringe ad alzarmi dal letto, e una volta che sono fuori dal letto, raramente torno dentro. Anche se è una soluzione un po' eccessiva per un problema che ha molte altre soluzioni, ne sono felice. Finora, mi sono alzato dal letto in orario ogni mattina per circa un mese. Prima stavo a letto fino a un'ora.

20 minuti prima che la mia sveglia suoni, il tappetino si attiva. Il tappetino si accende, rileva una tensione e il tappetino si spegne di nuovo. Questo accade ogni secondo. Quando sono in piedi sul tappetino, prima o durante l'allarme, l'allarme si spegne.