Textiler Drucksensor

Type: Semester thesis
Student: Roland Tresch and Martin Pfister
Advisor: Jan Meyer
Project: Textile Pressure Sensor

Der Textile Drucksensor besteht aus elektrisch leitenden Textilflächen, zwischen denen ein komprimierbarer Stoff eingefügt ist. Für diese Anordnung entwickelten wir eine Auswerteelektronik, welche es erlaubt, die kleinen Kapazitäten zwischen den leitenden Textilflächen zu messen und die Werte auf einem Personalcomputer geeignet darzustellen.

Mit Hilfe zahlreicher Simulationen haben wir eine Schaltung ausgewählt, die den Kapazitätsbereich des textilen Sensors von 3-6pF am besten auflöst und die Kapazitätswerte in eine zum Druckwert proportionale konstante Spannung umwandelt. Die Schaltung verwendet die Methode der Strommessung. Durch Veränderungen einiger Funktionsblöcke liess sich diese Schaltung in unseren gesamten Hardwareaufbau integrieren. Den sequentiellen Ablauf des Auslesens der verschiedenen Druckpunkte steuert der Mikrocontroller. Selektiert werden die Leitungen zum textilen Sensor über Analog-Multiplexer. Weiterverarbeitet werden die Daten des Sensorsystems im Personalcomputer des Benutzers, welcher über seine USB Schnittstelle mit der Auswerteschaltung kommuniziert und zusätzlich die Energieversorgung gewährleistet. Der gesamte Hardwareaufbau wurde von uns entwickelt und auf einem Print in SMT (Surface Mount Technology) realisiert. Dafür erstellten wir mit Protel99 ein Schema sowie ein möglichst kompaktes PCB Layout, unter dessen Verwendung der Print am Institut für Elektronik produziert wurde.

Print der Auswerteelektronik

Das Bestücken des Prints lief parallel zum Schreiben der Software für den Mikrocontroller. Nach einigen kleinen Fehlerkorrekturen konnte das System getestet werden und die Genauigkeit der ausgelesenen Daten überprüft werden. Der Kapazitätswert kann auf 0.05pF genau gemessen werden. Damit der Benutzer des Systems die Hardware steuern kann und die Druckwerte geeignet lesen kann, programmierten wir ein Dialogfenster mit Viaul C++ und MFC. Der Benutzer kann mittels Steuerbefehlen die Hardware starten und stoppen. Die Druckwerte werden in Farbfeldern und Text ausgegeben, welche periodisch ausgegeben werden. Die 16 Ausgabefelder werden ungefähr alle fünf Sekunden aktualisiert.

Das gesamte System ist von uns so entwickelt worden, dass Weiterentwicklungen und Modifikationen mit geringem Aufwand vorgenommen werden können.