Atstumo ir prisilietimo jutikliai

Ultragarsinis jutiklis

Ultragarsinis jutiklis yra vienas iš dviejų jutiklių, pakeičiančių roboto regėjimą. Ultragarsinis jutiklis leidžia robotui matyti ir aptikti objektus. Jis taip pat gali būti naudojamas, kad robotas galėtų išvengti kliūčių, įvertinti ir išmatuoti atstumą bei užfiksuoti objekto judėjimą.

Ultragarso jutiklio rodmenys matuojami centimetrais ir coliais. Jis gali išmatuoti atstumus nuo 0 iki 255 centimetrų +/-3 cm tikslumu.Ultragarsinis jutiklis veikia tuo pačiu principu kaip ir šikšnosparnio lokatorius: atstumą matuoja skaičiuodamas laiką, per kurį atsispindi garso banga sugrįžo. objektas, panašus į aidą.

Geriausiai aptinkami dideli objektai su kietu paviršiumi. Objektai iš minkštos medžiagos(audinys) arba apvalus (rutulinis), taip pat per plonas, mažas ir pan., gali sukelti tam tikrų sunkumų jutikliui dirbant.

Atminkite, kad du ar daugiau ultragarsinių jutiklių, veikiančių toje pačioje patalpoje, gali trikdyti ir sumažinti rezultatų tikslumą.

Ultragarsinių atstumo jutiklių naudojimo pavyzdžiai apima naudojimą automobiliuose įspėjamiesiems signalams vairuotojui arba automatiniam valdymui, remiantis signalais iš jutiklių, kurie nustato pavojingas situacijas, sujungtus į tinklo ryšius su žmogaus ir mašinos sąsaja (HMI).

1 pav

Ultragarsinis kliūčių aptikimo principas pagrįstas aido principu. Jutiklis susideda iš dviejų keitiklių: vienas keitiklis skleidžia ultragarso bangas, o atsispindėjusias bangas aptinka vienas ar keli kiti keitikliai. Tas pats keitiklis, kuris perduoda ultragarso bangas, taip pat gali būti naudojamas aptikti atspindėtą bangą. Pagrindinė jutiklių paskirtis – aptikti kliūties buvimą ar nebuvimą, tačiau šis principas (skrydžio laikas) taip pat leidžia skaičiuoti atstumą iki objekto nuo aido sugrįžimo laiko žinomu garso sklidimo greičiu. .

Ultragarsas yra ne kas kita, kaip vibracija > 20 kHz dažniu. Dauguma parduodamų keitiklių veikia 40–250 kHz dažniais.

Daviklių akustinių parametrų, aplinkos ir skirtingų taikinių skirtumai daro didelę įtaką įrenginių veikimui.

Ultragarsiniame jutiklyje keitiklis generuoja trumpą impulsą, kuris siunčiamas į taikinį ir grąžinamas atgal

Svarbu, kad garso greitis priklausytų nuo terpės (oro) sudėties ir temperatūros bei įtakoja jutiklio tikslumą ir skiriamąją gebą. Atstumo matavimo tikslumas yra tiesiogiai proporcingas skaičiavimuose naudojamo garso greičio tikslumui ir svyruoja realiomis sąlygomis nuo 345 m/s kambario temperatūra iki daugiau nei 380 m/s esant maždaug 70 °C temperatūrai. Garso bangos ilgis

yra ultragarso greičio c funkcija ir yra tarpusavyje susiję su jo dažniu ѓ, todėl šie parametrai (bangos ilgis ir dažnis) taip pat turi įtakos skyrai ir tikslumui, taip pat minimalus dydis taikiniai ir jutiklio išmatuotų atstumų diapazonas.

