Un sensore capacitivo è uno dei tipi di sensori senza contatto, il cui principio di funzionamento si basa sulla variazione della costante dielettrica del mezzo tra due piastre del condensatore. Serve una copertura sensore tattile circuiti sotto forma di piastra o filo metallico, e il secondo è una sostanza elettricamente conduttiva, come il metallo, l'acqua o il corpo umano.

Quando si sviluppa un sistema accensione automatica fornitura di acqua al WC per il bidet, si è reso necessario l'utilizzo di un sensore di presenza capacitivo e la commutazione con alta affidabilità, resistenza al cambiamento temperatura esterna, umidità, polvere e tensione di alimentazione. Volevo anche eliminare la necessità che una persona toccasse i controlli del sistema. I requisiti presentati potrebbero essere soddisfatti solo da circuiti di sensori tattili che funzionano secondo il principio della variazione della capacità. Non sono riuscito a trovare uno schema già pronto che soddisfacesse i requisiti necessari, quindi ho dovuto svilupparlo da solo.

Il risultato è un sensore tattile capacitivo universale che non richiede configurazione e reagisce all'avvicinamento di oggetti elettricamente conduttivi, inclusa una persona, a una distanza fino a 5 cm. L'ambito di applicazione del sensore tattile proposto non è limitato. Può essere utilizzato, ad esempio, per accendere luci, impianti allarme antifurto, determinando il livello dell'acqua e in molti altri casi.

Schemi elettrici

Per controllare l'afflusso d'acqua nel bidet del WC erano necessari due sensori tattili capacitivi. Un sensore doveva essere installato direttamente sulla toilette; doveva produrre un segnale logico zero in presenza di una persona e in assenza di un segnale logico uno. Il secondo sensore capacitivo avrebbe dovuto fungere da interruttore dell'acqua e trovarsi in uno dei due stati logici.

Quando la mano veniva avvicinata al sensore, il sensore doveva cambiare lo stato logico in uscita - dallo stato iniziale allo stato logico zero, quando la mano veniva nuovamente toccata, dallo stato zero allo stato logico uno. E così via all'infinito, purché l'interruttore touch riceva un segnale di abilitazione di zero logico dal sensore di presenza.

Circuito del sensore tattile capacitivo

La base del circuito del sensore di presenza tattile capacitivo è un generatore di impulsi rettangolare principale, realizzato secondo lo schema classico su due elementi logici del microcircuito D1.1 e D1.2. La frequenza del generatore è determinata dalle caratteristiche degli elementi R1 e C1 e viene selezionata intorno a 50 kHz. Il valore della frequenza non ha praticamente alcun effetto sul funzionamento del sensore capacitivo. Ho cambiato la frequenza da 20 a 200 kHz e visivamente non ho notato alcun effetto sul funzionamento del dispositivo.

Dal pin 4 del chip D1.2 forma rettangolare attraverso il resistore R2 va agli ingressi 8, 9 del microcircuito D1.3 e attraverso il resistore variabile R3 agli ingressi 12,13 di D1.4. Il segnale arriva all'ingresso del microcircuito D1.3 con un leggero cambiamento nella pendenza del fronte dell'impulso dovuto a sensore installato, che è un pezzo di filo o piastra metallica. All'ingresso D1.4, a causa del condensatore C2, cambia il fronte per il tempo necessario a ricaricarlo. Grazie alla presenza della resistenza di trimming R3 è possibile impostare il fronte dell'impulso sull'ingresso D1.4 uguale al fronte dell'impulso sull'ingresso D1.3.

Se avvicini la mano o un oggetto metallico all'antenna (sensore tattile), la capacità all'ingresso del microcircuito DD1.3 aumenterà e la parte anteriore dell'impulso in ingresso verrà ritardata nel tempo rispetto alla parte anteriore dell'impulso arrivando all'ingresso DD1.4. Per "catturare" questo ritardo, gli impulsi invertiti vengono inviati al chip DD2.1, che è un flip-flop D che funziona come segue. Lungo il fronte positivo dell'impulso che arriva all'ingresso del microcircuito C, il segnale che in quel momento era all'ingresso D viene trasmesso all'uscita del trigger. Di conseguenza, se il segnale all'ingresso D non cambia, gli impulsi in ingresso a l'ingresso di conteggio C non influenza il livello del segnale di uscita. Questa proprietà del trigger D ha permesso di realizzare un semplice sensore tattile capacitivo.

