Talpinis jutiklis yra vienas iš bekontakčių jutiklių tipų, kurio veikimo principas pagrįstas terpės dielektrinės konstantos pasikeitimu tarp dviejų kondensatorių plokščių. Tarnauja viena danga prisilietimo jutiklis grandinės metalinės plokštės arba vielos pavidalu, o antroji yra elektrai laidži medžiaga, tokia kaip 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 – tai 35 cm ilgio varinės suvytos vielos gabalas, izoliuotas fluoroplastu, skaidria 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 prie korpuso pagrindo 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
Pateikta aukščiau talpiniai jutikliai surinkti ant spausdintinių plokščių, šiek tiek skiriasi nuo toliau nuotraukoje parodytos spausdintinės plokštės. 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.
Šiame straipsnyje mes iš arti (bet ne per giliai) pažvelgsime į elektros energijos principus, leidžiančius aptikti žmogaus piršto prisilietimą naudojant šiek tiek daugiau nei tik kondensatorių.
Kondensatoriai gali būti jautrūs lietimui
Per pastarąjį dešimtmetį tapo tikrai sunku įsivaizduoti pasaulį su elektronika be jutiklinių jutiklių. Išmanieji telefonai yra labiausiai matomas ir plačiai paplitęs pavyzdys, tačiau, žinoma, yra daugybė kitų įrenginių ir sistemų, turinčių jutiklinius jutiklius. Tiek talpa, tiek varža gali būti naudojami kuriant jutiklinius jutiklius; Šiame straipsnyje aptarsime tik talpinius jutiklius, kurie yra labiau tinkami įgyvendinti.
Nors talpiniais jutikliais pagrįstos programos gali būti gana sudėtingos, pagrindiniai principaiŠios technologijos principai yra gana paprasti. Tiesą sakant, jei suprantate talpos sąvoką ir veiksnius, lemiančius konkretaus kondensatoriaus talpą, esate teisingame kelyje, kad suprastumėte talpinių jutiklinių jutiklių veikimą.
Talpiniai jutikliniai jutikliai skirstomi į dvi pagrindines kategorijas: abipusės talpos ir savarankiškos talpos. Pirmasis iš jų, kuriame jutiklio kondensatorius susideda iš dviejų gnybtų, kurie veikia kaip skleidžiantys ir priimantys elektrodai, labiau tinka jutikliniams ekranams. Pastarasis, kuriame vienas jutiklio kondensatoriaus gnybtas yra prijungtas prie žemės, yra tiesioginis požiūris, tinkamas jutikliniam mygtukui, slankikliui ar ratukui. Šiame straipsnyje apžvelgsime jutiklius, pagrįstus vidine talpa.
PCB pagrindu pagamintas kondensatorius
Kondensatoriai gali būti įvairių tipų. Visi esame įpratę matyti talpą švinuotų komponentų arba paviršinio montavimo paketų pavidalu, tačiau iš tikrųjų tereikia dviejų laidininkų, atskirtų izoliacine medžiaga (t. y. dielektriku). Taigi, gana paprasta sukurti kondensatorių naudojant tik atskirtus elektrai laidžius sluoksnius spausdintinė plokštė. Pavyzdžiui, apsvarstykite toliau pateiktą spausdintinės grandinės kondensatoriaus, naudojamo kaip jutiklinis mygtukas, vaizdą iš viršaus ir šono (atkreipkite dėmesį į perėjimą prie kito PCB sluoksnio šoninio vaizdo iliustracijoje).
Izoliacinis atskyrimas tarp jutiklinio mygtuko ir aplinkinio vario sukuriamas kondensatoriumi. Šiuo atveju aplinkinis varis yra prijungtas prie žemės, todėl mūsų jutiklinis mygtukas gali būti modeliuojamas kaip kondensatorius tarp jutiklinio signalo kilimėlio ir žemės.
Dabar galbūt norėsite sužinoti, kiek šis PCB išdėstymas iš tikrųjų suteikia talpos. Be to, kaip tai tiksliai apskaičiuoti? Atsakymas į pirmąjį klausimą yra toks, kad talpa labai maža, gal apie 10 pF. Dėl antrojo klausimo: nesijaudinkite, jei pamiršote elektrostatiką, nes tiksli kondensatoriaus talpos vertė neturi reikšmės. Mes tik ieškome talpos pokyčių ir galime aptikti šiuos pokyčius nežinodami spausdinto kondensatoriaus talpos.