Garso slopinimas yra dažnio ir drėgmės funkcija, kuri turi įtakos didžiausiam jutiklio aptinkamam atstumui. Ilgesnės bangos (mažesnis dažnis) turi mažesnį slopinimą. Esant dažniams, viršijantiems 125 kHz, didžiausias susilpnėjimas įvyksta esant 100% santykinei oro drėgmei, 40 kHz dažniams - jau esant 50%. Kadangi jutiklis turi veikti esant bet kokiam drėgmės lygiui, skaičiavimuose naudojamas didžiausias kiekvieno dažnio slopinimas.

Fono triukšmas priklauso nuo dažnio ir mažėja didėjant dažniui, taip pat turi įtakos didžiausiam aptinkamam atstumui ir mažiausiam taikinio dydžiui. Skiriamoji geba ir tikslumas yra didesni esant aukštesniems dažniams, o diapazonas yra didesnis, kai bangos ilgiai yra didesni.

Lietimo jutiklis

Jutiklinis jutiklis yra mygtukas, turintis dvi galimas būsenas – paspaustą ir atleidžiamą. Programiškai jutiklis atpažįsta kitą būseną: prisilietimas.

Jutiklinio jutiklio reakciją galite matyti ekrane, kai veikia peržiūros režimas. Kai jutiklio mygtukas nepaspaudžiamas, ekrane pasirodo 0, o paspaudus – 1.

Pridėję prie roboto dizaino jutiklinį jutiklį (pavyzdžiui, buferio pavidalu), galite priversti robotą pakeisti savo elgesį, kai jutiklis suaktyvinamas.

Lietimo jutiklis yra vienas iš robotų lytėjimo pojūčių, todėl jis būtinas ten, kur reikalinga roboto reakcija į objektus.

Lietimo jutiklis leidžia robotui liesti.

Slėgio jutiklis gali nustatyti momentą, kai kažkas paspaudžiamas ant jo, taip pat momentas, kai jis atleidžiamas.

Lietimo jutiklis parodytas 2 pav.

2 pav Lietimo jutiklis

Naudojami etaloniniai instrumentai ir papildoma įranga

Mikrometras

Norėdami išmatuoti jutiklinio jutiklio tuščiosios eigos greitį, jums reikia mikrometro (arba ciferblato indikatoriaus) ICH-25, kuris išmatuos jutiklio nuvažiuotą atstumą iki veikimo momento.

ICh-25 skirtas linijiniams matmenims matuoti naudojant absoliučiuosius ir santykinius metodus, nustatant nukrypimų nuo nurodytos geometrinės formos dydį ir santykinę paviršių padėtį.

3 paveiksle pavaizduoti kelių tipų rodikliai.

3 pav.

Mikrometro ICH 25 parametrai:

Matavimo diapazonas 0-25 mm.

Padalos vertė yra 0,01 mm.

Matmenys 159x85x51 mm.

Talpinis jutiklis yra vienas iš bekontakčių jutiklių tipų, kurio veikimo principas pagrįstas terpės dielektrinės konstantos pasikeitimu tarp dviejų kondensatorių plokščių. Viena plokštė yra lietimo jutiklio grandinė, pagaminta iš metalinės plokštės arba vielos, o antroji yra elektrai laidži medžiaga, pavyzdžiui, metalas, vanduo arba žmogaus kūnas.

Kuriant sistemą automatinis įjungimas vandens tiekimas į tualetą bidė, atsirado būtinybė naudoti talpinį buvimo jutiklį ir perjungti su didelis patikimumas, atsparumas pokyčiams išorės temperatūra, drėgmė, dulkės ir maitinimo įtampa. Taip pat norėjau, kad žmogui nereikėtų liesti sistemos valdiklių. Pateiktus reikalavimus galėtų tenkinti tik lietimo jutiklių grandinės, veikiančios keitimo talpos principu. Neradau paruoštos schemos, kuri atitiktų būtinus reikalavimus, todėl turėjau ją sukurti pačiam.