Quando la capacità dell'antenna, a causa dell'avvicinamento del corpo umano ad essa, all'ingresso di DD1.3 aumenta, l'impulso viene ritardato e questo fissa il trigger D, modificandone lo stato di uscita. Il LED HL1 viene utilizzato per indicare la presenza della tensione di alimentazione, mentre il LED HL2 viene utilizzato per indicare la vicinanza al sensore touch.

Circuito dell'interruttore tattile

Il circuito del sensore tattile capacitivo può essere utilizzato anche per azionare l'interruttore tattile, ma con una piccola modifica, poiché non deve solo rispondere all'avvicinarsi del corpo umano, ma anche rimanere in uno stato stabile dopo che la mano viene rimossa. Per risolvere questo problema, abbiamo dovuto aggiungere un altro trigger D, DD2.2, all'uscita del sensore tattile, collegato tramite un divisore per due circuiti.

Il circuito del sensore capacitivo è stato leggermente modificato. Per escludere falsi allarmi, poiché una persona può avvicinare e allontanare lentamente la mano, a causa della presenza di interferenze, il sensore può emettere diversi impulsi all'ingresso di conteggio D del grilletto, violando l'algoritmo di funzionamento richiesto dell'interruttore. Pertanto, è stata aggiunta una catena RC di elementi R4 e C5, che per un breve periodo ha bloccato la possibilità di cambiare il grilletto D.

Il trigger DD2.2 funziona allo stesso modo di DD2.1, ma il segnale all'ingresso D non viene fornito da altri elementi, ma dall'uscita inversa di DD2.2. Di conseguenza, lungo il fronte positivo dell'impulso che arriva all'ingresso C, il segnale all'ingresso D cambia al contrario. Ad esempio, se nello stato iniziale sul pin 13 era presente uno zero logico, alzando una volta la mano sul sensore, il grilletto cambierà e verrà impostato uno zero logico sul pin 13. La prossima volta che interagirai con il sensore, il pin 13 verrà nuovamente impostato su zero logico.

Per bloccare l'interruttore in assenza di una persona nella toilette, viene fornita un'unità logica dal sensore all'ingresso R (impostazione zero all'uscita del grilletto, indipendentemente dai segnali su tutti gli altri ingressi). Uno zero logico viene impostato all'uscita dell'interruttore capacitivo, che viene fornito attraverso il cablaggio alla base del transistor chiave per l'attivazione dell'elettrovalvola nell'unità di alimentazione e commutazione.

Il resistore R6, in assenza di un segnale di blocco dal sensore capacitivo in caso di guasto o interruzione del filo di controllo, blocca il grilletto all'ingresso R, eliminando così la possibilità di approvvigionamento idrico spontaneo nel bidet. Il condensatore C6 protegge l'ingresso R dalle interferenze. Il LED HL3 serve per indicare la riserva d'acqua nel bidet.

Design e dettagli dei sensori tattili capacitivi

Quando ho iniziato a sviluppare un sistema di sensori per l'approvvigionamento idrico nel bidet, il compito più difficile mi è sembrato essere lo sviluppo di un sensore capacitivo di presenza. Ciò era dovuto a una serie di limitazioni di installazione e funzionamento. Non volevo che il sensore fosse collegato meccanicamente al coperchio del WC, poiché deve essere rimosso periodicamente per il lavaggio e non interferirebbe con sanificazione la toilette stessa. Ecco perché ho scelto un contenitore come elemento reattivo.

Sensore di presenza

Sulla base dello schema pubblicato sopra, ho realizzato un prototipo. Le parti del sensore capacitivo sono assemblate su un circuito stampato; la scheda è posta in una scatola di plastica e chiusa con un coperchio. Per collegare l'antenna, nella custodia è installato un connettore a quattro pin RSh2N per fornire la tensione di alimentazione e il segnale; Il circuito stampato è collegato ai connettori mediante saldatura conduttori in rame nell'isolamento fluoroplastico.

Il sensore tattile capacitivo è assemblato su due microcircuiti della serie KR561, LE5 ​​e TM2. Invece del microcircuito KR561LE5, puoi utilizzare KR561LA7. Sono adatti anche i microcircuiti della serie 176 e gli analoghi importati. Resistori, condensatori e LED si adattano a qualsiasi tipo. Condensatore C2, per il funzionamento stabile del sensore capacitivo quando si opera in condizioni di grandi fluttuazioni di temperatura ambiente deve essere preso con un piccolo TKE.

Il sensore è installato sotto la piattaforma della toilette su cui è installato cisterna in un luogo dove, in caso di perdita del serbatoio, non possa entrare acqua. Il corpo del sensore è incollato alla toilette tramite nastro biadesivo.