Pirštų įtaka
Taigi, kas sukelia šiuos talpos pokyčius, kuriuos aptiks jutiklinio jutiklio valdiklis? Na, žinoma, žmogaus pirštas.
Prieš aptariant, kodėl pirštas keičia talpą, svarbu suprasti, kad nėra tiesioginio elektros kontakto; pirštas nuo kondensatoriaus izoliuojamas laku ant spausdintinės plokštės ir dažniausiai plastiko sluoksniu, kuris atskiria įrenginio elektroniką nuo išorinės aplinkos. Taigi pirštas neiškrauna kondensatoriaus, be to, tam tikru momentu kondensatoriuje sukaupto krūvio kiekis nedomina – veikiau domina talpa tam tikru momentu.
Taigi kodėl piršto buvimas keičia talpą? Yra dvi priežastys: pirmoji susijusi su piršto dielektrinėmis savybėmis, o antroji susijusi su jo laidžiosiomis savybėmis.
Pirštas yra kaip dielektrikas
Paprastai manome, kad kondensatorius turi fiksuotą vertę, kurią lemia dviejų laidžių plokščių plotas, atstumas tarp jų ir medžiagos tarp plokščių dielektrinė konstanta. Mes, žinoma, negalime pakeisti kondensatoriaus fizinių matmenų tiesiog jį liesdami, bet mes Gali pakeisti dielektrinę konstantą, nes žmogaus pirštas turi di elektrines charakteristikas, skiriasi nuo medžiagos (greičiausiai oro), kurią jis išstumia. Tiesa, pirštas nebus tikrojoje dielektrinėje srityje, t.y. izoliacinėje erdvėje tiesiai tarp laidininkų, tačiau tokia „invazija“ į kondensatorių nėra būtina:
Kaip parodyta paveikslėlyje, norint pakeisti dielektrines charakteristikas, nereikia kišti piršto tarp plokščių, nes elektrinis laukas kondensatorius paskirstomas į aplinką.
Pasirodo, žmogaus mėsa yra gana geras dielektrikas, nes mūsų kūnai daugiausia sudaryti iš vandens. Santykinė vakuumo dielektrinė konstanta yra 1, o santykinė oro dielektrinė konstanta yra tik šiek tiek didesnė (apie 1,0006 jūros lygyje kambario temperatūra). Santykinis vandens laidumas yra daug didesnis, apie 80. Taigi piršto sąveika su kondensatoriaus elektriniu lauku reiškia santykinio skvarbos padidėjimą, todėl padidėja talpa.
Pirštas kaip vadovas
Kiekvienas, kuris nukentėjo elektros srovė, žino, kad žmogaus oda praleidžia srovę. Jau minėjau aukščiau, kad tarp piršto ir jutiklinio mygtuko nėra tiesioginio kontakto (tai yra situacija, kai pirštas iškrauna atspausdintą kondensatorių). Tačiau tai nereiškia, kad pirštų laidumas nėra svarbus. Iš tikrųjų tai gana svarbu, nes pirštas tampa antrąja laidžia plokšte papildomame kondensatoriuje:
Praktiškai galime manyti, kad šis naujas pirštų kondensatorius yra prijungtas lygiagrečiai su esamu spausdintu kondensatoriumi. Ši situacija yra šiek tiek sudėtingesnė, nes jutiklio įtaisą naudojantis asmuo nėra elektra prijungtas prie plokštės įžeminimo, todėl du kondensatoriai nėra sujungti lygiagrečiai įprasta grandinės analizės prasme.
Tačiau galime galvoti apie žmogaus kūną kaip teikiantį virtualusįžemintas, nes turi gana didelę galią sugerti elektros krūvį. Bet kokiu atveju mums nereikia jaudintis dėl tikslios elektros jungties tarp piršto kondensatoriaus ir spausdinto kondensatoriaus; svarbus punktas yra tai, kad pseudo-lygiagretus šių dviejų kondensatorių sujungimas reiškia, kad pirštas padidins bendrą talpą, kai kondensatorius pridedamas lygiagrečiai.
