حساس حصيرة الأرضية الحساسة للضغط: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:39

في هذا Instructable ، سأشارك تصميمًا لجهاز استشعار حصيرة الأرضية الحساسة للضغط والذي يمكنه اكتشافه عند الوقوف عليه. على الرغم من أنه لا يمكن أن يزنك تمامًا ، إلا أنه يمكنه تحديد ما إذا كنت تقف عليه بوزنك الكامل أو ما إذا كنت تتعامل معه ببساطة.

تقيس السجادة الأشخاص الذين يستخدمون Velostat ، وهي مادة تغير مقاومتها الكهربائية بناءً على مقدار الضغط المطبق عليها. لقد صنعت السجادة بأكملها بأقل من 20 يورو (باستثناء السجادة).

الخطوة 1: ما سوف تحتاجه

هذا ما ستحتاجه لعمل المستشعر:

• Velostat: لتغطية مساحة كافية أسفل السجادة ، استخدمت مربعين بحجم 28 سم (11 بوصة) تم شراؤها من بائع Adafruit.
• شريط نحاسي: لقد استخدمت شريطًا بعرض 5 مم ، وحوالي 6-7 م من الشريط.
• شريط عازل رقيق: لقد استخدمت شريط كابتون بعرض 25 مم.
• أسلاك لربط السجادة بشيء ما.
• مكواة لحام مع بعض القصدير.
• جهاز متعدد للاختبار.

لاستخدام هذه السجادة مع متحكم دقيق ، ستحتاج إلى:

• مقاومة 47 أوم (أو قيمة صغيرة مماثلة).
• (اختياري ، موسفيت N-channel بمقاوم 10 كيلو ومقاوم 220 أوم).

الخطوة 2: (كيفية عدم تطبيق شريط نحاسي على Velostat)

سأبدأ بإخبار كيفية عدم تطبيق شريط نحاسي على Velostat.

بدأت بافتراض أن "الغراء الموصل" على الشريط كان موصلًا. بدا هذا افتراضًا معقولًا ، ولكن إما أن الشريط الخاص بي ليس من هذا النوع "الغراء الموصل" ، أو أن الجزء "الموصل" بالكاد موصل.

لقد بدأت بربط مربعي Velostat معًا على كلا الجانبين بشريط kapton. ثم قطعت شرائط بطول 25 سم من شريط نحاسي وقمت بتطبيقها على فترات متساوية. يوجد الشريط النحاسي على كلا الجانبين في نفس الموقع تمامًا ، بحيث لا يوجد سوى طبقة رقيقة من Velostat بين النحاس. في الصور عرض تخطيطي للحصيرة مع فاصل لإلقاء نظرة عامة.

يتم استخدام شريط طويل من الشريط النحاسي (حوالي 50 سم) لربط كل الصفوف معًا على كلا الجانبين.

تم لحام سلك في أي من الجانبين ، وتم إجراء قياس للمقاومة.

عندما حاولت اختباره ، ستتأرجح قيم المتر المتعدد بشكل كبير بين 10 كيلو و 100 أوم. أيضًا ، الوقوف على السجادة أو عدم حدوث فرق بسيط جدًا في القياس. كان هناك شيء خاطئ بشكل فظيع. أظهر القياس السريع للشريط أن الصمغ لم يكن في الواقع موصلاً لهذه الدرجة. كانت شطيرة المواد عبارة عن نحاس ، وغراء ، وفيلوستات ، وغراء ، ونحاس ، وكان الصمغ نوعًا من عازل.

المغزى من القصة ، قم بإجراء اختبارات على نطاق صغير إذا لم تكن متأكدًا مما إذا كانت ستنجح.

الخطوة 3: اختبار النطاق الصغير

العودة الى لوحة الرسم. من الواضح أن جانب الغراء من الشريط النحاسي لا يعمل بشكل كافٍ. الجانب الأمامي من النحاس النقي بالرغم من ذلك. ماذا لو قلبت الشريط بحيث يواجه الجانب النحاسي الفيلوستات.

تم عكس أثر واحد على كلا الجانبين. أخذت الشريط اللاصق لأسفل ، وقمت بلصقه بقطعة من شريط kapton. تعد إعادة استخدام الشريط النحاسي أمرًا صعبًا ، ولكن هذه الأشياء باهظة الثمن بعض الشيء بحيث لا يمكن التخلص منها. هذه القطعة من شريط kapton مع النحاس المواجه بعيدًا عن الجانب اللاصق كانت عالقة على Velostat.

تم إجراء قياس جديد. أعطى هذا على الفور نتيجة مستقرة. شيء واحد رغم ذلك. يبدو أن هناك أثر واحد 24 أوم عندما يكون مرتفعًا ، و 200 عندما يكون منخفضًا. كان هذا أثناء الضغط على كمية صغيرة فقط بيدي. إذا كان لدي 12 أثرًا ، ووقفت عليها تمامًا ، فقد تنخفض السجادة إلى أقل من 1 أوم ، مما يؤدي إلى الكثير من التيار.