Rezultatas – universalus talpinis lietimo jutiklis, nereikalaujantis konfigūracijos ir reaguojantis į artėjančius elektrai laidžius objektus, įskaitant žmogų, iki 5 cm atstumu Siūlomo lietimo jutiklio taikymo sritis neribojama. Jis gali būti naudojamas, pavyzdžiui, įjungti apšvietimą, sistemas signalizacija, nustatant vandens lygį ir daugeliu kitų atvejų.

Elektros grandinių schemos

Norint valdyti vandens tiekimą tualeto bidė, reikėjo dviejų talpinių jutiklinių jutiklių. Vienas jutiklis turėjo būti sumontuotas tiesiai ant tualeto; jis turėjo generuoti loginį nulinį signalą esant žmogui, o nesant loginio vieno signalo. Antrasis talpinis jutiklis turėjo tarnauti kaip vandens jungiklis ir būti vienoje iš dviejų loginių būsenų.

Kai ranka buvo atnešta prie jutiklio, jutiklis turėjo pakeisti loginę būseną išėjime - iš pradinės vienos būsenos į loginio nulinę būseną, kai ranka buvo paliečiama dar kartą, iš nulinės būsenos į loginio vieneto būseną. Ir taip toliau iki begalybės, kol jutiklinis jungiklis gauna loginį nulio įjungimo signalą iš buvimo jutiklio.

Talpinio jutiklio grandinė

Talpinio jutiklinio buvimo jutiklio grandinės pagrindas yra pagrindinis stačiakampis impulsų generatorius, pagamintas pagal klasikinę schemą ant dviejų loginių mikroschemos D1.1 ir D1.2 elementų. Generatoriaus dažnis nustatomas pagal elementų R1 ir C1 reitingus ir parenkamas apie 50 kHz. Dažnio vertė praktiškai neturi įtakos talpinio jutiklio veikimui. Pakeičiau dažnį nuo 20 iki 200 kHz ir vizualiai nepastebėjau jokio poveikio įrenginio veikimui.

Iš D1.2 lusto 4 kaiščio stačiakampio formos per rezistorių R2 patenka į D1.3 mikroschemos 8, 9 įėjimus, o per kintamąjį rezistorių R3 - į D1.4 įėjimus 12,13. Signalas patenka į mikroschemos D1.3 įvestį, šiek tiek pasikeitus impulsinio fronto nuolydžiui dėl sumontuotas jutiklis, kuris yra vielos arba metalinės plokštės gabalas. D1.4 įėjime dėl kondensatoriaus C2 priekinė dalis pasikeičia tiek, kiek reikia jam įkrauti. Dėl apipjaustymo rezistoriaus R3 galima nustatyti impulso kraštą įėjime D1.4, lygų impulso kraštui įėjime D1.3.

Jei priartinsite ranką ar metalinį daiktą arčiau antenos (lietimo jutiklio), padidės DD1.3 mikroschemos įvesties talpa, o įeinančio impulso priekinė dalis bus atidėta, palyginti su impulso priekiu. atvyksta į DD1.4 įėjimą. Norint „pagauti“ šį delsą, apversti impulsai tiekiami į DD2.1 lustą, kuris yra D flip-flop, kuris veikia taip. Palei teigiamą impulso kraštą, ateinantį į mikroschemos C įėjimą, į trigerio išėjimą perduodamas signalas, tuo momentu buvęs įėjime D. Vadinasi, jei signalas įėjime D nesikeičia, įeinantys impulsai skaičiavimo įvestis C neturi įtakos išėjimo signalo lygiui. Ši D trigerio savybė leido sukurti paprastą talpinį jutiklinį jutiklį.

Kai antenos talpa, dėl žmogaus kūno artėjimo prie jos, prie DD1.3 įėjimo didėja, impulsas vėluoja ir tai fiksuoja D trigerį, pakeisdamas jo išėjimo būseną. Šviesos diodas HL1 naudojamas nurodyti maitinimo įtampą, o šviesos diodas HL2 – artumą prie jutiklinio jutiklio.

