Capteur de tapis de sol sensible à la pression : 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Dans ce Instructable, je vais partager une conception pour un capteur de tapis de sol sensible à la pression qui est capable de détecter lorsque vous vous tenez dessus. Bien qu'il ne puisse pas vous peser exactement, il peut déterminer si vous vous tenez dessus de tout votre poids ou si vous entrez simplement en contact avec lui.

Le tapis mesure les personnes utilisant Velostat, un matériau qui modifie sa résistance électrique en fonction de la quantité de pression qui lui est appliquée. J'ai fait le tapis entier pour moins de 20€ (hors tapis).

Étape 1: ce dont vous aurez besoin

Voici ce dont vous aurez besoin pour fabriquer le capteur:

• Velostat: Pour couvrir suffisamment de surface sous le tapis, j'ai utilisé 2 carrés de 28cm (11") achetés chez un revendeur Adafruit.
• Ruban de cuivre: j'ai utilisé 5 mm de large et environ 6 à 7 m de ruban.
• Un ruban isolant fin: j'ai utilisé du ruban kapton de 25 mm de large.
• Câblage pour accrocher le tapis à quelque chose.
• Un fer à souder avec de l'étain.
• Un multimètre pour tester.

Pour utiliser réellement ce tapis avec un microcontrôleur, vous aurez besoin de:

• Une résistance de 47 ohms (ou une petite valeur similaire).
• (en option, un mosfet à canal N avec une résistance de 10k et une résistance de 220ohm).

Étape 2: (Comment ne pas appliquer de ruban de cuivre sur Velostat)

Je vais commencer par expliquer comment NE PAS appliquer de ruban de cuivre sur Velostat.

J'ai commencé par supposer que la "colle conductrice" sur le ruban était conductrice. Cela semblait une hypothèse juste, mais soit ma bande n'est pas de ce type "colle conductrice", soit la partie "conductrice" est à peine conductrice.

J'ai commencé par coller les 2 carrés de Velostat ensemble des deux côtés avec du ruban kapton. J'ai ensuite coupé des bandes de ruban de cuivre de 25 cm de long et les ai appliquées à intervalles réguliers. La bande de cuivre de chaque côté est exactement au même endroit, de sorte qu'il n'y a qu'une fine couche de Velostat entre le cuivre. Dans les images, une vue schématique du tapis avec une découpe pour un aperçu.

Une longue bande de ruban de cuivre (environ 50 cm) est utilisée pour relier toutes les rangées entre elles de chaque côté.

Un fil a été soudé de chaque côté et une mesure de résistance a été effectuée.

Lorsque j'ai essayé de le tester, les valeurs du multimètre oscillaient entre 10k et 100ohm. De plus, être debout ou non sur le tapis faisait très peu de différence pour la mesure. Quelque chose n'allait pas du tout. Une mesure rapide du ruban a montré que la colle n'était pas vraiment conductrice. Le sandwich de matériaux était du cuivre, de la colle, du Velostat, de la colle, du cuivre, et la colle était une sorte d'isolant.

La morale de l'histoire, faites des tests à petite échelle si vous n'êtes pas sûr que cela fonctionnera.

Étape 3: Test à petite échelle

Retour à la planche à dessin. Le côté colle du ruban de cuivre n'est clairement pas assez conducteur. La face avant est en cuivre pur. Et si j'inversais le ruban pour que le côté cuivre soit face au Velostat.

Une seule trace était inversée des deux côtés. J'ai pris le ruban adhésif vers le bas et je l'ai collé sur un morceau de ruban kapton. La réutilisation du ruban de cuivre est délicate, mais ce matériel est légèrement trop cher pour être simplement jeté. Ce morceau de ruban kapton avec le cuivre tourné à l'opposé du côté collant a été collé sur le Velostat.

Une nouvelle mesure a été effectuée. Cela a instantanément donné un résultat stable. Une chose cependant. Une seule trace semblait être de 24 ohms lorsqu'elle était élevée et de 200 lorsqu'elle était faible. C'était en appuyant seulement une petite quantité avec ma main. Si j'ai 12 traces et que je me tiens complètement dessus, le tapis peut descendre en dessous de 1 ohm, ce qui consomme beaucoup trop de courant.

