Sensormatte

Man würde sich wie schon gesagt an Verfahren für Digitalisiertabletts bzw. Touchscreens orientieren. Da hat man Auswahl, es ist ein halbes Dutzend bekannt.

Es wäre aber gut zu wissen a) was die Anwendung genau sein soll. Z.B. Andruckkraft usw. b) was die Randbedingungen sind. Auswertung soll durch 8 Bit Controller erfolgen z.B. ? Es wird nur 1 Stück gebaut ?

MfG JRD

Es gibt dazu "diskrete" Lösung: Nicht zu grosse ( das Zeug biegt sich bei Einwirkung von Hitze durch ) Boards Pertinax mit Kupferauflage kaufen. Mit Messer ritzen sodaß kleine Quadrate entstehen. Auf Holzplatte aufkleben. SMD-Widerstände über Ritze löten.

Quadrate in der Mitte verzinnen und dann säubern. Zinn ist wegen Korrosion kein ideales Kontaktmaterial, aber in geschlossenem Gehäuse und nichtaggressiver Umgebung gangbar, wenn man Spannung >5V und Strom ca. 10mA min vorsieht und Kontaktandruckkraft ausreichend ist.

Wenn man Problem mit Andruckkraft hat: versilberte Lötnägel, vergoldete Stiftleisten usw.

Vorteil von diskreten Widerständen: frei wählbare Impedanz und sehr enge Widerstandstoleranzen. Ferner muß der Widerstandsbelag nicht gleichmässige Impdanz haben, man kann Randeffekt vermindern indem man Widerstandswerte passend variiert. Wird allerdings lustiges Problem für Optimierung auf Rechner.

MfG JRD

Naja, ich dachte weil meine Variante dann doch etwas größer/ schwerer werden sollte. Könntest du mir vielleicht auch einen Tipp für geeignete Sensoren geben? Denn wenn man soetwas an die Wand hängt, treten ja auch zusätzliche senkrechte Kräfte an den Sensoren auf...

LG Thomas

... und eine semidiskrete: Konstantandraht überkreuz verlegen. Z.B. mäanderförmig und die Wendepunkt am Rand als Anschlußpunkte festlöten. Auch Schnittpunkte mit wenig Lötzinn verlöten. Dieses Gitter könnte man auch auf flexibler Matte z.B. festnähen.

MfG JRD

Mit welcher Auflösung ?

Zu den Verfahren kann ich bei Bedarf Artikel aus "Byte" Juli 1992

4 Seiten scannen der damals gängige Verfahren für Touchscreens beschreibt:

• kapazitiv

• infrarot

• "resistive" d.h. die Widerstandsfläche

• surface acoustic wave / SAW ( kniffelig )

• "strain gauge" d.h. die Kraftsensoren an den Rändern.

Sherr "Input Devices" Academic Press 1988 hat längliches Kapitel über "Digitizers and Input Tablets" da teilt sichs in

• magnetostrictive

• electromagnetic

• capacitive / electrostatic

• resistive

• hybrid

• sonic d.h. SAW kann ich einzelne Seiten auch scannen. Da funktioniert aber manches nur mit speziellem Stift und ist hier also nicht anwendbar.

Gangbar für Eingenbau wären eventuell auch:

• kapazitiv

Da gibts eigene Literatur dazu. Kann schaltungstechnisch kniffelig werden weil die Kapazitäten gering sind.

• infrarot

Das sind je 2 Zeilen von IR-LEDs und Fotodiode an den Rändern als Lichtschranke angeordnet. Das ist zwar Aufwand, da die LEDs durch den Öffnungswinkel mehrere Fotodioden treffen und dadurch daß man die Kanäle einzeln scannen kann, kann wohl genauer auswerten wie stark die Folie runtergedrückt wird ( also Stärke der einwirkenden Kraft ) und welche Abmessungen das drückende Objekt hat.

MfG JRD

Also es würde definitiv nur ein Stück davon gebaut werden! Was die Auswertung angeht steht allerdings auch noch nichts fest, außer das die Werte (wohl über einen ADC) and den PC müssen (der Einfachheit halber per RS232 oder LPT). Mir schien die Realisierung der Sensormatte/-platte das vordergründige Problem zu sein. Die genau Art und Weise der Aufbereitung der Messwerte wird sich also nach dem Sensor richten. Nocheinmal zum Versuchsaufbau: Eine mind. 1m² große Sensormatte/-platte welche an der Wand angebracht wird, soll die Druckposition eines Gegenstandes/ der Hand oä. ermitteln. (Druckbestimmung ansich wäre schon der "Bonus")

LG, Thomas

Zugegeben mir fehlt etwas das Gefühl für das Mögliche, (also im Eigenbau Umsetzbare) aber ich würde mal sagen: ca. 3 cm²!? Wobei ich gegen etwas feineres natürlich auch nichts habe.