Jutiklinio jungiklio grandinė

Talpinio prisilietimo jutiklio grandinė taip pat gali būti naudojama jutikliniam jungikliui valdyti, tačiau jį šiek tiek modifikuojant, nes ji turi ne tik reaguoti į žmogaus kūno artėjimą, bet ir išlikti pastovioje būsenoje nuėmus ranką. Norėdami išspręsti šią problemą, prie jutiklinio jutiklio išvesties turėjome pridėti dar vieną D trigerį, DD2.2, sujungtą per daliklį iš dviejų grandinių.

Talpinio jutiklio grandinė buvo šiek tiek pakeista. Kad būtų išvengta klaidingų pavojaus signalų, nes žmogus gali lėtai atnešti ir nuimti ranką dėl trukdžių, jutiklis gali išvesti kelis impulsus į gaiduko skaičiavimo įvestį D, pažeisdamas reikiamą jungiklio veikimo algoritmą. Todėl buvo pridėta R4 ir C5 elementų RC grandinė, kuri trumpam užblokavo galimybę perjungti D trigerį.

Trigeris DD2.2 veikia taip pat kaip ir DD2.1, tačiau signalas į įėjimą D tiekiamas ne iš kitų elementų, o iš atvirkštinės DD2.2 išvesties. Dėl to išilgai teigiamo impulso krašto, patenkančio į C įėjimą, signalas įėjime D pasikeičia į priešingą. Pavyzdžiui, jei pradinėje būsenoje prie 13 kaiščio buvo loginis nulis, tada vieną kartą pakėlus ranką prie jutiklio, gaidukas persijungs ir 13 kaištyje bus nustatytas loginis. Kai kitą kartą bendrausite su jutikliu, 13 kaištis vėl bus nustatytas į loginį nulį.

Norint užblokuoti jungiklį, kai tualete nėra žmogaus, iš jutiklio į R įvestį tiekiamas loginis blokas (nulį gaiduko išvestyje, neatsižvelgiant į signalus visuose kituose jo įėjimuose). Talpinio jungiklio išvestyje nustatomas loginis nulis, kuris per laidą tiekiamas į rakto tranzistoriaus pagrindą, kad būtų galima įjungti maitinimo ir perjungimo bloko solenoidinį vožtuvą.

Rezistorius R6, nesant blokuojamojo signalo iš talpinio jutiklio jo gedimo ar valdymo laido nutrūkimo atveju, blokuoja gaiduką prie R įėjimo, taip pašalinant spontaniško vandens tiekimo į bidė galimybę. Kondensatorius C6 apsaugo įvestį R nuo trukdžių. LED HL3 rodo vandens tiekimą bidė.

Talpinių jutiklinių jutiklių dizainas ir detalės

Kai pradėjau kurti jutiklių sistemą vandens tiekimui bidė, sunkiausia užduotis man atrodė talpinio užimtumo jutiklio sukūrimas. Taip nutiko dėl daugybės įrengimo ir eksploatavimo apribojimų. Nenorėjau, kad jutiklis būtų mechaniškai prijungtas prie unitazo dangčio, nes jį reikia periodiškai nuimti, kad būtų galima plauti, ir tai netrukdytų dezinfekcija pats tualetas. Todėl kaip reaguojantį elementą pasirinkau konteinerį.

Buvimo jutiklis

Remdamasis aukščiau pateikta schema, sukūriau prototipą. Talpinio jutiklio dalys surenkamos ant spausdintinės plokštės, plokštė dedama į plastikinę dėžutę ir uždaroma dangteliu. Antenai prijungti korpuse sumontuota vieno kontakto jungtis, o maitinimo įtampai ir signalui tiekti keturių kontaktų jungtis RSh2N. Spausdintinė plokštė yra prijungta prie jungčių litavimo būdu variniai laidininkai fluoroplastinėje izoliacijoje.