J'ai revu la conception pour que seules de petites parties de la bande entrent en contact avec le Velostat. De cette façon, j'espérais obtenir la résistance à un montant gérable.

Étape 4: Application de ruban de cuivre au Velostat

Armé des connaissances nécessaires pour que cela fonctionne réellement, j'ai entrepris de réparer le tapis de capteur. Sur la photo, vous verrez l'ancien tapis être modifié pour le nouveau tapis.

La première chose que j'ai faite a été d'ajouter de petits morceaux de ruban adhésif comme isolant. Le ruban est des deux côtés. Les espaces entre le ruban doivent être assez constants et d'environ 1 à 3 cm, selon la résistance souhaitée. L'écart doit être au même endroit des deux côtés.

Procurez-vous une bande de ruban de cuivre et une bande de ruban kapton assez longues pour couvrir le Velostat. Le ruban de cuivre doit être plus long de 1 à 2 cm que le ruban de kapton. Collez le ruban de cuivre sur le côté collant du ruban kapton, avec un côté du ruban de cuivre dépassant le ruban kapton.

Collez l'ensemble au Velostat, par dessus les isolateurs. Assurez-vous que le cuivre est au même endroit des deux côtés. Assurez-vous également que l'excès de cuivre est du même côté à chaque fois. Repliez l'excédent de cuivre afin d'avoir un endroit pour monter la bande de connexion en cuivre. Un conseil est d'avoir l'excès de cuivre sur une partie isolée du tapis afin qu'il soit plus facile de le souder plus tard.

Répétez cette étape pour toutes les lignes.

Ajoutez une rangée supérieure de ruban de cuivre qui relie toutes les bandes de cuivre précédemment montées ensemble. Il est sage d'isoler cette rangée du Velostat pour éviter les courts-circuits ou les fuites indésirables. La rangée supérieure se connecte aux onglets repliés laissés lors des étapes précédentes.

Soudez soigneusement toutes les bandes courtes à la bande supérieure. Cette soudure est nécessaire car sinon la bande supérieure n'entrera pas en contact avec les rangées de cuivre. Veillez à ne pas ajouter trop de chaleur au cuivre. Le cuivre est monté sur du plastique (Velostat), et fondre à travers le plastique serait mauvais.

Souder les fils aux rangées supérieures des deux côtés. Partout où ça va, j'ai choisi un coin.

Testez le tapis pour vous assurer qu'il fonctionne. Connectez un multimètre au tapis et voyez si la résistance baisse si vous appuyez sur l'une des pièces non isolées. Vérifiez également si la résistance est un peu stable si vous ne faites rien. Si tel est le cas, félicitation, le tapis fonctionne maintenant.

Comme dernière étape, appliquez du ruban kapton sur tout le cuivre exposé. Bien que cela ne causera probablement pas de courts-circuits, il est de mauvaise qualité de laisser du cuivre exposé.

(Dans les images schématiques, la rangée supérieure de cuivre n'est pas affichée. L'image ne sert qu'à montrer la configuration du kapton et du cuivre pour faire fonctionner ce tapis.)

Étape 5: Test du tapis

Le nouveau tapis a été connecté à un multimètre pour le tester à nouveau. Cette fois, sans charge appliquée, la résistance du tapis est stable de 17 à 20 ohms.

Lorsque je me tiens complètement sur le tapis, la résistance tombe à 4-6 ohms. Un pied sur le tapis donne environ 10 ohms.

C'est un peu plus bas que ce dont je suis satisfait, mais c'est toujours une valeur réalisable. Il y a beaucoup de différence entre aucune charge et une personne debout sur le tapis. Une observation faite est que la pression ne définit pas vraiment la résistance. La superficie le fait. Si je me tiens sur plus de tapis avec moins de poids, la résistance devient plus faible que si je me tiens debout avec tout mon poids sur un seul endroit. Pour ce pour quoi j'ai besoin de ce capteur, c'est génial, mais gardez-le à l'esprit si vous en construisez un.

Étape 6: Câblage

Étant donné que le tapis n'est qu'une grosse résistance variable, prendre des mesures à partir du tapis est assez simple.