Das Angebot würde ich wirklich gerne annehmen! Also insgesamt 4 Seiten? Ich will dich ja nicht zum Dauerscannen nötigen -- aber wie gesagt ich würde mich da doch noch gerne weiter einlesen.

Ich glaub dem kann ich nicht ganz folgen :) Sehe ich das richtig, dass sich die Kegel der IR-LEDs nicht überschneiden sollten? Wenn ich also IR-LEDs mit zB 20° Öffnungswinkel verwende (und ich eine Fläche von 1m x 1m annehme) hätte ich jeweils 3 LED an einer Seite und 4 gegenüber, um die gesamte Fläche abzudecken. Aber wie bekomm ich die Reflexionen in den Griff?

Was die anderen Themen angeht, werde ich mich auch noch versuchen einzulesen, die Auflistung ist jedenfalls sehr hilfreich....

LG, Thomas

Scans in email. Der 3. ist Baxter "Capacitive Sensors" IEEE Press 1997 Vgl auch dessen Prototyp mit Konstantandraht.

Die Kegel werden sich überschneiden. Aber da man die LEDs und die Sensoren separat abfragen kann schadet das nicht sondern nützt eher.

Texas Instruments die das Verfahren ehedem propagierten ( um Optoteile zu verkaufen ) brauchten schon für Bildschirm deutlich mehr Sensoren.

Da reflektiert nicht viel. Innen schwarz mit Plakafarbe anpinseln sollte reichen. Umgebungslicht das durch die Membran reinkommt könnte ( besonders wenn helles Sonnenlicht ) lästiger sein: mit und ohne LED messen und Differenz bilden.

MfG JRD

Vielen Dank, werd' mich da heute Abend gleich einmal drann setzen und melde mich dann wieder.

LG, Thomas

Grundschaltung ist simpel:

Foto- Diode +---C1---+ | | GND---AK----+----R---+-~ | | +-|- \ | | >+--- GND-|+ /

Fotodiode typisch BPW34 oder stehend SFH206. Ein TL274 würde single supply mit 5V arbeiten und 0-4V Signal liefern. Kleiner Kerko C1 ca. 100pF wird für Stabilität benötigt.

Da man viele Fotodioden hat wären MUXe 74HC4051 zwischen Fotodiode und OP sinnvoll. Dann braucht man negative Versorgungsspannung -5V die aber wegen der schwachen Belastung mit ICL7660 machbar wäre.

Es kann natürlich nötig sein die Auswertung als Musterekennungsproblem zu behandeln und per teach-in zu programmieren. Messung: Alle LEDs und Fotodioden durchklapperen, ergibt länglichen "featurevector". Training: Platte horizontal hinlegen, Gewicht an unterschiedlichen Positionen in XY auflegen und auslesen. Anhand der Werte kann man Tabelle anlegen. Betrieb: Naheliegenste Wert in Tabelle suchen und interpolieren. Wenn man aufwandsarme Hardware will, kann Software aufwendig werden.

MfG JRD

Also... ich habe mir nun alles gründlichst durchgelesen und bin eigentlich zu der Auswahl gekommen die auch ihr mir vorgeschlagen habt: # resistive # IR # strain gauge

Ich werd' mich jetzt an dem einen oder anderen Prototyp versuchen und zwar in der oben genannten Reihenfolge. Auch wenn mir einige von euch, wegen der Ungenauigkeit der Widerstandsvariante abgeratet haben, (und auch in "Digitizer and Input Tablets" -- danke nochmals -- wurde dieses Problem angesprochen) überwiegt die Einfachheit der Schaltung. (der ADS7846 ist da doch sehr verlockend) Mal sehe wie weit man das durch vorheriges Kalibrieren ausgleichen kann. Das ganze per infrarot zu erledigen, empfinde ich persönlich allerdings als die passenste Lösung -- wobei ich noch nicht weiß, wie ich an die Auswertung der einzelnen Fotodioden (Stichwort: Streuung) rangehen soll.

LG, Thomas

Wenn ich nocheinmal auf die eigentliche Grundidee des Verfahrens zurückkommen darf:

Schalte ich da jede IR LED der Reihe nach so lange ein, bis ich den Status jeder erreichbare Fotodiode (der momentan eingeschalteten LED) abgefragt hab'? Besondere Beachtung müsste da dann wohl den vermeintlichen Rändern (der erreichbaren Fotodioden) entgegengebracht werden!? Also im Fall, dass die "IR Schranke" genau am Rand unterbrochen wird, da ich bei dem Öffnungswinkel ja nur auf das Datenblatt "vertrauen" könnte. Ich also nicht weiß ob eine Unterbrechung besteht oder der Öffnungswinkel abweicht. Oder bleibt der Winkel soweit konstant, das ich ihn vorher bei der Kalibrierung quasi ermitteln kann?

Soweit richtig?

Wofür steht OP?

LG, Thomas

OP-AMP, Operationsverstärker.