Talpinis jutiklinis jutiklis yra sumontuotas ant dviejų KR561 serijos mikroschemų LE5 ir TM2. Vietoj KR561LE5 mikroschemos galite naudoti KR561LA7. Taip pat tinka 176 serijos mikroschemos ir importuoti analogai. Rezistoriai, kondensatoriai ir šviesos diodai tiks bet kokio tipo. Kondensatorius C2, skirtas stabiliam talpinio jutiklio veikimui, kai veikia dideli temperatūros svyravimai aplinką reikia vartoti su mažu TKE.

Jutiklis sumontuotas po tualeto platforma, ant kurios jis sumontuotas cisterna tokioje vietoje, kur, nutekėjus iš rezervuaro, vanduo negali patekti. Jutiklio korpusas klijuojamas prie klozeto naudojant dvipusę juostą.

Talpinio jutiklio antenos jutiklis yra 35 cm ilgio varinės vielos gabalas, izoliuotas fluoroplastu, permatoma juosta priklijuotas prie tualeto dubenėlio išorinės sienelės centimetru žemiau stiklų plokštumos. Sensorius aiškiai matomas nuotraukoje.

Norėdami sureguliuoti jutiklinio jutiklio jautrumą, sumontavę jį ant tualeto, pakeiskite apipjaustymo rezistoriaus R3 varžą taip, kad HL2 šviesos diodas užgestų. Tada uždėkite ranką ant klozeto dangčio virš jutiklio vietos, HL2 šviesos diodas turi užsidegti, jei nuimsite ranką, jis turėtų užgesti. Kadangi žmogaus šlaunies masė daugiau rankų, tada veikimo metu jutiklinis jutiklis po tokio reguliavimo veiks garantuotai.

Talpinio jutiklinio jungiklio dizainas ir detalės

Talpinio jutiklinio jungiklio grandinėje yra daugiau dalių, todėl reikėjo didesnio korpuso, kad jos tilptų, o dėl estetinių priežasčių išvaizda Korpusas, kuriame buvo buvimo jutiklis, nebuvo labai tinkamas montuoti matomoje vietoje. Dėmesį patraukė sieninis lizdas rj-11, skirtas telefonui prijungti. Jis buvo tinkamo dydžio ir atrodė gerai. Išėmęs iš lizdo viską, kas nereikalinga, įdėjau spausdintinę plokštę talpiniam jutikliniam jungikliui.

Apsaugoti spausdintinė plokštė Korpuso apačioje buvo sumontuotas trumpas stovas ir prie jo varžtu prisukta spausdintinė plokštė su jutiklinio jungiklio dalimis.

Talpinis jutiklis pagamintas Moment klijais prie lizdo dangtelio apačios priklijuojant žalvarinį lakštą, prieš tai išpjovus juose esantį langą šviesos diodams. Uždarius dangtį, spyruoklė (paimta iš žiebtuvėlio su akmenukais) liečiasi su žalvario lakštu ir taip užtikrina elektros kontaktą tarp grandinės ir jutiklio.

Talpinis jutiklinis jungiklis montuojamas ant sienos naudojant vieną savisriegio varžtą. Šiuo tikslu korpuse yra skylė. Toliau sumontuojama plokštė ir jungtis, o dangtelis tvirtinamas skląsčiais.

Talpinio jungiklio nustatymas praktiškai nesiskiria nuo aukščiau aprašyto buvimo jutiklio nustatymo. Norėdami jį nustatyti, turite įjungti maitinimo įtampą ir sureguliuoti rezistorių taip, kad HL2 šviesos diodas įsižiebtų, kai ranka paimama prie jutiklio, ir užgęsta, kai jis pašalinamas. Tada turite suaktyvinti jutiklinį jutiklį ir perkelti bei nuimti ranką prie jungiklio jutiklio. HL2 šviesos diodas turi mirksėti, o raudonas HL3 šviesos diodas turi užsidegti. Kai ranka nuimama, raudonas šviesos diodas turi likti šviesus. Kai vėl pakeliate ranką arba atitraukiate kūną nuo jutiklio, HL3 šviesos diodas turi užgesti, tai yra išjungti vandens tiekimą bidė.

