Hallo, ich habe folgendes Szenario: - 2 Stäbe/Kugeln, die als Sensor dienen sollen. - Jeder dieser Sensoren ist mit je einem Pi Pico verbunden. - 2 Menschen, die in ihrer rechten Hand je einen dieser Sensoren halten Diese Menschen berühren sich mit der linken Hand PICO--O-Mensch----Mensch--O-PICO Ich möchte mit den Pi Picos nun feststellen 1) wird sein Sensor berührt? 2) berühren sich die beiden Menschen tatsächlich, bilden sie also eine Menschenkette? Meine Idee ist, dass ich die Kapazitätsentwicklung der Kugeln messe. Ich vermute, dass sich die Kapazität bei Berührung durch einen Menschen ändert und dass die Kapazität sich unterscheidet, je nachdem, ob die Menschen sich berühren, oder nicht. Ich bin eine elektronischer Noob. Nach ein paar Experimenten stellen sich mir nun eine ganze Menge Fragen: - Ist meine Idee grundsätzlich plausibel? - Wie messe ich die Kapazität bzw. deren Änderung am besten? - Wie würde ein (Ersatz-)Schaltbild aussehen? - Wie verhindere ich, dass ich nur die 50 Hz - Streuung der Menschen detektiere? - Mit welchen Größenordnungen muss bzw. kann ich rechnen? - Wie groß müssen z.B. Bypasskondensatoren für die Signalglättung sein? - Wie lange dauern die Zeiträume, bis ich die zu messenden Körperkondensatoren aufgeladen habe? - Welche Widerstände sollte ich verwenden? Gibt es irgendwo informative Quellen, die mir da weiterhelfen könnten? Gruß
Framlin schrieb: > PICO--O-Mensch----Mensch--O-PICO Und zwischen beiden Endpunkten ist keine elektrisch leitende Verbindung (z.B. über die Erde)? Bzw. es kann auch keine leitende Verbindung hergestellt werden, weil das geheimerweise batteriebetriebene Geräate sind? > Ich vermute, dass sich die Kapazität bei Berührung durch einen Menschen > ändert und dass die Kapazität sich unterscheidet, je nachdem, ob die > Menschen sich berühren, oder nicht. Dieser Ansatz funktioniert mit an Wahrscheinlichkeit grenzender Sicherheit nicht. Zumindest nicht zuverlässig und nicht in der Praxis. Denn das Hauptproblem ist: jeder Kondensator hat 2 Anschlüsse. Am einfachsten und funktionssicher wäre so ein Konzept:
1 | .---------------------------. elektrische Verbindung |
2 | | | |
3 | PICO--O-Mensch----Mensch--O-PICO |
Und dann "einfach" den Stromfluss messen...
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Framlin schrieb: > - Ist meine Idee grundsätzlich plausibel? Nein. Wie sollen die Sensoren in den rechten Händen erkennen, ob sich die Personen mit den linken Händen berühren? Das Problem (Feldverteilungen, Widerstände usw.) ist symmetrisch, an den Sensoren ändert sich nichts, wenn auf der abgewandten Seite eine Berührung stattfindet. Entweder meinst du das gar nicht so, oder du musst auf andere Technologien zurückgreifen. Z. B. Bildanalyse.
BEDENKENTRÄGERALARM! Ich hoffe doch, das ein Gerät das eine elektrische Verbindung zu den Händen eines Menschen hat entweder ausschließlich Batteriebetrieben ist oder ein hochwertiges Medizintechnik-Netzteil verwendet. Wir wollen doch alle nicht, das sich da jemand mit einem "lustigen" Tanz aus dem Leben abmeldet! ;) ENDE BEDENKENTRÄGERALARM Ein kapazitiver Sensor für die lokale Berührung und ein ohmscher Sensor mit Leitung zum anderen Gerät für die Gruppenbildung. Aber ich vermute, das ist ein Kunst- oder Spiel-Objekt, bei dem am Ende "jeder" ein solches Gerät trägt und die Situation "Lonestar" oder "Teamplayer" unterschieden werden soll, ohne das es Strippen gibt. Dürfte schwer werden, rein kapazitiv zuverlässig 2 Personen von einer zu unterscheiden, da der zu messende Kondensator ja von Schuhgröße, Körperabmessungen und Umgebungsbedingungen abhängig ist. Das Gerät könnte dann Probleme bekommen, kleine und große Leute alleine zu erkennen, ohne das mit heterogenen und homogenen Paaren zu verwechseln. Also 2 moppelige 2m-Kerls als Paar und ein dürres Kind als Extreme, mit der Überschneidung "ein Fetter Typ" und "2 sehr schlanke Leute".