لقد قمت بمراجعة التصميم بحيث لا تتلامس سوى أجزاء صغيرة من الشريط مع Velostat. بهذه الطريقة كنت أتمنى أن تصل المقاومة إلى مبلغ يمكن إدارته.

الخطوة 4: وضع شريط نحاسي على Velostat

مسلحًا بالمعرفة حول كيفية تنفيذ هذا العمل بالفعل ، شرعت في إصلاح حصيرة المستشعر. في الصورة سترى السجادة القديمة يتم تعديلها على السجادة الجديدة.

أول شيء فعلته هو إضافة قطع صغيرة من الشريط كعازل. الشريط على كلا الجانبين. يجب أن تكون الفجوات بين الشريط ثابتة نوعًا ما وأن تكون كبيرة بحوالي 1-3 سم ، اعتمادًا على مقدار المقاومة التي تريدها. يجب أن تكون الفجوة في نفس المكان على كلا الجانبين.

احصل على شريط من الشريط النحاسي وشريط من شريط kapton طويلًا بما يكفي لتمديد Velostat. يجب أن يكون الشريط النحاسي أطول بمقدار 1-2 سم من شريط الكابتون. قم بلصق الشريط النحاسي على الجانب اللاصق من شريط kapton ، بحيث يمر جانب واحد من الشريط النحاسي عبر شريط kapton.

الصق التجميع إلى Velostat ، فوق العوازل. تأكد من أن النحاس في نفس المكان على كلا الجانبين. تأكد أيضًا من وجود النحاس الزائد في نفس الجانب في كل مرة. قم بطي النحاس الزائد بحيث يكون لديك مكان لتركيب شريط التوصيل النحاسي. تتمثل إحدى النصائح في الحصول على النحاس الزائد فوق جزء معزول من الحصيرة بحيث يسهل لحامها لاحقًا.

كرر هذه الخطوة لجميع الصفوف.

أضف صفًا علويًا من الشريط النحاسي الذي يربط جميع شرائح النحاس المثبتة مسبقًا معًا. من الحكمة عزل هذا الصف عن Velostat لمنع السراويل غير المرغوب فيها أو التسرب. يتصل الصف العلوي بالعلامات المطوية الموجودة في اليسار في الخطوات السابقة.

قم بلحام جميع الشرائط القصيرة بعناية في الشريط العلوي. هذا اللحام ضروري لأنه بخلاف ذلك لن يتصل الشريط العلوي بصفوف النحاس. احرص على عدم إضافة الكثير من الحرارة إلى النحاس. النحاس مركب على البلاستيك (Velostat) ، وصهره من خلال البلاستيك سيكون سيئًا.

أسلاك اللحام في الصفوف العلوية على كلا الجانبين. في أي مكان على ما يرام ، اخترت الزاوية.

اختبر السجادة للتأكد من أنها تعمل. قم بتوصيل مقياس متعدد بالحصيرة ، ومعرفة ما إذا كانت المقاومة تنخفض إذا ضغطت على أي من الأجزاء غير المعزولة. تحقق أيضًا مما إذا كانت المقاومة مستقرة إلى حد ما إذا لم تفعل شيئًا. إذا كان هذا هو الحال ، مبروك ، حصيرة تعمل الآن.

كخطوة أخيرة ، ضع شريط kapton على جميع النحاس المكشوف. في حين أنه من المحتمل ألا يتسبب في حدوث قصور ، إلا أنه من السيء ترك النحاس المكشوف.

(في الصور التخطيطية ، لا يتم عرض الصف العلوي من النحاس. تعمل الصورة فقط على إظهار تكوين الكابتون والنحاس لجعل هذه السجادة تعمل.)

الخطوة 5: اختبار الحصيرة

تم توصيل الحصيرة الجديدة بمقياس متعدد لاختبارها مرة أخرى. هذه المرة ، مع عدم وجود حمل ، تكون مقاومة الحصيرة ثابتة 17-20 أوم.

عندما أقف تمامًا على السجادة ، تنخفض المقاومة إلى 4-6 أوم. تعطي قدم واحدة على السجادة حوالي 10 أوم.

هذا أقل قليلاً مما أنا سعيد به ، لكنه لا يزال قيمة قابلة للتطبيق. هناك فرق كبير بين عدم وجود حمولة والشخص الذي يقف على السجادة. الملاحظة التي تم إجراؤها هي أن الضغط لا يحدد المقاومة حقًا. مساحة السطح. إذا وقفت على السجادة بوزن أقل ، تصبح المقاومة أقل مما لو كنت أقف بكل وزني في مكان واحد. بالنسبة إلى ما أحتاج إليه هذا المستشعر ، هذا شيء رائع ، لكن ضع في اعتبارك إذا قمت ببناء واحد.

الخطوة 6: توصيل الأسلاك

نظرًا لأن الحصيرة هي مجرد مقاوم متغير كبير ، فإن أخذ القياسات من الحصيرة أمر بسيط إلى حد ما.