Il sensore dell'antenna del sensore capacitivo è un pezzo di filo di rame intrecciato lungo 35 cm isolato con fluoroplastico, incollato con nastro trasparente sulla parete esterna del water un centimetro sotto il piano dei bicchieri. Il sensore è chiaramente visibile nella foto.

Per regolare la sensibilità del sensore tattile, dopo averlo installato sulla toilette, modificare la resistenza del resistore di regolazione R3 in modo che il LED HL2 si spenga. Successivamente, posiziona la mano sul coperchio del WC sopra la posizione del sensore, il LED HL2 dovrebbe accendersi, se togli la mano dovrebbe spegnersi. Poiché la coscia umana in massa più mani, quindi durante il funzionamento il sensore tattile, dopo tale regolazione, sarà garantito il funzionamento.

Design e dettagli dell'interruttore tattile capacitivo

Il circuito dell'interruttore tattile capacitivo ha più parti ed era necessario un alloggiamento più grande per accoglierle e, per ragioni estetiche, aspetto L'alloggiamento in cui si trovava il sensore di presenza non era molto adatto per l'installazione in un luogo visibile. La presa a muro RJ-11 per il collegamento di un telefono ha attirato l'attenzione. Era della taglia giusta e sembrava bello. Dopo aver rimosso tutto ciò che non è necessario dalla presa, ho inserito al suo interno un circuito stampato per un interruttore tattile capacitivo.

Mettere al sicuro scheda a circuito stampato Alla base del case è stato installato un supporto corto e ad esso è stato avvitato un circuito stampato con parti di interruttori tattili mediante una vite.

Il sensore capacitivo è stato realizzato incollando un foglio di ottone sul fondo del coperchio della presa con colla Moment, avendo precedentemente ritagliato una finestra per i LED al suo interno. Quando si chiude il coperchio, la molla (prelevata da un accendino a pietra focaia) entra in contatto con la lamina di ottone e garantisce così il contatto elettrico tra il circuito e il sensore.

L'interruttore tattile capacitivo viene montato a parete tramite una vite autofilettante. A questo scopo è previsto un foro nell'alloggiamento. Successivamente, la scheda e il connettore vengono installati e il coperchio viene fissato con i fermi.

La configurazione di un interruttore capacitivo non è praticamente diversa dalla configurazione del sensore di presenza sopra descritta. Per configurarlo è necessario applicare la tensione di alimentazione e regolare la resistenza in modo che il LED HL2 si accenda quando si avvicina una mano al sensore e si spenga quando viene rimosso. Successivamente, è necessario attivare il sensore tattile e spostare e rimuovere la mano dal sensore dell'interruttore. Il LED HL2 dovrebbe lampeggiare e il LED rosso HL3 dovrebbe accendersi. Quando la mano viene rimossa, il LED rosso dovrebbe rimanere illuminato. Quando si alza nuovamente la mano o si allontana il corpo dal sensore, il LED HL3 dovrebbe spegnersi, ovvero chiudere l'alimentazione idrica nel bidet.

PCB universale

Presentato sopra sensori capacitivi assemblato su circuito stampato, leggermente diverso dal circuito stampato mostrato sotto in fotografia. Ciò è dovuto alla combinazione di entrambi i circuiti stampati in uno universale. Se si monta un interruttore tattile, è necessario tagliare solo la traccia numero 2. Se si monta un sensore di presenza tattile, la traccia numero 1 viene rimossa e non tutti gli elementi vengono installati.

Gli elementi necessari al funzionamento del touch switch, ma che interferiscono con il funzionamento del sensore di presenza, R4, C5, R6, C6, HL2 e R4, non sono installati. Invece di R4 e C6, i ponticelli sono saldati. La catena R4, C5 può essere lasciata. Non influenzerà il lavoro.

Di seguito è riportato un disegno di un circuito stampato per la zigrinatura utilizzando il metodo termico di applicazione delle tracce sulla lamina.

È sufficiente stampare il disegno su carta lucida o carta da lucidi e il modello è pronto per realizzare un circuito stampato.

Il funzionamento senza problemi dei sensori capacitivi per il sistema di controllo touch per l'approvvigionamento idrico nel bidet è stato confermato nella pratica in tre anni di funzionamento continuo. Non sono stati registrati malfunzionamenti.

Tuttavia, voglio sottolineare che il circuito è sensibile al potente rumore impulsivo. Ho ricevuto un'e-mail in cui mi chiedevo aiuto per configurarlo. Si è scoperto che durante il debug del circuito c'era un saldatore con un regolatore di temperatura a tiristori nelle vicinanze. Dopo aver spento il saldatore, il circuito ha iniziato a funzionare.