Taigi matome, kad abu įtakos mechanizmai tarp piršto ir talpinio jutiklinio jutiklio prisideda prie talpos padidėjimo.
Artimas atstumas arba kontaktas
Ankstesnė diskusija mus veda į įdomi savybė talpiniai jutikliniai jutikliai: išmatuotą talpos pokytį gali sukelti ne tik kontaktas tarp piršto ir jutiklio, bet taip pat artimas atstumas tarp jų. Aš paprastai galvoju apie jutiklinį įrenginį kaip pakeičiantį mechaninį jungiklį arba mygtuką, tačiau talpinė jutiklinio jutiklio technologija iš tikrųjų pristato naują funkcionalumo lygį, leisdama sistemai pajusti atstumą tarp jutiklio ir piršto.
Abu aukščiau aprašyti talpos keitimo mechanizmai turi poveikį, kuris priklauso nuo atstumo. Dielektrine konstanta pagrįsto mechanizmo „mėsos“ dielektrinės sąveikos su kondensatoriaus elektriniu lauku kiekis didėja, kai pirštas artėja prie laidžių atspausdinto kondensatoriaus dalių. Laidžio mechanizmo atveju piršto kondensatoriaus (kaip ir bet kurio kito kondensatoriaus) talpa yra atvirkščiai proporcinga atstumui tarp laidžių plokščių.
Atkreipkite dėmesį, kad šis metodas netinka matavimui absoliutus atstumas tarp jutiklio ir piršto; Talpiniai jutikliai nepateikia duomenų, reikalingų tiksliai apskaičiuoti absoliutų atstumą. Manau, kad būtų galima sukalibruoti talpinę jutiklių sistemą grubiems atstumo matavimams, bet kadangi talpinio jutiklio grandinė buvo skirta aptikti pokyčius konteinerių, tai reiškia, kad ši technologija ypač tinka aptikti pokyčius distancijose, t.y. kai pirštas priartėja prie jutiklio arba nutolsta nuo jo.
Išvada
Dabar turėtumėte aiškiai suprasti pagrindinius principus, kuriais remiantis kuriamos talpinės jutiklinės sistemos. Kitame straipsnyje apžvelgsime metodus, kaip įgyvendinti šiuos pagrindus, kurie padės pereiti nuo teorijos prie praktikos.
Tikiuosi, kad straipsnis buvo naudingas. Palikite komentarus!
Kaip žinoma, bet koks metalinis paviršius, pavyzdžiui, metalinis daiktas, plokštė ar durų rankenėlė. Jutikliai neturi mechaninių elementų, o tai savo ruožtu suteikia jiems didelį patikimumą.
Tokių prietaisų naudojimo sritis yra gana plati, įskaitant skambučio įjungimą, šviesos jungiklį, valdymą Elektroniniai prietaisai, aliarmo jutiklių grupė ir kt. Jei reikia, jutiklinis jutiklis leidžia paslėpti jungiklį.
Prisilietimo jutiklio veikimo aprašymas
Žemiau esančios jutiklio grandinės veikimas pagrįstas namuose esančio elektromagnetinio lauko, kurį sukuria sienose esantys elektros laidai, naudojimu.
Jutiklio jutiklio palietimas ranka prilygsta antenos prijungimui prie jautrios stiprintuvo įvesties. Dėl to indukuota tinklo elektra patenka į lauko tranzistoriaus vartus, kurie atlieka elektroninio jungiklio vaidmenį.
The jutiklinis jutiklis gana paprasta, nes naudojamas lauko tranzistorius KP501A (B, C). Šis tranzistorius perduoda srovę iki 180 mA esant maksimaliai šaltinio nutekėjimo įtampai iki 240 V raidėms A ir 200 V raidėms B ir C. Apsaugoti nuo statinė elektra jo įėjime yra diodas.
Lauko tranzistorius turi didelę įėjimo varžą, o norint ją valdyti, pakanka statinės įtampos, didesnės už slenkstinę reikšmę. Šio tipo lauko tranzistorių vardinė slenkstinė įtampa yra 1...3 V, o didžiausia leistina – 20 V.
