Erfassen des Kapazitätswertes eines Materials - für ein ID-System

Dies ist eine Folgefrage zu „Wie funktioniert ein kapazitives ID-/Signatur-/Sensorsystem? zB Google Bloks'

Im Projekt „Google Bloks“. Ein greifbares Programmiererlebnis wird dadurch geschaffen, dass Kinder physische Anweisungsblöcke (Pucks) nebeneinander platzieren können.

Der Computer ist in der Lage, die Folge von Anweisungen zu lesen und sie in ein Programm umzuwandeln, um beispielsweise einen Roboter zu steuern.

Es verwendet ein kapazitives Erfassungs-/kapazitives ID-System, um zu erkennen, ob eine Anweisungskarte eine „GO FORWARD“- oder eine „LINKS ABBIEGEN“-Karte ist (zum Beispiel).

Aus dem technischen Whitepaper:

Pucks lassen sich einfach erstellen, beispielsweise durch Schneiden von Papier oder 3D-Drucken der Form und anschließendes Zeichnen der kapazitiven Signatur mit leitfähiger Tinte. Dies ermöglicht eine unendliche Anzahl von Befehlen, die von jedem einfach im laufenden Betrieb ausgeführt werden können.

Die Funktion der Base Boards wird durch den darauf platzierten Puck festgelegt. Das Basisboard hat einen kapazitiven Sensor und ein Magnetometer. Der kapazitive Sensor liest den vom Puck ausgedrückten Befehl, und das Magnetometer erkennt den Zustand der mechanischen Steuerung, indem es die Magnetposition liest.

Die Basisplatinen können die kapazitive Signatur eines Pucks lesen, um ihn zu identifizieren:

Google Bloks-Basisplatinen

Ich interessiere mich dafür, wie Google Bloks die kapazitive Erkennung verwendet, um das leitfähige Farbmuster zu lesen und es als Puck-Kennung zu entschlüsseln.

Wenn wir uns die Bilder genauer ansehen, können wir die für die Pucks verwendeten Materialien sehen - eine Schicht (A) mit einem leitfähigen Pad und die andere (B) einen Isolator.

Meine Vermutung ist, dass, wenn man die isolierende Schicht (B) mit etwas leitfähiger Tinte bemalen würde, der Puck zusammen mit Schicht A einen Kondensator bilden würde. Der Wert seiner Kapazität variiert je nach gezeichnetem Muster. Daher die Idee einer kapazitiven Signatur , die einen Puck identifizieren kann.

Puck-Materialien

Meine Fragen sind:

  • Würde das in der Praxis funktionieren? Könnte der Kapazitätswert zuverlässig gelesen werden, um einen Puck eindeutig zu identifizieren?

  • Wie erkennt man die Kapazität, kontaktlos? Die Pucks haben keinen elektrischen Kontakt mit der Basisplatine des „Lesegeräts“.

Meine Vermutung wäre ein Kappensensor für mehrere Regionen, der ähnlich funktioniert wie der Touchscreen eines Telefons. Sobald Sie genügend "kapazitive Sensorpixel" haben, können Sie die Zeichnung leicht herausfinden. Es gibt etwa eine Million Beispiele für die Herstellung kapazitiver Sensoren auf verschiedenen Substraten und Formen. Sehen Sie sich Scrollräder und Schieberegler an, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie Mehrsegmentsensoren funktionieren. Atmel hat auch eine Reihe von Qtouch-Anwendungshinweisen zu diesem Thema.

Antworten (3)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es ist keine leitende Verbindung zwischen Base und Puck erforderlich. Zusammen mit Basiskontakten bildet es tatsächlich einen Kondensator. Es gibt einen Kondensator, der für jede der 8 Oberflächen auf dem Pad gebildet ist, und der Kreis in der Mitte ist ein gemeinsamer Kontakt für alle Kondensatoren.

Verschiedene Pucktypen haben eine unterschiedliche Anzahl von Oberflächen, von 1 bis 8. Das Minimum ist eine, da die Basis erkennen muss, dass ein Puck vorhanden ist, und wenn der Puck keine Oberflächen hat, ist es dasselbe, als ob er nicht auf der Basis platziert wäre.

Wenn der Puck nicht auf der Basis gedreht werden kann (es gibt eine Kerbe im Bild), dann entsprechen 8 Oberflächen 8 Bits, was 255 verschiedene Kombinationen (außer 0) ergibt. Wenn eine Drehung um 90 Grad möglich ist, haben Sie 4 Bits für verschiedene Pucks.

Die Oberflächen können durch Messen der Kapazität des entsprechenden Kondensators erfasst werden. Dies konnte mit sehr guter Genauigkeit durchgeführt werden. Sie müssen nur die Kapazitätsschwelle richtig einstellen.