Le moyen le plus simple est d'utiliser un diviseur de tension. Ajoutez une résistance avant le tapis du capteur de pression (appelé R_mat dans les schémas) et mesurez le point entre la résistance et le tapis (appelé MatA1). J'ai utilisé 47 ohms, mais votre tapis a peut-être besoin d'autre chose. Mon niveau logique est de 3,3 V, vous pouvez utiliser quel que soit votre niveau de puissance logique.

J'ai ajouté un circuit on off optionnel à mon tapis. Je ne voulais pas du tirage constant de 50 mA sur mon tapis. Je ne sais tout simplement pas comment Velostat aime un courant constant à travers lui, et je m'attends à ce que ce soit mauvais pour la longévité du tapis. Le circuit se compose d'un mosfet à canal N avec les résistances requises. Chaque fois que je veux faire une lecture, j'allume le mosfet. Le reste du temps, le mosfet est éteint et le tapis n'est pas alimenté.

Étape 7: Comment l'utiliser

L'utilisation du tapis avec un Arduino (ou tout autre microcontrôleur) est simple. Si vous n'avez que le diviseur de tension, attachez simplement votre tapis à une broche analogique, définissez la broche à laquelle vous attachez le tapis comme entrée et utilisez une commande de lecture analogique. La valeur que vous en tirerez diminuera en fonction du poids appliqué au tapis.

Si vous avez installé le mosfet, n'oubliez pas de rendre l'entrée du mosfet élevée avant de faire une mesure. Sinon, vous mesurerez simplement la tension que vous avez utilisée pour le tapis (3,3 V dans mon cas).

La valeur que vous obtenez en retour du tapis ne change pas beaucoup avec le temps. J'utilise simplement une valeur seuil pour déterminer si quelque chose se trouve sur le tapis, et après un mois d'utilisation continue, le tapis fonctionne toujours bien.

Étape 8: Ce que je ferais différemment la prochaine fois

Une chose importante liée au projet est que je testerais d'abord correctement une version à petite échelle du tapis. En fait, j'ai fait un petit morceau de cuivre sur le Velostat, j'ai vu des chiffres sur le multimètre et j'ai supposé que tout fonctionnait. C'était une erreur.

Un point lié au tapis est que j'utiliserais de plus petites plaques de cuivre. J'ai actuellement 48 patchs de 2-3cm de cuivre. Cela donne une résistance de 20 ohms au repos, et d'environ 5 ohms lorsque je me tiens dessus. Bien qu'il s'agisse d'un nombre réalisable, ce serait plus facile s'il était un peu plus bas. 1 cm de cuivre exposé serait plus que suffisant pour ce tapis. Je ne vais plus le faire sur le mien, mais peut-être que quelqu'un d'autre qui veut le faire peut en bénéficier.

Étape 9: Comment je l'utilise

Pourquoi ai-je spécifiquement fabriqué ce tapis sensible à la pression ? J'ai fait un réveil ESP32 fantaisie. Il est connecté à mon système Domoticz, il peut renvoyer des valeurs de capteurs comme le CO2 et la température, et peut contrôler mon éclairage. Il indique également l'heure et dispose d'une alarme.

C'est là qu'intervient le tapis de détection. Je n'ai aucun problème à me réveiller. Je me réveille avec une lumière de réveil et je suis généralement réveillé quand j'ai besoin de sortir. J'ai cependant un problème pour sortir du lit. Le tapis m'oblige à sortir du lit. L'alarme ne s'éteint que lorsque je me tiens sur le tapis (ou que je débranche la prise du réveil). Cela me force à sortir de mon lit, et une fois que je suis sorti du lit, j'y retourne rarement. Bien que ce soit une solution un peu exagérée à un problème qui a de nombreuses autres solutions, j'en suis satisfait. Jusqu'à présent, je me suis levé à l'heure chaque matin pendant environ un mois. Avant, je restais au lit jusqu'à une heure.

20 minutes avant que mon alarme ne se déclenche, le tapis s'active. Le tapis s'allume, il prend une lecture de tension et le tapis s'éteint à nouveau. Cela se produit à chaque seconde. Lorsque je me tiens sur le tapis, avant ou pendant l'alarme, l'alarme s'éteint.