Kai ranka paliečiate jutiklį E1, užtvarų indukuoto potencialo laipsnis yra pakankamas, kad atidarytų tranzistorių. Tokiu atveju kanale VT1 bus elektros impulsai, trunkantys 35 ms ir kurių dažnis elektros tinklas 50 Hz. Daugumai elektromagnetinių relių perjungti reikia tik 3...25 ms. Kad relės kontaktai kontakto momentu neatšoktų, į grandinę įtrauktas kondensatorius C2. Dėl susikaupusio kondensatoriaus įkrovimo relė įsijungs net per tą tinklo įtampos pusę ciklo, kai VT1 uždarytas. Kol liečiamas jutiklio jutiklis, relė bus įjungta.
Kondensatorius C1 padidina jutiklio atsparumą aukšto dažnio radijo trukdžiams. Jutiklio prisilietimo jautrumą galite pakeisti pakeisdami talpą C1 ir varžą R1. Kontaktų grupė K1.1 valdo išorinius elektroninius įrenginius.
Prie šios grandinės pridėję trigerį ir tinklo apkrovos perjungimo mazgą, galite gauti.
Arduino jutiklinis jutiklis
Modulis yra jutiklinis mygtukas, jo išvestyje generuojamas skaitmeninis signalas, kurio įtampa atitinka loginio vieneto ir nulio lygius. Nurodo talpinius jutiklinius jutiklius. Su tokiais duomenų įvesties įrenginiais susiduriame dirbdami su planšetinio kompiuterio, iPhone ar jutiklinio ekrano ekranu. Jei monitoriuje spustelėjame piktogramą rašikliu ar pirštu, tada čia naudojame lentos paviršiaus plotą, kurio dydis yra „Windows“ piktogramos dydis, paliesdami jį tik pirštu, rašiklis neįtraukiamas. Modulio pagrindas yra TTP223-BA6 lustas. Yra maitinimo indikatorius.
Melodijos atkūrimo ritmo valdymas
Sumontavus įrenginyje, modulio plokštės paviršiaus lietimo sritis yra padengta plonu stiklo pluošto, plastiko, stiklo ar medžio sluoksniu. Talpinio jutiklinio mygtuko pranašumai apima ilgas terminas aptarnavimas ir galimybė užsandarinti priekinį įrenginio skydelį, antivandalinės savybės. Tai leidžia jutiklinį jutiklį naudoti įrenginiuose, kurie veikia lauke, esant tiesioginiam sąlyčiui su vandens lašeliais. Pavyzdžiui, durų skambučio mygtukas ar buitinė technika. Įdomus pritaikymas įrangoje protingas namas- apšvietimo jungiklių keitimas.
Charakteristikos
Maitinimo įtampa 2,5 - 5,5 V
Reagavimo į palietimą laikas įvairiuose srovės vartojimo režimuose
žemas 220 ms
normalus 60 ms
Išvesties signalas
Įtampa
aukštas rąstas. lygis 0,8 X maitinimo įtampa
žemas rąstas lygis 0,3 X maitinimo įtampa
Srovė esant 3 V maitinimo ir loginiams lygiams, mA
žemas 8
aukštas -4
Lentos matmenys 28 x 24 x 8 mm
Kontaktai ir signalas
Jokio prisilietimo – išvesties signalas turi žemą loginį lygį, liesti – jutiklio išvestis yra loginė.
Kodėl tai veikia arba šiek tiek teorijos
Žmogaus kūnas, kaip ir viskas aplink mus, turi elektrinių savybių. Kai suveikia jutiklinis jutiklis, atsiranda mūsų talpa, varža ir induktyvumas. Apatinėje modulio plokštės pusėje yra folijos dalis, prijungta prie mikroschemos įvesties. Tarp operatoriaus piršto ir apatinėje pusėje esančios folijos yra dielektriko sluoksnis – modulio spausdintinės plokštės atraminio pagrindo medžiaga. Sąlyčio momentu žmogaus kūnas yra įkraunamas mikroskopine srove, tekančia per kondensatorių, kurį sudaro folijos dalis ir žmogaus pirštas. Supaprastintai žiūrint, srovė teka per du nuosekliai sujungtus kondensatorius: foliją, pirštą, esantį priešinguose plokštės paviršiuose, ir žmogaus kūną. Todėl, jei plokštės paviršius padengtas plonu izoliatoriaus sluoksniu, padidės folijos piršto kondensatoriaus dielektrinis sluoksnis ir nesutrikdys modulio veikimo.