C'è stato un altro caso simile. Il sensore capacitivo è stato installato in una lampada collegata alla stessa presa del frigorifero. Quando è stato acceso, la luce si è accesa e quando si è spenta di nuovo. Il problema è stato risolto collegando la lampada ad un'altra presa.

Ho ricevuto una lettera sull'applicazione riuscita del circuito del sensore capacitivo descritto per la regolazione del livello dell'acqua serbatoio di stoccaggio fatto di plastica. Nelle parti inferiore e superiore era presente un sensore incollato con silicone, che controllava l'accensione e lo spegnimento dell'elettropompa.

In questo articolo esamineremo da vicino (ma non troppo in profondità) i principi dell'elettricità che ci consentono di rilevare il tocco di un dito umano utilizzando poco più di un semplice condensatore.

I condensatori possono essere sensibili al tocco

Negli ultimi dieci anni circa, è diventato davvero difficile immaginare un mondo con l’elettronica senza sensori tattili. Gli smartphone ne sono l’esempio più visibile e diffuso, ma naturalmente esistono numerosi altri dispositivi e sistemi dotati di sensori tattili. Sia la capacità che la resistenza possono essere utilizzate per costruire sensori tattili; in questo articolo discuteremo solo dei sensori capacitivi, che sono più preferibili nell'implementazione.

Sebbene le applicazioni basate su sensori capacitivi possano essere piuttosto complesse, principi fondamentali I principi alla base di questa tecnologia sono abbastanza semplici. Infatti, se comprendi il concetto di capacità e i fattori che determinano la capacità di un particolare condensatore, sei sulla strada giusta per comprendere il funzionamento dei sensori tattili capacitivi.

I sensori tattili capacitivi rientrano in due categorie principali: basati sulla capacità reciproca e basati sulla capacità propria. Per i display touch è preferibile il primo di questi, in cui il condensatore del sensore è costituito da due terminali che fungono da elettrodi di emissione e di ricezione. Quest'ultimo, in cui un terminale del condensatore del sensore è collegato a terra, è un approccio diretto adatto per un pulsante a sfioramento, uno slider o una rotella. In questo articolo esamineremo i sensori basati sulla capacità intrinseca.

Condensatore basato su PCB

I condensatori possono essere vari tipi. Siamo tutti abituati a vedere la capacità sotto forma di componenti con piombo o pacchetti a montaggio superficiale, ma in realtà tutto ciò di cui hai veramente bisogno sono due conduttori separati da un materiale isolante (cioè dielettrico). Pertanto, è abbastanza semplice creare un condensatore utilizzando solo strati elettricamente conduttivi separati scheda a circuito stampato. Ad esempio, si consideri la seguente vista dall'alto e la vista laterale di un condensatore del circuito stampato utilizzato come pulsante touch (notare la transizione a un altro strato PCB nell'illustrazione della vista laterale).

La separazione isolante tra il pulsante a sfioramento e il rame circostante è creata da un condensatore. In questo caso, il rame circostante è collegato a terra e quindi il nostro pulsante a sfioramento può essere modellato come un condensatore tra il pad del segnale tattile e la terra.

Ora potresti voler sapere quanta capacità fornisce effettivamente questo layout PCB. Inoltre, come lo calcoliamo con precisione? La risposta alla prima domanda è che la capacità è molto piccola, forse intorno ai 10 pF. Per quanto riguarda la seconda domanda: non preoccuparti se hai dimenticato l'elettrostatica perché il valore esatto della capacità del condensatore non ha importanza. Stiamo solo cercando cambiamenti nella capacità e possiamo rilevare questi cambiamenti senza conoscere la capacità nominale del condensatore stampato.

Influenza delle dita

Allora, cosa sta causando questi cambiamenti di capacità che il controller del sensore tattile rileverà? Beh, ovviamente, un dito umano.

Prima di discutere il motivo per cui il dito cambia capacità, è importante capire che non esiste un contatto elettrico diretto; il dito è isolato dal condensatore mediante vernice sul circuito stampato e, di norma, da uno strato di plastica che separa l'elettronica del dispositivo dall'ambiente esterno. COSÌ il dito non scarica il condensatore, e inoltre, non interessa la quantità di carica immagazzinata in un condensatore in un determinato momento, ma piuttosto la capacità in un determinato momento.

