Sensor Keset Lantai Sensitif Tekanan: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Dalam Instructable ini saya akan membagikan desain untuk sensor alas lantai yang peka terhadap tekanan yang mampu mendeteksi saat Anda berdiri di atasnya. Meskipun tidak dapat secara tepat menimbang Anda, ia dapat menentukan apakah Anda berdiri di atasnya dengan berat penuh atau jika Anda hanya melakukan kontak dengannya.

Matras mengukur orang menggunakan Velostat, bahan yang mengubah hambatan listriknya berdasarkan jumlah tekanan yang diberikan padanya. Saya membuat seluruh tikar dengan harga di bawah € 20 (tidak termasuk karpet).

Langkah 1: Apa yang Anda Butuhkan

Inilah yang Anda perlukan untuk membuat sensor:

• Velostat: Untuk menutupi area yang cukup di bawah karpet, saya menggunakan 2 kotak berukuran 28cm (11") yang dibeli di reseller Adafruit.
• Pita tembaga: Saya menggunakan pita lebar 5mm, dan pita sekitar 6-7m.
• Pita isolasi tipis: Saya menggunakan pita kapton lebar 25mm.
• Kabel untuk menghubungkan permadani ke sesuatu.
• Sebuah besi solder dengan beberapa timah.
• Multimeter untuk pengujian.

Untuk benar-benar menggunakan permadani ini dengan mikrokontroler, Anda perlu.:

• Sebuah resistor 47ohm (atau nilai yang sama kecil).
• (opsional, MOSFET saluran-N dengan resistor 10k dan resistor 220ohm).

Langkah 2: (Bagaimana Tidak Menerapkan Pita Tembaga ke Velostat)

Saya akan mulai dengan memberi tahu bagaimana TIDAK menerapkan pita tembaga ke Velostat.

Saya mulai dengan berasumsi bahwa "lem konduktif" pada pita itu konduktif. Ini sepertinya asumsi yang adil, tetapi kaset saya bukan dari jenis "lem konduktif" ini, atau bagian "konduktif" hampir tidak konduktif.

Saya mulai dengan merekatkan 2 kotak Velostat bersama-sama di kedua sisi dengan pita kapton. Saya kemudian memotong pita tembaga sepanjang 25cm dan menerapkannya pada interval yang sama. Pita tembaga di kedua sisi berada di lokasi yang persis sama, sehingga hanya ada lapisan tipis Velostat di antara tembaga. Dalam gambar tampilan skema tikar dengan potongan untuk gambaran umum.

Sepotong panjang pita tembaga (sekitar 50cm) digunakan untuk menghubungkan semua baris bersama-sama di kedua sisi.

Sebuah kawat disolder ke kedua sisi, dan pengukuran resistansi dilakukan.

Ketika saya mencoba mengujinya, nilai multimeter akan berayun liar antara 10k dan 100ohm. Juga, berdiri di atas matras atau tidak membuat perbedaan yang sangat kecil untuk pengukuran. Ada sesuatu yang sangat tidak beres. Pengukuran cepat dari pita menunjukkan bahwa lem tidak benar-benar konduktif. Bahan sandwichnya adalah tembaga, lem, Velostat, lem, tembaga, dan lem itu semacam isolator.

Moral dari cerita, lakukan tes skala kecil jika Anda tidak yakin apakah itu akan berhasil.

Langkah 3: Uji Skala Kecil

Kembali ke papan gambar. Sisi lem pita tembaga jelas tidak cukup konduktif. Sisi depan adalah tembaga murni sekalipun. Bagaimana jika saya membalikkan pita sehingga sisi tembaga menghadap Velostat.

Satu jejak dibalik di kedua sisi. Saya mengambil selotip yang sisi lemnya menghadap ke bawah, dan menempelkannya ke selotip kapton. Menggunakan kembali pita tembaga itu rewel, tetapi barang ini agak terlalu mahal untuk dibuang begitu saja. Sepotong pita kapton dengan tembaga menghadap jauh dari sisi lengket ini menempel di Velostat.

Pengukuran baru dilakukan. Ini langsung memberikan hasil yang stabil. Satu hal sekalipun. Jejak tunggal tampaknya 24 ohm saat tinggi, dan 200 saat rendah. Ini sambil menekan hanya sedikit dengan tangan saya. Jika saya memiliki 12 jejak, dan sepenuhnya berdiri di atasnya, tikar mungkin turun di bawah 1 ohm, menggambar terlalu banyak arus.