TTP223-BA6 mikroschema aptinka nereikšmingą mikrosrovės impulsą ir registruoja prisilietimą. Dėl mikroschemos savybių darbas su tokiomis srovėmis nedaro jokios žalos. Kai paliečiame veikiančio televizoriaus ar monitoriaus korpusą, per mus praeina didesnio masto mikrosrovės.
Mažo vartojimo režimas
Įjungus maitinimą, jutiklinis jutiklis veikia mažos galios režimu. Po 12 sekundžių suveikimo modulis pereina į įprastą režimą. Jei daugiau kontakto neatsiranda, modulis grįš į mažo srovės suvartojimo režimą. Modulio reakcijos į prisilietimą greitis įvairiais režimais nurodytas aukščiau pateiktose charakteristikose.
Darbas kartu su Arduino UNO
Į „Arduino UNO“ įkelkite šią programą.
#define ctsPin 2 // Kontaktas jutiklio signalo linijai prijungti
int ledPin = 13; // LED kontaktas
Tuščia sąranka() (
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, OUTPUT);
pinMode(ctsPin, INPUT);
}
Tuščia kilpa() (
int ctsValue = digitalRead(ctsPin);
if (ctsValue == HIGH)(
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Serial.println("TOUCHED");
}
Kitas(
digitalWrite(ledPin,LOW);
Serial.println("nepaliesta");
}
delsimas (500);
}
Prijunkite jutiklinį jutiklį ir Arduino UNO, kaip parodyta paveikslėlyje. Grandinę galima papildyti šviesos diodu, kuris įsijungia palietus jutiklį, prijungtas per 430 omų rezistorių prie 13 kaiščio. Jutikliniai mygtukai dažnai būna su jutikliniu indikatoriumi. Taip operatoriui dirbti patogiau. Paspaudę mechaninį mygtuką, jaučiame spragtelėjimą nepriklausomai nuo sistemos reakcijos. Čia technologijos naujumas šiek tiek stebina dėl mūsų motorinių įgūdžių, kurie vystėsi bėgant metams. Slėgio indikatorius apsaugo mus nuo pernelyg didelio naujumo jausmo.
Kaip prijungti talpinį jutiklinį jutiklį prie mikrovaldiklio. Ši idėja man pasirodė daug žadanti, kai kuriems įrenginiams lietimui jautrūs klavišai tiktų kur kas geriau nei mechaniniai. Šiame straipsnyje kalbėsiu apie mano įgyvendinimą naudinga technologija paremtas STM32 Discovery kūrimo plokšte.
Taigi, tik pradėdamas įvaldyti STM32, nusprendžiau kaip pratimą prie įrenginio pridėti prisilietimo aptikimą. Pradėjęs suprasti teoriją ir praktiką minėtame straipsnyje, pakartojau bendražygio grandinę "a. Suveikė puikiai, bet aš, minimalizmo mėgėjas, norėjau ją supaprastinti, atsikratydamas nereikalingų elementų. Mano nuomone ,išorinis rezistorius ir maitinimo kelias pasirodė nereikalingi.Visa tai jau rasta daugumoje mikrovaldiklių, įskaitant AVR ir STM32.Turiu galvoje I/O prievadų ištraukiamuosius rezistorius.Kodėl per juos neįkrauti plokštės ir pirštų ? Laukdamas laimikio, aš surinkau grandinę ant duonos lentos, kuri, mano nuostabai, ji veikė pirmą kartą. Tiesą sakant, net juokinga tai vadinti grandine, nes mums tereikia tiesiog prijungti kontaktinė plokštelė prie derinimo plokštės kojelės.Visą darbą atliks mikrovaldiklis.
Kas yra programa? Pirmosios dvi funkcijos:
Pirmasis išveda loginį „0“ į jutiklio kaištį (nulinis C registro kaištis)
Tuščias jutiklis_žemė (tuščia) ( GPIOC->CRL = 0x1; GPIOC->BRR | = 0x1; )
Antrasis sukonfigūruoja tą pačią išvestį kaip įvestį su patraukimu į maitinimo šaltinį.