Allora perché la presenza di un dito cambia la capacità? Ci sono due ragioni: la prima riguarda le proprietà dielettriche del dito, la seconda riguarda le sue proprietà conduttive.

Il dito è come un dielettrico

Di solito pensiamo che un condensatore abbia un valore fisso, determinato dall'area delle due piastre conduttrici, dalla distanza tra loro e dalla costante dielettrica del materiale tra le piastre. Ovviamente non possiamo modificare le dimensioni fisiche del condensatore semplicemente toccandolo, ma noi Potere cambiare la costante dielettrica, poiché il dito umano ha di caratteristiche elettriche, diverso dal materiale (presumibilmente aria) che sposta. È vero che il dito non si troverà nella regione dielettrica effettiva, cioè nello spazio isolante direttamente tra i conduttori, ma tale “invasione” nel condensatore non è necessaria:

Come mostrato in figura, per modificare le caratteristiche dielettriche non è necessario infilare un dito tra le piastre, poiché campo elettrico il condensatore è distribuito nell'ambiente.

Si scopre che la carne umana è un buon dielettrico perché i nostri corpi sono fatti principalmente di acqua. La costante dielettrica relativa del vuoto è 1, e la costante dielettrica relativa dell'aria è solo leggermente superiore (circa 1,0006 al livello del mare a temperatura ambiente). La permettività relativa dell'acqua è molto più alta, intorno a 80. Pertanto, l'interazione del dito con il campo elettrico del condensatore rappresenta un aumento della permettività relativa e quindi si traduce in un aumento della capacità.

Dito come guida

Chiunque sia stato colpito corrente elettrica, sa che la pelle umana conduce corrente. Ho già detto sopra che non esiste un contatto diretto tra il dito e il pulsante touch (cioè la situazione in cui il dito scarica il condensatore stampato). Tuttavia, ciò non significa che la conduttività delle dita non sia importante. In realtà è piuttosto importante, poiché il dito diventa la seconda piastra conduttiva nel condensatore aggiuntivo:

In pratica possiamo supporre che questo nuovo condensatore a dito sia collegato in parallelo al condensatore stampato esistente. Questa situazione è un po' più complicata perché la persona che utilizza il dispositivo di rilevamento non è collegata elettricamente a terra sul circuito stampato e quindi i due condensatori non sono collegati in parallelo nel senso consueto dell'analisi del circuito.

Tuttavia, possiamo pensare che il corpo umano provveda virtuale terra perché ha una capacità relativamente grande di assorbire la carica elettrica. In ogni caso non dobbiamo preoccuparci dell'esatto collegamento elettrico tra il condensatore a dito e il condensatore stampato; punto importanteè che la connessione pseudo-parallela di questi due condensatori significa che il dito aumenterà la capacità totale man mano che il condensatore viene aggiunto in parallelo.

Possiamo quindi vedere che entrambi i meccanismi di influenza tra il dito e il sensore tattile capacitivo contribuiscono all'aumento della capacità.

Distanza ravvicinata o contatto

La discussione precedente ci porta a caratteristica interessante sensori tattili capacitivi: la variazione misurata della capacità può essere causata non solo contatto tra il dito e il sensore, ma anche distanza ravvicinata fra loro. Di solito penso che un dispositivo touch sostituisca un interruttore o un pulsante meccanico, ma la tecnologia dei sensori tattili capacitivi introduce in realtà un nuovo livello di funzionalità consentendo al sistema di rilevare la distanza tra il sensore e il dito.

Entrambi i meccanismi di modifica della capacità sopra descritti hanno un effetto che dipende dalla distanza. Per un meccanismo basato sulla costante dielettrica, la quantità di interazione dielettrica "carne" con il campo elettrico del condensatore aumenta quando il dito si avvicina alle parti conduttive del condensatore stampato. Per un meccanismo conduttivo, la capacità di un condensatore a dito (come qualsiasi altro condensatore) è inversamente proporzionale alla distanza tra le piastre conduttrici.

Si prega di notare che questo metodo non è adatto per la misurazione assoluto distanza tra il sensore e il dito; I sensori capacitivi non forniscono i dati necessari per effettuare calcoli accurati della distanza assoluta. Suppongo che sarebbe possibile calibrare un sistema di sensori capacitivi per misurazioni approssimative della distanza, ma poiché il circuito del sensore capacitivo è stato progettato per rilevare i cambiamenti contenitori, ne consegue che questa tecnologia è particolarmente adatta al rilevamento i cambiamenti nelle distanze, ad es. quando il dito si avvicina o si allontana dal sensore.

