Detección del valor de capacitancia de un material: para un sistema de identificación

Esta es una pregunta de seguimiento de '¿Cómo funciona un sistema capacitivo de identificación/firmas/detección? por ejemplo, Google Bloks'

En el proyecto 'Google Bloks'. Se crea una experiencia de programación tangible al permitir que los niños coloquen bloques de instrucciones físicas (Pucks) uno al lado del otro.

La computadora puede leer la secuencia de instrucciones y convertirla en un programa para, por ejemplo, controlar un robot.

Utiliza un sistema de detección capacitiva/identificación capacitiva para detectar si una tarjeta de instrucción es una tarjeta de "SIGUE ADELANTE" o "GIRA A LA IZQUIERDA" (por ejemplo).

Del documento técnico:

Los discos son fáciles de crear, por ejemplo, cortando papel o imprimiendo en 3D el formulario y luego dibujando la firma capacitiva con tinta conductora. Esto permite que cualquiera pueda realizar fácilmente un número infinito de comandos sobre la marcha.

Las Placas Base tienen su función especificada por el disco colocado sobre ellas. La placa base tiene un sensor capacitivo y un magnetómetro. El sensor capacitivo lee el comando expresado por el disco y el magnetómetro detecta el estado del control mecánico leyendo la posición del imán.

Las placas base pueden leer la firma capacitiva de un disco para identificarlo:

Placas base de Google Bloks

Estoy interesado en cómo Google Bloks usa la detección capacitiva para leer el patrón de pintura conductora y decodificarlo como un identificador de Puck.

Mirando las imágenes más de cerca, podemos ver los materiales utilizados para los discos: una capa (A) con una almohadilla conductora y la otra (B) un aislante.

Supongo que si uno pintara la capa aislante (B) con un poco de tinta conductora, entonces, junto con la capa A, el disco formaría un capacitor. El valor de su capacitancia variará según el patrón dibujado. De ahí la idea de una firma capacitiva que pueda identificar un disco.

Materiales del disco

Mis preguntas son:

  • ¿Funcionaría esto en la práctica? ¿Se podría leer de manera confiable el valor de la capacitancia para identificar de manera única un disco?

  • ¿Cómo detectar la capacitancia, sin contacto? Los discos no tienen contacto eléctrico con la placa base del 'lector'.

Supongo que sería un sensor de tapa de varias regiones que funciona de manera similar a cómo funciona la pantalla táctil de un teléfono. Una vez que tenga suficientes "píxeles de sentido capacitivos", podrá descifrar fácilmente el dibujo. Hay alrededor de un millón de ejemplos de fabricación de sensores capacitivos en varios sustratos y formas. Mire las ruedas de desplazamiento y los controles deslizantes para hacerse una idea de cómo funcionan los sensores multisegmento. Atmel también tiene un montón de notas de la aplicación Qtouch sobre este tema.

Respuestas (3)

ingrese la descripción de la imagen aquí

No es necesario tener ningún tipo de conexión conductiva entre la Base y el disco. En realidad, forma un condensador junto con los contactos de la base. Hay un condensador formado para cada una de las 8 superficies en la almohadilla y el círculo en el medio es un contacto común para todos los condensadores.

Los diferentes tipos de discos tienen diferentes números de superficies, de 1 a 8. El mínimo es uno porque la base debe reconocer que el disco está presente y si el disco no tiene ninguna superficie, será lo mismo que si no estuviera colocado en la base.

Si el disco no se puede girar sobre la base (hay una muesca en la imagen), entonces 8 superficies corresponden a 8 bits, lo que da 255 combinaciones diferentes (excluyendo 0). Si es posible una rotación de 90 grados, entonces tiene 4 bits para diferentes discos.

Las superficies se pueden detectar midiendo la capacitancia del capacitor correspondiente. Esto podría hacerse con muy buena precisión. Solo necesita establecer correctamente el umbral de capacitancia.