Ja. Bei z.B. 8 LEDs, 8 Fotodioden je Seite ( also 16x16 ) würde man jedes LED einzeln einschalten und sequentiell die 8 Fotodioden über A/D-Wandler auf 8 Bit digitalisieren. also 8 x 8 = 64 Bytes pro Seite und damit 128 Bytes für einen gesamten Scan. Die Daten sind also hochredundant. D.h. Mustererkennung.

8 Bit Controller mit 8 Bit A/D-Wandler würde genügen ( eventuell würde man den OP noch als Logarithmierer ausführen ) aber wenigstens 32kByte FLASH sollten schon vorhanden sein.

Der Winkel ist nominell konstant. Dürfte hier keine Rolle spielen jedoch:

• die LED-Chips haben Plazierungsfehler, also schielt die Keule immer etwas

• der Bonddraht setzt irgenwo in der Mitte des Chips auf, also verdeckt er teilweise. Kann man beim Einbau berücksichtigen um saftige Unsymmetrie zu vermeiden. Bei LEDs in klarem Gehäuse kann man reinsehen also sieht man den Bonddraht. Die Lichtintensität der LEDs schwankt auch innerhalb eines Fertigungsloses. Leute die LED-Flächen als Displays bauen, müssen meist vorher selektieren.

Fotodioden a la BPW34 sind anspruchsloser: plane Oberfläche ohne Linse also kein Schielen. Bonddraht setzt an der Seite auf. Vermutlich auch kaum Bauteilstreuung.

Bauteilstreuung, Montagetoleranzen im Aufbau sprechen für Teach-in.

Eine richtige Unterbrechung bei einer Lichtschranke wird sich ohnehin nicht ergeben: die durchgebogende Membran deckt 1-2 Lichtschranken stärker ab und die links/rechts daneben liegenden entsprechend schwächer.

MfG JRD

Hmm? Naja -- ich brauch doch nur ein Bit pro Foto-Diode!? (kontakt oder eben nicht 0/1) Auch wenn somit der benötigte Speicher nicht ganz so schnell in die Höhe schießt, kommt bei meinen Dimensionen der Sensorplatte doch noch einiges zusammen :) ca. 5Byte pro IR LED (40 erreichbare Foto-Dioden -- 1 Diode/cm -- bei einem Öffnungswinkel von 20°), und wenn ich bei einer Auflösung von

128x96 bleibe... bin ich irgendwo bei 1120 Byte an reinen Messdaten.

Kann sowas auch für Distanzen von knapp über 1m Probleme geben? Oder anderst gefragt: welche Sendeleistung braucht man für solch eine Strecke überhaupt??

Naja ich meinte die Verbindung zu einer Fotodiode! Oder war gemeint das man eine Foto-Diode "schwächer bestrahlt" (Abdecken zB der halben Sensorfläche durch die Membran) ... somit könnte man dann wohl auch eine noch feinere Auflösung erreichen (sofern die Messgenauigkeit dementsprechend hoch ist) ... allerdings wäre dann auch meine Speicherbrechnung von oben um ein Faktor 8 (bit->Byte) zu erweitern.

LG, Thomas

Man will nur Ströme haben die 74HC595 Schieberegister liefern kann. Wenn der Innenraum dunkel ist könnte ein 2mA rotes LED bereits reichen. Mehr für die Fotodiode verwertbare Energie käme aus einem IR-LED. Die sind teuerer. Es gibt alte GaAs und neue GaAlAs. Wenn dann würde man wohl GaAlAs nehmen. Wenn die Membran transparent und/oder in pralleler Sonne ist muß man die Sendeenergie erhöhen und auch die Schaltungstechnik im OP des Verstärkers bezüglich Dynamik verbessern. Die Differenzmessung LED-off/LED-on sollte man ohnehin immer machen. Man kann dazu das Schieberegister ja CLEAR schalten.

Wegen der durchgebogenen Membran gibt es aber keine einzelnen Lichtschranken die voll unterbrochen sind. Sondern nur mehrere die mehr oder weniger bedämpft sind.

Zu dicht. Man braucht relativ wenig Lichtschranken weil man die Auflösung durch Interpolation erhöhen kann. Wie kompliziert die Software wird, wird man sehen.

MfG JRD

Leider etwas später und nur in 500x500 mm erhältlich, aber eventuell einen Blick wert:

de Vertrieb:

Ciao Ralf

Oho -- ja bin wohl ein bisschen von der eigentlichen Aufstellung, jede der 4 Kanten mit Fotodioden & LEDs abwechselnd (oder ähnliches) zu bestücken, abgekommen. Bin bei der Rechnung in so eine Richtung "gedriftet"

LEDS +------+ LEDS | | | | FDIODEN +------+ FDIODEN

Naja jedenfalls bedanke ich mich nocheinmal ganz herzlich für die ausführliche Hilfe! Wenn ich dann endlich einen Prototypen/ ein Modell beisammen habe und ich den Thread noch finde, werd' ich nochmal ein paar Daten loswerden :)

LG Thomas