Tuščios jutiklis_InPullUp (tuščia) ( GPIOC->CRL = 0x8; GPIOC->BSRR | = 0x1; )
Dabar apklausos ciklo pradžioje iškviesime Sensor_Ground () ir šiek tiek palauksime, kad visas liekamasis jutiklio krūvis iškrautų į žemę. Tada iš naujo nustatysime skaičiavimo kintamąjį, kuris bus naudojamas jutiklio įkrovimo laikui apskaičiuoti, ir iškviesime Sensor_InPullUp().
Sensor_Ground(); Vėlavimas (0xFF); //paprastas tuščių skaitiklių skaičius = 0; Sensor_InPullUp();
Dabar jutiklis pradeda krautis per vidinį traukimo rezistorių, kurio nominali vertė yra apie dešimtis KOhms (30...50KOhms STM32). Tokios grandinės laiko konstanta bus lygi keliems laikrodžio ciklams, todėl derinimo plokštėje pakeičiau kvarcinį rezonatorių į greitesnį, 20 MHz (beje, ne iš karto pastebėjau, kad STM32 Discovery kvarcas keičiamas be litavimo). Taigi skaičiuojame procesoriaus ciklus, kol įvestyje pasirodys loginis:
Nors(!(GPIOC->IDR & 0x1)) ( count++; )
Išėjus iš šios kilpos, skaičiaus kintamasis išsaugos skaičių, proporcingą jutiklio plokštės talpai. Mano atveju su 20 MHz mikroschema skaičiavimo reikšmė yra 1, kai nėra slėgio, 7-10 su lengviausiu prisilietimu, 15-20 su normaliu prisilietimu. Belieka palyginti ją su slenkstine reikšme ir nepamiršti dar kartą iškviesti Sensor_Ground(), kad iki kito apklausos ciklo jutiklis jau būtų išsikrovęs.
Gauto jautrumo pakanka užtikrintai aptikti prisilietimus prie plikų metalinių trinkelių. Uždengus jutiklį popieriaus ar plastiko lakštu, jautrumas sumažėja tris ar keturis kartus, aiškiai aptinkami tik pasitikintys paspaudimai. Jei norite padidinti jautrumą tais atvejais, kai jutiklį reikia padengti apsaugine medžiaga, galite padidinti mikrovaldiklio laikrodžio dažnį. Su STM32F103 serijos mikroschema, galinčia veikti iki 72 MHz dažniais, milimetrinės užtvaros tarp piršto ir jutiklio nebus kliūtis.
Palyginti su "a" įgyvendinimu, mano metodas veikia daug greičiau (apie tuziną laikrodžio ciklų vienam jutikliui), todėl aš neapsunkinau programos nustatydamas laikmačio pertraukimus.
Galiausiai vaizdo įrašas, rodantis, kaip veikia jutiklis.
Main.c testavimo programa.
Į mikrovaldiklį
Ačiū vartotojui už labai naudingą straipsnį ARM mikrovaldikliai STM32F. Greita pradžia su STM32-Discovery, vartotojui už idėją ir suprantamą teorinį aprašymą.
UPD. Po komentarų „a nusprendžiau pažvelgti į laikrodį ir sužinojau, kad pagal nutylėjimą STM32 Discovery nustatytas laikrodžio dažnis
(HSE / 2) * 6 = 24 MHz, kur HSE yra išorinis kristalų dažnis. Atitinkamai, keisdamas kvarcą nuo 8 iki 20 MHz, aš priverčiau prastą STM dirbti 60 MHz dažniu. Taigi, pirma, kai kurios išvados akivaizdžiai nėra visiškai teisingos, o antra, tai, ką dariau, gali sukelti lustų gedimus. tokių gedimų atveju mikrovaldiklyje yra HardFault pertraukimas, juo naudodamasis tikrinau aukštesnius dažnius.Taigi, lustas pradeda gesti tik 70 MHz. Bet nors valdiklis apdoroja būtent šią programą 60 MHz dažniu, naudojant periferinius įrenginius ar dirbant su Flash atmintimi jis gali elgtis nenuspėjamai Išvada: traktuokite šią temą kaip eksperimentą, kartokite tik rizikuodami ir rizikuodami.