Lothar M. schrieb: >> PICO--O-Mensch----Mensch--O-PICO > Und zwischen beiden Endpunkten ist keine elektrisch leitende Verbindung > (z.B. über die Erde)? Bzw. es kann auch keine leitende Verbindung > hergestellt werden, weil das geheimerweise batteriebetriebene Geräate > sind? Sorry, zwischen den Picos gibt es auf jeden Fall ein gemeinsames Ground. > Am einfachsten und funktionssicher wäre so ein Konzept: >
1 | > .---------------------------. elektrische Verbindung |
2 | > | | |
3 | > PICO--O-Mensch----Mensch--O-PICO |
4 | > |
> Und dann "einfach" den Stromfluss messen...
Ein Punkt ist, dass ich keine gemeinsame "Signalleitung" haben möchte.
Ich hab bei einer ähnlichen Installation gesehen, dass eine
Signalleitung über größere Entfernungen, an der man rumzerrt und die
dann auch mal ausgetauscht werden muss, ganz schnell dazu führt, dass
das Ganze nicht mehr funktioniert, weil die Signalübertragung gestört
wird.
Ich vermute, dass das kein so großes Problem ist, wenn es nur eine
gemeinsame Ground-Verbindung gibt.
Da es dann eingemeinsames Potential gibt, dachte ich mir, müsste es
möglich sein, die Kapazität, bzw. deren Änderung zu ermitteln .....
Durch wie viele Menschen kann man denn gefahrlos Strom fließen lassen?
Wie hoch dürfen Stromstärke, Spannung und ggf. Frequenz denn sein, damit
das absolut unbedeklich ist, auch für Herzschrittmacherträger usw. ?
Das ist zwar nur ein Spiel für ein Gartenfest, aber ich möchte natürlich
vermeiden, dass meine Nachbarn am Ende zuckend auf dem Rasen neben dem
Grill liegen ... ;-)
Danke für Deine Einschätzung!
Dieter R. schrieb: > Nein. Wie sollen die Sensoren in den rechten Händen erkennen, ob sich > die Personen mit den linken Händen berühren? Das Problem > (Feldverteilungen, Widerstände usw.) ist symmetrisch, an den Sensoren > ändert sich nichts, wenn auf der abgewandten Seite eine Berührung > stattfindet. Mein Theorie ist da folgende: Wenn sich die Personen mit den linken Händen berühren ändert sich die Kapazität, da zwei Menschen eine andere Kapazität haben, als ein Mensch. Ich hab bereits folgendes Experiment gemacht: Ich habe 2 Pi Picos genommen und an jeden eine kleine Kupferplatine angeschlossen. Die Kupferplatine ist über ein 1M Widerstand an ein GPIO-Pin angeschlossen, das 3.3V ausgibt und gleichzeitig an ein GPIO-ADC-Pin, mit dem ich die Spannung messen kann. Die beiden Picos sind via Ground miteinander verbunden. Wenn ich mit einer Hand einen "Sensor" an einem Pico berühre, kann ich das an der Spannung sehen, die fängt an, sehr stark um einen 1.7V-Pegel zu schwanken. Wenn ich dann gleichzeitig mit der anderen Hand den anderen Sensor am anderen Pico berühre, dann ändert sich der Spannungsverlauf. d.h. der Schwankungsbereich wird kleiner. Daraus schließe ich, dass der eine Sensor schon mitbekommt, wenn die andere Hand den anderen Sensor berührt. Ich hab das bislang noch nicht mit einem zweiten Menschen ausprobiert, weil ich mir nicht sicher bin, was ich da eigentlich messe, wenn ich diese Pegelschwankung erfasse.
Framlin schrieb: > Ich vermute ... dachte ich mir ... Nochmal die Kurzfassung: das mit der Kapazitätsmessung zur "Verbindungsermittlung" wird **GARANTIERT NICHT** funktionieren. Es ist eben nicht so, dass das, was man nicht ganz versteht, automatisch die Lösung eines Problems ist. Framlin schrieb: > Durch wie viele Menschen kann man denn gefahrlos Strom fließen lassen? > Wie hoch dürfen Stromstärke, Spannung und ggf. Frequenz denn sein, damit > das absolut unbedeklich ist, auch für Herzschrittmacherträger usw. Ich sehe da bei einem battetiebetriebenen Spielzeug keine Probleme. Und ein paar uA reichen schon zur Erfassung. Und als kleiner Impuls: auch die kapazitive Erfassung würde ganz ohne Stromfluss nicht funktionieren...