Saya merevisi desainnya sehingga hanya sebagian kecil pita yang bersentuhan dengan Velostat. Dengan cara ini saya berharap untuk mendapatkan perlawanan ke jumlah yang dapat dikelola.

Langkah 4: Menerapkan Pita Tembaga ke Velostat

Berbekal pengetahuan tentang cara membuat ini benar-benar berfungsi, saya mulai memperbaiki alas sensor. Di foto itu Anda akan melihat tikar lama sedang dimodifikasi ke tikar baru.

Hal pertama yang saya lakukan adalah menambahkan potongan kecil pita sebagai isolator. Rekaman itu ada di kedua sisi. Kesenjangan antara pita harus agak konstan dan sekitar 1-3 cm, tergantung pada seberapa banyak hambatan yang Anda inginkan. Kesenjangan harus berada di tempat yang sama di kedua sisi.

Dapatkan strip pita tembaga dan pita kapton cukup panjang untuk merentangkan Velostat. Pita tembaga harus 1-2 cm lebih panjang dari pita kapton. Tempelkan pita tembaga di sisi lengket pita kapton, dengan satu sisi pita tembaga melewati pita kapton.

Tempelkan rakitan ke Velostat, di atas isolator. Pastikan tembaga berada di tempat yang sama di kedua sisi. Juga pastikan bahwa kelebihan tembaga berada di sisi yang sama setiap saat. Lipat kelebihan tembaga sehingga Anda memiliki tempat untuk memasang strip penghubung tembaga. Satu saran adalah untuk memiliki kelebihan tembaga di atas bagian tikar yang terisolasi sehingga lebih mudah untuk menyoldernya nanti.

Ulangi langkah ini untuk semua baris.

Tambahkan baris atas pita tembaga yang menghubungkan semua strip tembaga yang dipasang sebelumnya menjadi satu. Adalah bijaksana untuk mengisolasi baris ini dari Velostat untuk mencegah celana pendek atau kebocoran yang tidak diinginkan. Baris atas terhubung ke tab terlipat yang tersisa di langkah sebelumnya.

Solder dengan hati-hati semua strip pendek ke strip atas. Solder ini diperlukan karena jika tidak, strip atas tidak akan bersentuhan dengan barisan tembaga. Berhati-hatilah untuk tidak menambahkan terlalu banyak panas ke tembaga. Tembaga dipasang pada plastik (Velostat), dan meleleh melalui plastik akan menjadi buruk.

Solder kabel ke baris atas di kedua sisi. Di mana saja baik-baik saja, saya memilih sudut.

Uji matras untuk memastikannya berfungsi. Hubungkan multimeter ke matras, dan lihat apakah hambatannya turun jika Anda menekan salah satu bagian yang tidak berinsulasi. Juga periksa apakah resistansi agak stabil jika Anda tidak melakukan apa-apa. Jika ini masalahnya, selamat, tikar sekarang berfungsi.

Sebagai langkah terakhir, oleskan pita kapton ke semua tembaga yang terbuka. Meskipun mungkin tidak akan menyebabkan celana pendek, meninggalkan tembaga yang terbuka adalah bentuk yang buruk.

(Dalam gambar skema, baris atas tembaga tidak ditampilkan. Gambar hanya berfungsi untuk menunjukkan konfigurasi kapton dan tembaga untuk membuat tikar ini berfungsi.)

Langkah 5: Menguji Mat

Tikar baru dihubungkan ke multimeter untuk mengujinya lagi. Kali ini, tanpa beban, resistansi mat adalah 17-20 ohm yang stabil.

Ketika saya sepenuhnya berdiri di atas matras, resistansi turun menjadi 4-6 ohm. Satu kaki di atas matras menghasilkan sekitar 10 ohm.

Ini sedikit lebih rendah daripada yang saya senangi, tetapi masih merupakan nilai yang bisa diterapkan. Ada banyak perbedaan antara tanpa beban dan orang yang berdiri di atas matras. Pengamatan yang dilakukan adalah bahwa tekanan tidak benar-benar menentukan resistansi. Luas permukaan tidak. Jika saya berdiri di atas matras yang lebih banyak dengan beban yang lebih sedikit, hambatannya menjadi lebih rendah daripada jika saya berdiri dengan semua berat badan saya di satu tempat. Untuk apa saya membutuhkan sensor ini, ini bagus, tetapi ingatlah jika Anda membangunnya.

Langkah 6: Menghubungkannya

Karena mat hanya merupakan resistor variabel besar, melakukan pengukuran dari mat cukup sederhana.