Conclusione

Ora dovresti comprendere chiaramente i principi fondamentali su cui sono costruiti i sistemi touch capacitivi. Nel prossimo articolo esamineremo i metodi per implementare questi fondamenti per aiutarti a passare dalla teoria alla pratica.

Spero che l'articolo sia stato utile. Lascia commenti!

Come è noto, qualsiasi superficie metallica, ad esempio, un oggetto metallico, un piatto o maniglia. I sensori non hanno elementi meccanici, il che a sua volta conferisce loro una notevole affidabilità.

L'ambito di utilizzo di tali dispositivi è piuttosto ampio, compresa l'accensione del campanello, l'interruttore della luce, il controllo dispositivi elettronici, un gruppo di sensori di allarme, ecc. Quando necessario, l'uso di un sensore tattile consente il posizionamento nascosto dell'interruttore.

Descrizione del funzionamento del sensore tattile

Il funzionamento del circuito del sensore sottostante si basa sull'utilizzo del campo elettromagnetico presente nelle case, che viene creato dai cavi elettrici situati nelle pareti.

Toccare il sensore con la mano equivale a collegare un'antenna all'ingresso sensibile dell'amplificatore. Di conseguenza, l'elettricità di rete indotta entra nel gate del transistor ad effetto di campo, che svolge il ruolo di un interruttore elettronico.

IL toccare il sensore tattile abbastanza semplice grazie all'uso del transistor ad effetto di campo KP501A (B, C). Questo transistor fornisce la trasmissione di corrente fino a 180 mA con una tensione source-drain massima fino a 240 V per la lettera A e 200 V per le lettere B e C. Per la protezione da elettricità statica c'è un diodo al suo ingresso.

Il transistor ad effetto di campo ha un'elevata resistenza di ingresso e per controllarlo è sufficiente una tensione statica superiore al valore di soglia. Per questo tipo di transistor ad effetto di campo, la tensione di soglia nominale è 1...3 V e la massima consentita è 20 V.

Quando si tocca il sensore E1 con la mano, il grado di potenziale indotto sul gate è sufficiente per aprire il transistor. In questo caso, al drain VT1 ci saranno impulsi elettrici della durata di 35 ms e aventi una frequenza rete elettrica 50 Hz. La maggior parte dei relè elettromagnetici richiede solo 3...25 ms per commutare. Per evitare che i contatti del relè rimbalzino al momento del contatto, nel circuito è incluso il condensatore C2. A causa della carica accumulata sul condensatore, il relè verrà attivato anche durante quel semiciclo della tensione di rete quando VT1 è chiuso. Finché viene toccato il sensore del sensore, il relè sarà attivo.

Il condensatore C1 aumenta l'immunità del sensore alle interferenze radio ad alta frequenza. È possibile modificare la sensibilità del tocco del sensore modificando la capacità C1 e la resistenza R1. Il gruppo di contatti K1.1 controlla i dispositivi elettronici esterni.

Aggiungendo un trigger e un nodo di commutazione del carico di rete a questo circuito, è possibile ottenere.

Sensore tattile per Arduino

Il modulo è un pulsante a sfioramento; alla sua uscita viene generato un segnale digitale, la cui tensione corrisponde ai livelli di uno e zero logico. Si riferisce ai sensori tattili capacitivi. Incontriamo questo tipo di dispositivi di immissione dati quando lavoriamo con il display di un tablet, iPhone o monitor touchscreen. Se sul monitor clicchiamo su un'icona con lo stilo o il dito, allora qui utilizziamo un'area della superficie della lavagna grande quanto un'icona di Windows, toccandola solo con un dito, lo stilo è escluso. La base del modulo è il chip TTP223-BA6. C'è un indicatore di alimentazione.

Controllo del ritmo della riproduzione della melodia

Quando installata nel dispositivo, l'area tattile della superficie della scheda del modulo è ricoperta da un sottile strato di fibra di vetro, plastica, vetro o legno. I vantaggi di un pulsante touch capacitivo includono lungo termine servizio e possibilità di sigillare il pannello frontale del dispositivo, proprietà antivandaliche. Ciò consente di utilizzare il sensore tattile in dispositivi che funzionano all'aperto in condizioni di contatto diretto con gocce d'acqua. Ad esempio, il pulsante di un campanello o di elettrodomestici. Interessante applicazione nelle apparecchiature casa intelligente- sostituzione interruttori illuminazione.