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Jens M. schrieb: > Aber ich vermute, das ist ein Kunst- oder Spiel-Objekt, Ja ganz genau. Das soll ein Spiel für ein Gartenfest werden, bei dem die Nachbarn zusammenwirken müssen, um mehrere solcher Röhren/Kugeln gemeinsam zum Leuchten zu bringen. Was ich vergessen hatte zu erwähnen, ist, dass die Picos in den Röhren/Kugeln über eine gemeinsame Ground-Leitung verbunden sind. Da es sich um Picos handelt, können sie über WLAN kommunizieren. Mein Idee ist, dass wenn z.B. zwei Picos die gleiche Kapazität an ihren "Touch-Sensoren" messen, man daraus schließen kann, dass entweder ein Mensch beide Sensoren berührt, oder sich zwei Menschen an einer Hand berühren, wenn sie mit der anderen Hand den Sensor berühren. Dabei setze ich darauf, dass es ein Unterschied ist, ob nur ein Mensch so einen Sensor berührt, oder ob es mehrere Menschen sind, die sich berühren. Ob der eine Mensch dabei groß ist und der andere klein, ist mir eigentlich egal. Mir kommt es nur darauf an, dass mehrere Menschen gemeinsam koordiniert eine Reihe von Röhren/Kugeln anfassen.
Lothar M. schrieb: > Es ist > eben nicht so, dass das, was man nicht ganz versteht, automatisch die > Lösung eines Problems ist. Da hast Du leider Recht. Ansonsten wüsste ich die Lösung für unendlich viele Probleme und würde für Weltfrieden sorgen und das Klima retten ;-) > Und als kleiner Impuls: auch die kapazitive Erfassung würde ganz *ohne* > Stromfluss nicht funktionieren... Ja klar, aber da schließe ich aus der Beobachtung von Millionen von Menschen, die kapazitative Touch-Oberflächen benutzen, dass daraus keine ernstzunehmenden Gesundheitsprobleme entstehen.
Framlin schrieb: > Mein Idee ist, dass wenn z.B. zwei Picos die gleiche Kapazität an > ihren "Touch-Sensoren" messen Der Witz ist, dass das "Ersatzschaltbild" eines Menschen eben wesentlich komplexer als nur ein Kondensator ist. Wenn du da noch ein paar Serien-, Übergangs- und Parallelwiderstände rein malst, dann erkennst du leicht, dass besonders bei einer nicht schwitzenden längeren Menschenkette beide Sensoren garantiert immer etwas anderes sehen. Oder genauer: dass du eben nicht garantieren kannst, dass bei gleicher gemessener Kapazität tatsächlich eine Verbindung hergestellt ist. Oder nimm einfach mal an, dass zwei identische Picos mit identischer Auswertung von 2 elektrisch identischen Menschen angefasst wierden, die sich aber nicht berühren... Du kannst also das von mir oben **FETT UND GROß** Geschriebene durchaus für bare Münze nehmen. Zum Thema Ekennungssicherheit: ein PCT (Projected Capacitive Touch, sowas wie auf deinem Handy oder Tablet) arbeitet mit Änderungen. Deshalb erkennt er auch einen Wassertropfen, bzw. er tickt aus, wenn ein Wassertropfen ins Spiel kommt. Die selbe Technologie willst du anwenden. Framlin schrieb: > Ja klar, aber da schließe ich aus der Beobachtung von Millionen von > Menschen, die kapazitative Touch-Oberflächen benutzen, dass daraus keine > ernstzunehmenden Gesundheitsprobleme entstehen. Du kannst garantiert auch Ströme im µA-Bereich fließen lassen, ohne dass einer aus den Latschen kippt. Denn sonst würden ebenso garantiert die Pole von 9V-Zellen niemals so offen nebeneinander herausragen... Aber seis drum: wenn du unbedingt und aus tiefster innerer Überzeugung was mit kapazitiven Sensoren basteln willst, dann tu das. Du solltest dir dann allerdings ein anderes Spiel heraussuchen.
