Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne

ghost666 30 Mar 2018 11:37 3261 0
  • Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Poniższy projekt przedstawia czym są i jak wykonać zPatches. Są to proste sensory dotyku, oparte o pomiar pojemności i rezystancji tekstylnego materiału, co pozwala zastosować je jako urządzenia wejściowe w wielu różnych systemach, zwłaszcza w elektronice noszonej. Opisane poniżej sensory doskonale rozróżniają różne rodzaje dotyku, co pozwala na połączenie ich z dowolnym urządzeniem programowalnym - tutaj dla przykładu Arduino - aby sterować z ich pomocą jego działaniem.

    Przed przystąpieniem do działania koniecznie trzeba przeczytać cały poniższy materiał, a także zaznajomić się z informacjami, jakie autorzy projektu umieścili w publikacji wydanej po konferencji TEI 2018, jaka odbyła się w dniach 18-21 marca tego roku w Sztokholmie w Szwecji.


    Poniższe filmy przedstawiają sensory w przykładowych aplikacjach, do jakich mogą być stosowane.




    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 1: Potrzebne materiały

    Zasadniczo najtrudniejszym krokiem w wykonaniu tych sensorów, jest zebranie potrzebnych materiałów. Do stworzenia potrzebne będą następujące materiały:

    a) Nieprzewodzący materiał na wierzch sensora. Autorzy wykorzystali tekstylną siatkę, ale zasadniczo sprawdzi się tutaj każdy cienki materiał, który pozwoli w prosty sposób identyfikować, że coś dotykamy tak długo, jak nie będzie przewodziło prądu elektrycznego. Nie bez znaczenia może być także kwestia estetyczna.





    b) Nierzewodzący, grubszy materiał, który służyć będzie jako podkładka. Powinien on być sztywny i nierozciągliwy, aby dobrze spełniać swoją rolę. Im grubszy będzie ten materiał, tym łatwiej będzie nam odczuwać gesty, szczególnie gdy umieścimy sensor bezpośrednio na skórze.

    c) Przewodzący materiał, najlepiej Ripstop albo inna, cienka tkanina. W tym projekcie autor wykorzystał tkaninę firmy Statex, sprzedawaną pod nazwą "Bremen".

    d) Materiał piezoelektryczny. O taki materiał już trudniej... z tego co wiadomo autorom sensora, jedyny taki materiał na rynku produkowany jest przez firmę Eeonyx. Kupić można go m.in. ze sklepu dla hobbystów Sparkfun, ale jeśli chcemy kupić go więcej, to warto poszukać lepszego źródła. Autorzy opisanego poniżej sensora kupili materiał w firmie Hi-Tek Ltd. Zakupiony materiał jest nierozciągliwy, jednolity (nie jest tkany) i charakteryzuje się rezystancją na poziomie około 20 kΩ/kwadrat.

    Krok 2: Narzędzia

    Do wycięcia poszczególnych sensorów potrzebne będą nożyczki albo np. ploter laserowy, zależnie od możliwości i potrzeb. Autorzy skorzystali poniżej z plotera, ale nic nie stoi na przeszkodzie, by wycinać sensory nożyczkami.

    Potrzebny będzie też nawoskowany papier, deska do prasowania i żelazko, by połączyć ze sobą poszczególne warstwy tkanin klejem na ciepło.

    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 3: Łączenie ze sobą przewodzących i nieprzewodzących warstw tekstyliów

    Wycinamy dwa kwadraty o tej samej wielkości z kleju na ciepło do tkanin. Wycinamy też takiej samej wielkości kwadraty z materiału podkładowego oraz materiału przewodzącego. Każdy z nich podklejamy warstwą klejową tak, że finalnie powinniśmy otrzymać dwa kawałki materiału - przewodzący i nieprzewodzący - z klejem po jednej stronie.

    Na zdjęciu obok widzimy sekwencję czynności, jakie wykonujemy na tym kroku:

    a) Wycinamy z maty klejowej kawałek taki sam, jak materiał, który chcemy podkleić.
    b) Na desce do prasowania kładziemy kawałek nawoskowanego papieru (na przykład papieru śniadaniowego), na nim kładziemy materiał, a na nim klej.
    c) Na tak ułożony stos kładziemy kolejną warstwę papieru, przez którą prasujemy materiał z klejem, przesuwając żelazko powoli od jednego boku do drugiego.

    Po zakończeniu procedury możemy oderwać lekko papier od materiału nieprzewodzącego, ale na Ripstopie lepiej jest go zostawić. Nawoskowany papier jest bardzo istotny, gdyż jeśli nawet odrobina kleju dostanie się na deskę do prasowania lub żelazko, wszystko bardzo szybko się pobrudzi.

    Główny powód, dla którego od razu podklejamy poszczególne warstwy klejem jest fakt, że z jednej strony warstwy te robią się od tego sztywniejsze, a z drugiej strony materiał tak podklejony nie będzie się strzępił. Dodatkowo, zaprasowanie tego wszystkiego przed wycinaniem ułatwia nam pracę - prasujemy jeden duży kawałek, a nie wiele mniejszych.

    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 4: Wycinanie sensorów z materiału

    Najprościej jest po prostu chwycić za nożyczki i zacząć wycinać. Jeśli wykonujesz sensory w dużej ilości albo zależy Ci na konkretnych, precyzyjnych kształtach, skorzystać można z plotera laserowego, jak autor tego projektu. Poniżej znajdują się wytyczne, jak ciąć laserem te tkaniny.