Caratteristiche

Tensione di alimentazione 2,5 - 5,5 V
Tempo di risposta al tocco nelle varie modalità di consumo di corrente
basso 220 ms
normale 60 ms
Segnale di uscita
Voltaggio
ceppo alto. livello 0,8 X tensione di alimentazione
ceppo basso livello 0,3 X tensione di alimentazione
Corrente a 3 V di alimentazione e livelli logici, mA
basso 8
alto -4
Dimensioni tavola 28 x 24 x 8 mm

Contatti e segnale

Nessun tocco: il segnale di uscita ha un livello logico basso, tocco: l'uscita del sensore è logica.

Perché funziona o un po' di teoria

Il corpo umano, come tutto ciò che ci circonda, ha caratteristiche elettriche. Quando viene attivato un sensore tattile, vengono visualizzate la nostra capacità, resistenza e induttanza. Sul lato inferiore della scheda del modulo è presente una sezione di lamina collegata all'ingresso del microcircuito. Tra il dito dell'operatore e la lamina sul lato inferiore si trova uno strato di dielettrico, il materiale della base portante del circuito stampato del modulo. Al momento del contatto, il corpo umano viene caricato da una corrente microscopica che scorre attraverso un condensatore formato da una sezione di lamina e dal dito di una persona. In una visione semplificata, la corrente scorre attraverso due condensatori collegati in serie: lamina, un dito situato sulle superfici opposte della scheda e il corpo umano. Pertanto, se la superficie della scheda è ricoperta da un sottile strato di isolante, ciò comporterà un aumento dello spessore dello strato dielettrico del condensatore a lamina e non interromperà il funzionamento del modulo.
Il microcircuito TTP223-BA6 rileva un impulso di microcorrente insignificante e registra un tocco. A causa delle proprietà del microcircuito, lavorare con tali correnti non provoca alcun danno. Quando tocchiamo il corpo di una TV o di un monitor funzionante, microcorrenti di maggiore entità ci attraversano.

Modalità a basso consumo

Dopo aver applicato l'alimentazione, il sensore tattile è in modalità di risparmio energetico. Dopo l'attivazione per 12 secondi, il modulo entra in modalità normale. Se non si verifica alcun ulteriore contatto, il modulo tornerà alla modalità a basso consumo di corrente. La velocità di risposta del modulo al tocco nelle varie modalità è indicata nelle caratteristiche sopra.

Collabora con Arduino UNO

Carica il seguente programma in Arduino UNO.

#define ctsPin 2 // Contatto per il collegamento della linea del segnale del sensore tattile
int ledPin = 13; // Contatto per LED

Configurazione nulla() (
Serial.begin(9600);
pinMode(LEDPin, USCITA);
pinMode(ctsPin, INPUT);
}

Ciclo vuoto() (
int ctsValue = digitalRead(ctsPin);
if (ctsValue == ALTO)(
digitalWrite(LEDPin, ALTO);
Serial.println("TOCCATO");
}
altro(
digitalWrite(LEDPin,LOW);
Serial.println("non toccato");
}
ritardo(500);
}

Collegare il sensore touch e Arduino UNO come mostrato in figura. Il circuito può essere integrato con un LED che si accende quando viene toccato il sensore, collegato tramite un resistore da 430 Ohm al pin 13. I pulsanti a sfioramento sono spesso dotati di un indicatore di tocco. Ciò rende più comodo il lavoro dell'operatore. Quando premiamo un pulsante meccanico, sentiamo un clic indipendentemente dalla reazione del sistema. Qui la novità della tecnologia è un po’ sorprendente a causa delle nostre capacità motorie che si sono sviluppate nel corso degli anni. L'indicatore di pressione ci salva da un'eccessiva sensazione di novità.

Come collegare un sensore tattile capacitivo a un microcontrollore. Questa idea mi sembrava piuttosto promettente; per alcuni dispositivi i tasti touch sarebbero molto più adatti di quelli meccanici. In questo articolo parlerò della mia implementazione di questo tecnologia utile basato sulla scheda di sviluppo STM32 Discovery.

Quindi, appena iniziato a padroneggiare l'STM32, ho deciso di aggiungere il rilevamento del tocco al dispositivo come esercizio. Avendo iniziato a comprendere teoria e pratica nell'articolo sopra citato, ho ripetuto il circuito del compagno "a. Ha funzionato perfettamente, ma io, amante del minimalismo, ho voluto semplificarlo eliminando gli elementi non necessari. Secondo me , un resistore esterno e un percorso di alimentazione si sono rivelati superflui. Tutto questo La maggior parte dei microcontrollori li ha già, inclusi AVR e STM32, intendo resistori pull-up per le porte di ingresso/uscita. Perché non caricare la piastra e le nostre dita attraverso di essi ? In previsione di un trucco, ho assemblato un circuito su una breadboard che, con mia sorpresa, ha funzionato la prima volta, anzi, è persino divertente chiamarlo circuito, perché tutto ciò di cui abbiamo bisogno è semplicemente connetterci la piastra di contatto sulla gamba della scheda di debug. Il microcontrollore farà tutto il lavoro.