أبسط طريقة هي استخدام مقسم الجهد. أضف المقاوم قبل حصيرة مستشعر الضغط (تسمى R_mat في المخططات) وقم بقياس النقطة بين المقاوم والحصيرة (تسمى MatA1). لقد استخدمت 47 أوم ، لكن سجادتك قد تحتاج إلى شيء آخر. مستوى المنطق الخاص بي هو 3.3 فولت ، يمكنك استخدام أيًا كان مستوى الطاقة المنطقية لديك.

أضفت اختياريًا خارج الدائرة إلى سجادتي. لم أكن أرغب في رسم ثابت قدره 50 مللي أمبير على بساطتي. أنا ببساطة لا أعرف كيف يحب Velostat تيارًا ثابتًا من خلاله ، وأتوقع أن يكون سيئًا لطول عمر الحصيرة. تتكون الدائرة من mosfet N- قناة مع المقاومات المطلوبة. كلما أردت أخذ قراءة ، أقوم بتشغيل mosfet. ما تبقى من الوقت ، موسفيت متوقف ، والسجادة لا تستطيع المرور من خلالها.

الخطوة 7: كيفية استخدامه

يعد استخدام السجادة مع Arduino (أو أي متحكم آخر) أمرًا بسيطًا. إذا كان لديك مقسم الجهد فقط ، فما عليك سوى توصيل الحصيرة الخاصة بك بمسمار تناظري ، وتعيين الدبوس الذي قمت بتوصيل الحصيرة به كمدخل ، واستخدم أمر قراءة تمثيليًا. ستنخفض القيمة التي تحصل عليها من هذا اعتمادًا على مقدار الوزن الذي يتم تطبيقه على السجادة.

إذا كان لديك mosfet مثبتًا ، فتذكر أن تجعل إدخال mosfet مرتفعًا قبل إجراء القياس. عدا ذلك ، ستقيس ببساطة الجهد الذي استخدمته للحصيرة (3.3 فولت في حالتي).

القيمة التي تحصل عليها من الحصيرة لا تتغير كثيرًا بمرور الوقت. أنا ببساطة أستخدم قيمة حدية لتحديد ما إذا كان هناك شيء ما يقف على السجادة ، وبعد شهر من الاستخدام المتواصل ، لا تزال السجادة تعمل بشكل جيد.

الخطوة 8: ما سأفعله بشكل مختلف في المرة القادمة

أحد الأشياء المهمة المتعلقة بالمشروع هو أنني سأختبر بشكل صحيح نسخة صغيرة الحجم من الحصيرة أولاً. لقد قمت بالفعل بعمل قطعة صغيرة من النحاس على Velostat ، ورأيت أرقامًا على جهاز القياس المتعدد ، وافترضت أن كل شيء يعمل. كان هذا خطأ.

النقطة المتعلقة بالحصيرة هي أنني سأستخدم بقعًا أصغر من النحاس. لدي حاليًا 48 رقعة من النحاس 2-3 سم. هذا يعطي مقاومة 20 أوم عند الخمول ، وحوالي 5 أوم عندما أقف عليها. في حين أن هذا رقم عملي ، سيكون من الأسهل إذا كان أقل قليلاً. 1 سم من النحاس المكشوف سيكون أكثر من كافٍ لهذه السجادة. لن أفعل هذا بنفسي بعد الآن ، ولكن ربما يمكن لأي شخص آخر يرغب في القيام بذلك الاستفادة من ذلك.

الخطوة 9: كيف أستخدمه

لماذا صنعت على وجه التحديد هذه الحصيرة الحساسة للضغط؟ لقد صنعت ساعة منبه ESP32 فاخرة. إنه متصل بنظام Domoticz الخاص بي ، ويمكنه إرجاع قيم المستشعر مثل ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة ، ويمكنه التحكم في الإضاءة. كما أنه يخبرك بالوقت ولديه منبه.

هذا هو المكان الذي تأتي فيه حصيرة المستشعر. ليس لدي مشكلة حقيقية في الاستيقاظ. أستيقظ مع ضوء الاستيقاظ ، وعادة ما أكون مستيقظًا عندما أحتاج إلى الخروج. ومع ذلك ، لدي مشكلة في الخروج من السرير. السجادة تجبرني على النهوض من السرير. ينطفئ المنبه فقط عندما أقف بالفعل على السجادة (أو أسحب القابس من المنبه). هذا يجبرني على الخروج من سريري ، وبمجرد أن أنهض من السرير ، نادرًا ما أعود إليه. في حين أنه حل مبالغة إلى حد ما لمشكلة لها العديد من الحلول الأخرى ، فأنا سعيد بها. حتى الآن ، استيقظت من الفراش في الوقت المحدد كل صباح لمدة شهر تقريبًا. قبل ذلك كنت أبقى في السرير لمدة تصل إلى ساعة.

قبل 20 دقيقة من انطلاق المنبه ، تصبح السجادة نشطة. يتم تشغيل السجادة ، وتستغرق قراءة الجهد ، ويتم إيقاف تشغيل الحصيرة مرة أخرى. هذا يحدث كل ثانية. عندما أقف على السجادة ، سواء قبل الإنذار أو أثناءه ، فإنه يقوم بإيقاف تشغيل المنبه.