Creo que estás en el camino correcto. Pero te faltan algunos detalles. En primer lugar, no hay un límite de 8 bits en el espacio de identificación del disco. Google ha declarado que el espacio es "infinito". Hablan de 'firma capacitiva', por lo que es poco probable que este valor sea discreto. En segundo lugar, la 'firma capacitiva' se especifica dibujando un patrón con tinta conductora en un trozo de tarjeta o quizás en la capa aislante (B). Si tiene alguna idea sobre cómo podría funcionar esto...? ¡Gran diagrama!
¿Por qué crees que no hay un límite de 8 bits? El "espacio" no puede ser infinito. El circuito electrónico que mide capacitancia tiene un rango limitado, es decir, la capacitancia máxima que puede medir. Además, existe la diferencia mínima en capacitancia entre dos discos diferentes. Esto se debe a que la capacitancia varía con la posición del disco, el tamaño del espacio de aire y la tolerancia de producción de piezas. Por lo tanto, se requiere un paso de capacitancia mínimo para estar a salvo de errores de medición. No creo que la "tinta conductora" pueda ayudar en nada. En la imagen se pueden ver 8 superficies más una en el medio. Eso ES discreto.
El "espacio" o el número de discos diferentes se puede aumentar aumentando el número de almohadillas de cobre en el disco. No existe tal cosa como "firma capacitiva". Cualquiera que sea la forma del capacitor y los materiales utilizados, todo se reduce a la capacitancia que mide en los dos cables del capacitor. Entonces, capacitancia diferente = disco diferente. Se pueden hacer variaciones en el tamaño de las almohadillas de cobre, su número y dieléctrico, para aumentar el número de combinaciones diferentes. Pero aún debe haber un paso mínimo y un número máximo de combinaciones diferentes.
Así que esta pregunta estaba en el contexto del Proyecto Google Bloks. Es su afirmación "Esto permite que cualquiera pueda realizar fácilmente un número infinito de comandos sobre la marcha". Por lo tanto, esto implica claramente que no están limitados a tener 255 instrucciones diferentes.
Cuando leo eso, escucho que puedes crear tantas tarjetas de comando como materiales tengas para hacer. Es decir, puede que solo haya 255 comandos distintos, pero puede crearlos tantas veces como desee.

Hay una muesca en un lado de las etiquetas, lo que probablemente indica que las etiquetas deben colocarse en 1 (o 2) orientación. Tanto el tablero del sensor como las etiquetas consisten en una almohadilla central y 8 hojas. En la foto, todas las almohadillas están conectadas a la almohadilla central a través de pequeños trazos. Pero si se cortan diferentes trazos para diferentes etiquetas, podríamos tener 2^8 = 256 etiquetas diferentes (o 16 en el caso de 2 orientaciones posibles).

Mi conjetura es que, si la pista está conectada, entonces la almohadilla central y la hoja forman un oscilador RC (o una antena si lo desea). Enumerar cada almohadilla en el tablero del sensor no debe ser difícil.

Con respecto al magnetómetro, hay 2 de ellos, lo que tiene sentido. Para detectar la posición del "interruptor giratorio", la placa mide la relación de las lecturas del magnetómetro, no las lecturas absolutas. Junto con una sola muesca, parece que las etiquetas deben colocarse en una sola orientación.
Yo también estaba pensando en este sentido. Que había 8 pads, para un espacio de id de disco de 8 bits. Pero ver que los pads aquí están todos conectados, combinado con la afirmación de que el número de discos puede ser 'infinito' me ha llevado a pensar en soluciones alternativas.
Supongo que tienen etiquetas 'Y', 'O', 'NO' junto con etiquetas/cosas de E/S regulares, por lo que el potencial de codificación podría definirse como ilimitado :)
Sí ... buen intento ... pero no creo que realmente encaje con la afirmación "Esto permite que cualquiera pueda realizar fácilmente una cantidad infinita de comandos sobre la marcha"

Las placas conductoras en A están separadas entre sí por un espacio que actuaría como dieléctrico, por lo que las placas adyacentes actuarían como capacitor. Espero haber sido claro con la justificación.

Sanat.

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