Ich denke, Sie sind auf dem richtigen Weg. Aber Sie vermissen einige Details. Erstens gibt es keine 8-Bit-Grenze für den Puck-ID-Raum. Google hat angegeben, dass der Raum "unendlich" ist. Sie sprechen von „kapazitiver Signatur“, daher ist es unwahrscheinlich, dass dieser Wert diskret ist. Zweitens wird die „kapazitive Signatur“ angegeben, indem ein Muster mit leitfähiger Tinte auf ein Stück Karton oder vielleicht auf die Isolatorschicht (B) gezeichnet wird. Wenn Sie eine Idee haben, wie das funktionieren könnte ... ? Tolles Diagramm!
Warum gibt es Ihrer Meinung nach keine 8-Bit-Grenze? „Raum“ kann nicht unendlich sein. Eine elektronische Schaltung, die die Kapazität misst, hat einen begrenzten Bereich, d. h. die maximale Kapazität, die sie messen kann. Außerdem gibt es den minimalen Kapazitätsunterschied zwischen zwei verschiedenen Pucks. Dies liegt daran, dass die Kapazität mit der Position des Pucks, der Größe des Luftspalts und der Fertigungstoleranz der Teile variiert. Es ist also ein minimaler Kapazitätsschritt erforderlich, um vor Messfehlern sicher zu sein. Ich glaube nicht, dass "leitfähige Tinte" irgendetwas helfen könnte. Auf dem Bild sind 8 Flächen plus eine in der Mitte zu sehen. Das IST diskret.
Der "Raum" oder die Anzahl der verschiedenen Pucks kann erhöht werden, indem die Anzahl der Kupferpads auf dem Puck erhöht wird. Es gibt keine "kapazitive Signatur". Unabhängig von der Form des Kondensators und den verwendeten Materialien kommt es auf die Kapazität an, die Sie an den beiden Drähten des Kondensators messen. Also unterschiedliche Kapazität = unterschiedlicher Puck. Variationen können in der Größe der Kupferpads, ihrer Anzahl und ihrem Dielektrikum vorgenommen werden, um die Anzahl verschiedener Kombinationen zu erhöhen. Aber dennoch muss es einen Mindestschritt und eine maximale Anzahl verschiedener Kombinationen geben.
Diese Frage stand also im Kontext des Google Bloks-Projekts. Es ist ihre Behauptung "Dies ermöglicht es, dass eine unendliche Anzahl von Befehlen von jedem leicht im laufenden Betrieb ausgeführt werden kann". Dies impliziert also eindeutig, dass sie nicht darauf beschränkt sind, 255 verschiedene Anweisungen zu haben.
Wenn ich das lese, höre ich, dass Sie so viele Befehlskarten erstellen können, wie Sie Materialien herstellen müssen. Das heißt, es gibt vielleicht nur 255 verschiedene Befehle, aber Sie können sie so oft erstellen, wie Sie wollen.

An einer Seite der Etiketten befindet sich eine Kerbe, die wahrscheinlich darauf hinweist, dass die Etiketten in 1 (oder 2) Ausrichtung platziert werden sollen. Sowohl die Sensorplatine als auch die Tags bestehen aus einem zentralen Pad und 8 Blättern. Auf dem Foto sind alle Pads über kleine Spuren mit dem zentralen Pad verbunden. Aber wenn verschiedene Spuren für verschiedene Tags geschnitten werden, könnten wir 2 ^ 8 = 256 verschiedene Tags haben (oder 16 im Fall von 2 möglichen Ausrichtungen).

Meine Vermutung ist, dass, wenn die Schiene angeschlossen ist, das zentrale Pad und das Blatt einen RC-Oszillator (oder eine Antenne, wenn Sie möchten) bilden. Das Aufzählen jedes Pads in der Sensorplatine sollte nicht schwer sein.

In Bezug auf das Magnetometer gibt es 2 davon, was Sinn macht. Um die Position des "Drehschalters" zu erkennen, misst die Platine das Verhältnis der Magnetometer-Messwerte, nicht die absoluten Messwerte. Zusammen mit einer einzelnen Kerbe scheinen Tags nur in einer Ausrichtung platziert zu werden.
In diese Richtung dachte ich auch. Dass es 8 Pads für einen 8-Bit-Puck-ID-Raum gab. Aber zu sehen, dass die Pads hier alle miteinander verbunden sind, kombiniert mit der Aussage, dass die Anzahl der Pucks "unendlich" sein kann, hat mich dazu gebracht, über alternative Lösungen nachzudenken.
Ich denke, sie haben 'AND', 'OR', 'NOT' Tags neben regulären E/A-Tags/Zeug, sodass das Codierungspotential als unbegrenzt definiert werden könnte :)
Ja .... netter Versuch ... aber ich denke nicht, dass es wirklich zu der Aussage passt "Damit können von jedermann eine unendliche Anzahl von Befehlen problemlos im laufenden Betrieb ausgeführt werden"

Die leitenden Platten in A sind durch einen Spalt voneinander getrennt, der als Dielektrikum wirken würde, wodurch die benachbarten Platten als Kondensator wirken würden. Ich hoffe, ich bin mit der Begründung klar.

Sanat.

Erfassen des Kapazitätswertes eines Materials - für ein ID-System
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v