Qual è il programma? Prime due funzioni:
Il primo emette uno "0" logico al pin del sensore (pin zero del registro C)

Void Sensor_Ground (void) ( GPIOC->CRL = 0x1; GPIOC->BRR |= 0x1; )

Il secondo configura la stessa uscita come ingresso, con un pull-up all'alimentazione.

Void Sensor_InPullUp (void) ( GPIOC->CRL = 0x8; GPIOC->BSRR |= 0x1; )

Ora all'inizio del ciclo di polling chiameremo Sensor_Ground(), e attenderemo un po' per scaricare a terra tutta la carica residua del sensore. Successivamente reimposteremo la variabile count, che verrà utilizzata per calcolare il tempo di ricarica del sensore, e chiameremo Sensor_InPullUp().

Sensore_Terra(); Ritardo(0xFF); //conteggio contatore vuoto semplice = 0; Sensore_InPullUp();

A questo punto il sensore inizia a caricarsi tramite una resistenza di pull-up interna del valore nominale di circa decine di KOhm (30..50KOhm per STM32). La costante di tempo di un tale circuito sarà pari a pochi cicli di clock, quindi ho cambiato il risonatore al quarzo sulla scheda di debug con uno più veloce, 20 MHz (a proposito, non ho notato immediatamente che sull'STM32 Discovery il quarzo viene cambiato senza saldare). Quindi contiamo i cicli del processore finché non ne appare uno logico all'ingresso:

While(!(GPIOC->IDR & 0x1)) (conteggio++;)

Dopo essere usciti da questo ciclo, la variabile di conteggio memorizzerà un numero proporzionale alla capacità della piastra del sensore. Nel mio caso con un chip da 20 MHz il valore del conteggio è 1 quando non c'è pressione, 7-10 con il tocco più leggero, 15-20 con un tocco normale. Non resta che confrontarlo con il valore di soglia e non dimenticare di richiamare nuovamente Sensor_Ground(), in modo che al successivo ciclo di polling il sensore sarà già scarico.
La sensibilità risultante è sufficiente per rilevare con sicurezza i tocchi sui cuscinetti metallici nudi. Quando si copre il sensore con un foglio di carta o plastica, la sensibilità diminuisce da tre a quattro volte, vengono rilevate chiaramente solo le pressioni fiduciose. Per aumentare la sensibilità nei casi in cui è necessario coprire il sensore con materiale protettivo, è possibile aumentare la frequenza di clock del microcontrollore. Con il chip della serie STM32F103, in grado di funzionare a frequenze fino a 72 MHz, le barriere millimetriche tra il dito e il sensore non saranno un ostacolo.
Rispetto all'implementazione "a, il mio approccio funziona molto più velocemente (circa una dozzina di cicli di clock per sondaggio di un sensore), quindi non ho complicato il programma impostando interruzioni del timer.

Infine, un video che mostra il funzionamento del sensore.

Programma di test Main.c.

Al microcontrollore

Grazie all'utente per l'articolo molto utile sui microcontrollori ARM STM32F. Avvio rapido con STM32-Discovery, per l'utente per l'idea e la descrizione teorica comprensibile.

AGGIORNAMENTO. Dopo i commenti "a ho deciso di esaminare il clock e ho scoperto che per impostazione predefinita STM32 Discovery è impostato sulla frequenza di clock
(HSE/2) * 6 = 24 MHz, dove HSE è la frequenza del cristallo esterno. Di conseguenza, cambiando il quarzo da 8 a 20 MHz, ho costretto il povero STM a funzionare a 60 MHz, quindi, in primo luogo, alcune conclusioni ovviamente non sono del tutto corrette e, in secondo luogo, ciò che ho fatto potrebbe portare a guasti del chip In questo caso il microcontrollore ha un interrupt HardFault, utilizzandolo ho controllato le frequenze più alte, quindi il chip inizia a guastarsi solo a 70 MHz Ma sebbene il controller elabori questo particolare programma a 60 MHz, può comportarsi in modo imprevedibile quando si utilizzano periferiche o lavorare con la memoria Flash Conclusione: tratta questo argomento come un esperimento, ripetilo solo a tuo rischio e pericolo.