Cara paling sederhana adalah menggunakan pembagi tegangan. Tambahkan resistor sebelum alas sensor tekanan (disebut R_mat dalam skema) dan ukur titik antara resistor dan alas (disebut MatA1). Saya menggunakan 47 ohm, tetapi mat Anda mungkin membutuhkan yang lain. Level logika saya adalah 3.3V, Anda dapat menggunakan apa pun level kekuatan logika Anda.

Saya menambahkan opsional on off circuit ke matras saya. Saya tidak ingin penarikan konstan 50mA di matras saya. Saya benar-benar tidak tahu bagaimana Velostat menyukai arus konstan yang melaluinya, dan saya berharap itu buruk untuk umur panjang matras. Sirkuit terdiri dari MOSFET saluran-N dengan resistor yang diperlukan. Setiap kali saya ingin membaca, saya menyalakan MOSFET. Selebihnya, mosfet mati, dan matras tidak memiliki daya untuk melewatinya.

Langkah 7: Cara Menggunakannya

Menggunakan tikar dengan Arduino (atau mikrokontroler lainnya) sederhana. Jika Anda hanya memiliki pembagi tegangan, cukup pasang alas Anda ke pin analog, atur pin tempat Anda memasang alas sebagai input, dan gunakan perintah baca analog. Nilai yang Anda dapatkan dari ini akan turun tergantung pada berapa banyak berat yang diterapkan ke matras.

Jika Anda sudah memasang mosfet, ingatlah untuk membuat input mosfet tinggi sebelum Anda melakukan pengukuran. Jika tidak, Anda hanya akan mengukur tegangan yang Anda gunakan untuk matras (3.3V dalam kasus saya).

Nilai yang Anda dapatkan dari matras tidak banyak berubah seiring waktu. Saya hanya menggunakan nilai ambang batas untuk menentukan apakah ada sesuatu yang berdiri di atas matras, dan setelah sebulan digunakan terus-menerus, matras masih berfungsi dengan baik.

Langkah 8: Apa yang Akan Saya Lakukan Lain Kali

Satu hal penting yang terkait dengan proyek adalah bahwa saya akan menguji versi skala kecil dari mat terlebih dahulu. Saya benar-benar melakukan sepotong kecil tembaga pada Velostat, melihat angka pada multimeter, dan berasumsi bahwa semuanya berfungsi. Ini adalah kesalahan.

Poin terkait tikar adalah bahwa saya akan menggunakan tambalan tembaga yang lebih kecil. Saat ini saya memiliki 48 tambalan tembaga 2-3cm. Ini memberikan resistansi 20 ohm saat idle, dan sekitar 5 ohm saat saya berdiri di atasnya. Meskipun ini adalah angka yang bisa diterapkan, akan lebih mudah jika angkanya sedikit lebih rendah. 1cm tembaga terbuka akan lebih dari cukup untuk tikar ini. Saya tidak akan melakukan ini pada saya lagi, tapi mungkin orang lain yang ingin membuat ini bisa mendapatkan keuntungan dari ini.

Langkah 9: Bagaimana Saya Menggunakannya

Mengapa secara khusus saya membuat tikar sensitif tekanan ini? Saya membuat jam alarm ESP32 yang mewah. Ini terhubung ke sistem Domoticz saya, dapat mengembalikan nilai sensor seperti CO2 dan suhu, dan dapat mengontrol pencahayaan saya. Ini juga memberi tahu waktu dan memiliki alarm.

Di sinilah alas sensor masuk. Saya tidak punya masalah nyata untuk bangun. Saya bangun dengan lampu bangun, dan biasanya bangun ketika saya harus keluar. Namun saya memiliki masalah bangun dari tempat tidur. Keset memaksa saya untuk bangun dari tempat tidur. Alarm hanya mati ketika saya benar-benar berdiri di atas matras (atau mencabut steker dari jam alarm). Ini memaksa saya keluar dari tempat tidur saya, dan begitu saya bangun dari tempat tidur, saya jarang masuk kembali. Meskipun ini adalah solusi yang berlebihan untuk masalah yang memiliki banyak solusi lain, saya senang dengan itu. Sejauh ini, saya bangun dari tempat tidur tepat waktu setiap pagi selama sekitar satu bulan. Sebelumnya saya biasa tinggal di tempat tidur hingga satu jam.

20 menit sebelum alarm saya berbunyi, matras menjadi aktif. Mat menyala, Dibutuhkan pembacaan voltase, dan mat mati lagi. Ini terjadi setiap detik. Ketika saya berdiri di atas matras, baik sebelum atau selama alarm berbunyi, alarm akan mati.