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Lothar M. schrieb: > Aber seis drum: wenn du unbedingt und aus tiefster innerer Überzeugung > was mit kapazitiven Sensoren basteln willst, dann tu das. Du solltest > dir dann allerdings ein anderes Spiel heraussuchen. Nönö, ich hab da - mangels Ahnung - gar keine Überzeugung ;-) Ich hatte einfach nur den Verdacht, dass es viel schwerer ist, zu messen, ob ein Strom durch mehrere Menschen fließt, als Kapazitätsänderungen an einem Sensor zu vergleichen. Wenn das aber keinen Sinn macht, besteh ich nicht darauf. Dann schau ich einfach mal, was passiert, wenn ich mit meiner oben erwähnten Versuchsanordnung versuche den Strom zu messen. Danke für Deine Einschätzung!
Framlin schrieb: > wenn ich mit meiner oben erwähnten Versuchsanordnung versuche den Strom > zu messen. Ich würde es einfach mal mit einem Multimeter probieren: Prüfspitze an diese Sensoren anbringen und mit ein paar Probanden eine Kette bilden. Dann schauen, was sich da wann tut wenn die Kette ofeen und geschlossen ist. Wenn da was brauchbares herauskommt, hast du eine Chance, denn exakt das selbe Messverfahren willst du auch anwenden.
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Das mit dem Multimeter wird gehen. Mit Netzteilversorgten Pis dann nicht mehr, weil es da Ableitströme geben wird.
Jens M. schrieb: > Das mit dem Multimeter wird gehen. > Mit Netzteilversorgten Pis dann nicht mehr, weil es da Ableitströme > geben wird. Kommt aufs Netzteil an, denn es gibt auch netzversorgte Multimeter. Aber ich frage mich tatsächlich, wofür der zweite Pi da ist... ;-)
Habe was ganz Ähnliches mal mittels nur per 20V Zener geschütztem Mosfet gemacht. Das klappte zuverlässig sogar bei locker 10 Personen. Die Anwesenden konnten es erst nicht glauben, und dachten an einen Trick. Aber die LEDs leuchteten zuverlässig, sobald sich (für mich völlig unsichtbar) die letzten Personen im Kreis die Hand gaben.
Uwe S. schrieb: > Habe was ganz Ähnliches mal mittels nur per 20V Zener geschütztem Mosfet > gemacht. Das klappte zuverlässig sogar bei locker 10 Personen. Die Was für MOSFETs nimmt man denn da? Danke für die Anregung!
Lothar M. schrieb: > Aber ich frage mich tatsächlich, wofür der zweite Pi da ist... ;-) Ich möchte keinen Pi mit 20 Messleitungen und 20 Steuerleitungen zu 20 Kugeln, damit ich dann beliebige Kombinationen davon verbinden lassen kann. Statt dessen möchte ich die Röhren/Kugeln so unabhängig voneinander haben, wie nur möglich und vermute laienhaft, dass das mindeste, was ich brauche, eine gemeinsame Ground-Leitung ist. Die einzelnen "Knoten" können sich dann über WLAN unterhalten und feststellen, zwischen welchen Knoten eine leitende Verbindung besteht. Außerdem möchte ich noch eine Steuerzentrale haben, die vorgibt, welche der Knoten miteinander verbunden werden sollen. Die soll dann auch der AP sein.
Framlin schrieb: > 2 Stäbe/Kugeln, die als Sensor dienen sollen. Framlin schrieb: > 20 Messleitungen und 20 Steuerleitungen zu 20 Kugeln Hui, auf einmal sind es 10x mehr. In vielen Fällen werden dadurch Aufgaben 10x komplizierter. Ich glaube, du solltest das Spiel mal näher beschreiben. Was soll passieren, wenn sich eine Menschenkette in Y-Form mit 3 Enden oder in X-Form mit 4 oder gar noch mehr Enden bildet? Muss das dann auch erkannt werden? Wie schnell muss die Berührung/Verbindung denn eigentlich erkannt werden? Framlin schrieb: > Außerdem möchte ich noch Ich würde sagen, du musst zuallererst das Problem mit der zuverlässigen Erkennung der MEnschenkette hinbekommen. Die weitgehenden Träumereien mit der Vernetzung und zentralen Steuerung werden hinterher angeflanscht. Dass da irgendwer in unmittelbarer Nähe herumfunkt und Störstrahlung aussendet, macht die Erkennung selbstredend nicht einfacher.