Universali PCB

Aukščiau pateikti talpiniai jutikliai yra sumontuoti ant spausdintinių plokščių, šiek tiek skiriasi nuo spausdintinės plokštės, parodytos toliau esančioje nuotraukoje. Taip yra dėl abiejų spausdintinių plokščių sujungimo į vieną universalią. Jei surenkate jutiklinį jungiklį, jums reikia tik iškirpti takelio numerį 2. Jei surenkate jutiklinį buvimo jutiklį, takelio numeris 1 pašalinamas ir ne visi elementai yra įdiegti.

Elementai, reikalingi jutiklinio jungiklio veikimui, bet trukdantys buvimo jutiklio veikimui R4, C5, R6, C6, HL2 ir R4, neįdiegti. Vietoj R4 ir C6 yra lituojami laidiniai trumpikliai. Grandinę R4, C5 galima palikti. Tai neturės įtakos darbui.

Žemiau yra spausdintinės plokštės brėžinys, skirtas raižyti naudojant terminį takelių uždėjimo ant folijos metodą.

Pakanka atspausdinti piešinį ant blizgaus popieriaus arba kalkinio popieriaus ir šablonas yra paruoštas spausdintinės plokštės gamybai.

Talpinių jutiklių, skirtų vandens tiekimo bidė valdymo sistemai, veikimas be problemų buvo patvirtintas praktiškai per trejus nepertraukiamo veikimo metus. Jokių gedimų neužfiksuota.

Tačiau noriu pažymėti, kad grandinė yra jautri galingam impulsiniam triukšmui. Gavau el. laišką, kuriame prašoma padėti jį nustatant. Paaiškėjo, kad grandinės derinimo metu šalia buvo lituoklis su tiristoriaus temperatūros reguliatoriumi. Išjungus lituoklį, grandinė pradėjo veikti.

Buvo ir kitas toks atvejis. Talpinis jutiklis buvo sumontuotas lempoje, kuri buvo prijungta prie to paties lizdo kaip ir šaldytuvas. Kai buvo įjungta, šviesa užsidegdavo ir vėl užgesdavo. Problema buvo išspręsta prijungus lempą prie kito lizdo.

Gavau laišką apie sėkmingą aprašytos talpinio jutiklio grandinės pritaikymą vandens lygiui reguliuoti saugojimo bakas pagamintas iš plastiko. Apatinėje ir viršutinėje dalyse buvo silikonu priklijuotas jutiklis, kuris valdė elektrinio siurblio įjungimą ir išjungimą.

Kuriant automatinio vandens tiekimo į tualetą bidė įjungimo sistemą, atsirado būtinybė naudoti talpinį buvimo jutiklį ir jungiklį, kurie yra labai patikimi, atsparūs išorinės temperatūros, drėgmės, dulkių ir maitinimo įtampos pokyčiams. Taip pat norėjau, kad žmogui nereikėtų liesti sistemos valdiklių. Pateiktus reikalavimus galėtų tenkinti tik lietimo jutiklių grandinės, veikiančios keitimo talpos principu. Neradau paruoštos schemos, kuri atitiktų būtinus reikalavimus, todėl turėjau ją sukurti pačiam.

Rezultatas – universalus talpinis lietimo jutiklis, nereikalaujantis konfigūracijos ir reaguojantis į artėjančius elektrai laidžius objektus, įskaitant žmogų, iki 5 cm atstumu Siūlomo lietimo jutiklio taikymo sritis neribojama. Jis gali būti naudojamas, pavyzdžiui, įjungti apšvietimą, apsaugos signalizaciją, nustatyti vandens lygį ir daugeliu kitų atvejų.