    Cięcie laserem Ripstopu

    - Przyklej papier, na którym przyklejony jest obecnie materiał do pleksi lub MDFu za pomocą taśmy dwustronnie klejącej.
    - Tnij korzystając z prędkości ustawionej na 50% i mocy na 20% przy 5000 Hz. Laser będzie przy tych ustawieniach odrobinę 'wcinał się' w pleksi, na którym znajduje się materiał.

    Jako że Ripstop jest błyszczący - dobrze odbija światło - zaleca się szczególną uwagę podczas cięcia go laserem. Autorzy nie napotkali na żadne problemy, ale nie oznacza to, że proces jest w 100% bezpieczny.

    Cięcie laserem Eonyxu

    - Materiał został umieszczony bezpośrednio pod laserem w ploterze.
    - Tnij korzystając z prędkości ustawionej na 50% i mocy na 9% przy 5000 Hz.

    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 5: Zupełnie opcjonalne dodawanie złącz

    Do sensora najprościej podłączyć się jest krokodylkami, można tak zrobić czy w prototypie czy w gotowym urządzeniu, ale jeśli chcemy, by system wyglądał profesjonalniej, to możemy do układu dodać jakiegoś rodzaju złącza, zaciskając je bezpośrednio na materiale. Rodzaj złącza i zaciskarki, jaki wykorzystamy, ma drugorzędne znaczenie.

    Jeśli chcemy, by nasz sensor wyglądał jeszcze profesjonalniej, możemy wydrukować w 3D dedykowane złącza w postaci napów z przewodzącego materiału. Jak to zrobić, opisano tutaj. Z drugiej strony skorzystać można z zwykłych agrafek z podłączonym kablem.

    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 6: Składanie warstw w całość

    Ułóż po kolei wszystkie warstwy hybrydowego sensora:

    1) Materiał podkładowy z nałożonym klejem ku górze.
    2) Pierwszą elektrodę - przewodzący materiał z nałożonym uprzednio klejem ku górze.
    3) Materiał piezoelektryczny - bez kleju!
    4) Drugą elektrodę - przewodzący materiał z nałożonym uprzednio klejem skierowanym ku dołowi.
    5) Górną ochronną warstwę materiału nieprzewodzącego.

    W momencie pozycjonowania poszczególnych warstw razem można też podłączyć wyprowadzenia do wspólnej wtyczki, przewodzącego klipsa etc. Trzeba tylko zapewnić, by poszczególne warstwy - elektrody - nie zwierały się ze sobą. Całość można zabezpieczyć odrobiną kleju na powierzchni materiału, jak pokazano na zdjęciach.

    Hybrydowe tekstylne sensory pojemnościowo-rezystancyjne
    Krok 7: łączenie poszczególnych warstw

    Gdy złożyliśmy wszystkie warstwy ze sobą, możemy je połączyć prasując, by aktywować klej. Pamiętajmy, by położyć na desce do prasowania woskowany papier i przez taki sam papier prasować całość, by nie zabrudzić otoczenia.

    Jeśli do klejenia np. wtyczki użyliśmy kleju na gorąco, to nie mamy co się przejmować - podczas klejenia warstw rozgrzeje się on na tyle, by przybrać nowy kształt i dopasować się do sensora.

    Prasować trzeba dosyć szybko, przemieszczając gładko żelazko tak, by nie rozgrzewać nadmiernie materiału. Jeśli rozgrzejemy sensor zbyt mocno, klej może przeciec przez Ripstop. Jeśli tak się stanie, to sensor będzie oczywiście działał, ale spadnie rozdzielczość pomiaru w trybie rezystancyjnym.

    Krok 8: Programowanie systemu

    Poniższy program pozwala na testowanie i zbieranie danych z sensora przez moduł Arduino. Szkic zakłada, że sensor podłączony jest do wejść analogowych A0 i A1 modułu Arduino. Parametry odczytywane z modułu przekazywane są w czasie rzeczywistym poprzez port szeregowy. Do ich odczytu możemy wykorzystać dowolne oprogramowanie na komputerze PC - od monitora portu szeregowego wbudowanego w Arduino IDE, do dedykowanego softu. Dobrze skorzystać jest z Serial Plottera z Arduino IDE, by zobaczyć przebieg wartości w czasie.

    Kod: c
    Zaloguj się, aby zobaczyć kod


    Powyższy kod jest bardzo prosty i zapewnia podstawową funkcjonalność. Najpierw kalibruje on pomiar pojemności, gdy moduł Arduino zostanie włączony. Następnie odczytuje te wartości i przesyła poprzez port szeregowy wyniki pomiarów obu wartości.

    Jeśli chcemy uczynić pomiar stabilniejszym, można zmienić liczbę próbek i parametry filtra dolnoprzepustowego zawarte w programie.

    By w pełni wykorzystać możliwości sensora, potrzebny jest oczywiście bardziej złożony program. Jest on opisany w publikacji cytowanej na samym początku, gdzie zawarto dokładną strategię wykorzystywania tego rodzaju sensorów w systemie elektronicznym.

    Źródła:
    http://www.instructables.com/id/ZPatch-Hybrid-ResistiveCapacitive-ETextile-Input/
    http://www.zPatch.github.io


    Fajne!