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Framlin schrieb: > Was für MOSFETs nimmt man denn da? Praktisch irgendeinen Mosfet. Je nach dessen Kapazität dauert es natürlich ein paar Sekunden, bis die Gatespannung ausreichend hoch, und auch wieder gefallen ist. Die Abschaltzeit kannst du allerdings mit der Zener steuern, mit fallender Zenerspannung steigen ja deren Leckströme. Es war damals einfach ne selbstgebaute Taschenlampe, die ich per Mosfet schaltete. Während ner Party kamen wir dann auf die Idee, den Gatestrom über alle Anwesenden fließen zu lassen, und das klappte weit besser als erwartet.
Lothar M. schrieb: > Hui, auf einmal sind es 10x mehr. In vielen Fällen werden dadurch > Aufgaben 10x komplizierter. > Ich glaube, du solltest das Spiel mal näher beschreiben. Schwer zu beschreiben, weil absichtlich unspezifisch. Ich hab in den letzten Jahren mehrere vergleichbare Spiele und/oder Installationen gesehen. Was ich dabei als gemeinsames Problem beobachtet habe, ist, dass die alle sehr speziell sind. Also ne bestimmte Anzahl von "Knoten", ne bestimmte Anordnung, ne bestimmte Art der Verbindung, etc.. Das wiederum führt regelmäßig zu Problemen in der Handhabung. Es ist aufwändig bis unmöglich da Änderungen durchzuführen, die Wiederverwendbarkeit ist eingeschränkt usw. (halt primär HARD-Ware ;-) ) Da ich aus der Softwarewelt komme, will ich das genau anders rum haben. Ich möchte ein abstrakteres und allgemeineres Prinzip, das dann ohne großen Aufwand Anpassungen in vielerlei Hinsicht zulässt. So weit die ideale Theorie ;-) > Was soll passieren, wenn sich eine Menschenkette in Y-Form mit 3 Enden > oder in X-Form mit 4 oder gar noch mehr Enden bildet? Muss das dann auch > erkannt werden? Ja genau, da soll z.B. alles erkannt werden. Ich will mich eigentlich möglichst gar nicht festlegen, welche Konstellationen es geben können soll. Das soll später die Software festlegen. Ich stell mir das so vor, dass ein Knoten erkennt, wenn er berührt wird und dass mehrere Knoten durch Kommunikation miteinander herausfinden können, welche Knoten gleichzeitig gemeinsam berührt werden. So was in der Art wie: Knoten A: "Ich werde berührt und ich empfange an meinem Touch-Sensor eine Signal von 10 kHz." Knoten B: "Ich werde berührt und sende gerade 10 kHz über meinen Touch-Sensor" Da sowohl Knoten A, als auch Knoten B, als auch die Zentrale diese Mitteilungen hören, können sie gemeinsam herausfinden, dass gerade Knoten A und Knoten B gemeinsam berührt werden und die Zentrale kann auch noch feststellen, ob das zu ihrer Vorgabe passt, oder nicht. (Ursprünglich hatte ich dabei statt Signalen mit kHz, Kapazitäten in pF im Sinn, aber wenn das - wie oben geschrieben - gar nicht funktionieren KANN, dann bin ich da flexibel. > Wie schnell muss die Berührung/Verbindung denn eigentlich erkannt > werden? Ich würd mal sagen innerhalb einer halben Sekunde oder so. > Framlin schrieb: >> Außerdem möchte ich noch > Ich würde sagen, du musst zuallererst das Problem mit der zuverlässigen > Erkennung der MEnschenkette hinbekommen. Ja genau, daher hab ich ja in diesem Thread erst mal die Frage nach der Menschenkettenerkennung gestellt. D.h. ich möchte erst mal zwischen zwei Knoten so eine Kette aus mindestens 2 Menschen zuverlässig erkennen. Und mein Grundansatz ist aus oben genannten Gründen, dass jeder Knoten so autonom wie möglich sein sollte und dass Sensor und primäre Sensordatenverarbeitung möglichst nah beieinander liegen. Daher der Ansatz, dass ein Knoten aus einer Kugel oder Röhre besteht, die einen Pi Pico enthält und außen ein Kupferband oder dergl um die Berührung zu detektieren. Zwischen dem Kupferband und den Pins des Pi Pico kann dann auch noch ne kleine Schaltung sitzen, wenn das z.B. für die Signalverstärkung notwendig ist.
Wenn du die "Haltung" mechanisch machst, also einen Griff, den man quetschen muss o.ä., bist du das eine Problem sicher los. Das andere löst du vielleicht, in dem du immer reihum einen der Griffe einen Puls aussenden lässt, und die anderen hören zu.
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