DIY հպման սենսոր: Arduino՝ կոնդենսիվ հպման սենսոր: Փոփոխական կոնդենսատոր, փոփոխական հաճախականություն

Սենսորային սենսոր TTP223B(Սենսորային կոճակ) օգտագործվում է էլեկտրական սխեմաների միացման համար (միացում/անջատում) և հիանալի փոխարինում է ավանդական մեխանիկական կոճակներին (ստեղներին): Այն բնութագրվում է բարձր հուսալիությամբ՝ շարժական մասերի բացակայության և էներգիայի ցածր սպառման պատճառով:

TTP223B սենսորային կոճակն օգտագործելու համար դուք պետք է միացնեք հոսանքը և Arduino կարգավորիչը կամ միկրոպրոցեսորային կառավարման այլ սարք: Տախտակի վրա կա լուսադիոդ՝ «D» պիտակով, որը վառվում է, երբ մոդուլը հոսանք է մտնում: Մոդուլի տախտակն ունի չորս անցք հարթ մակերեսի վրա տեղադրելու համար:
Սենսորային հարթակն օգտագործում է կոնդենսիվ տեխնոլոգիա: Մոդուլն ակտիվանում է միացման համար՝ մատով հպելով հպման սենսորին: Հանգստի ժամանակ - մոդուլի ելքում ցածր մակարդակլարումը, երբ դիպչում եք սենսորին, հայտնվում է բարձր մակարդակԼարման։ 12 վայրկյան անգործությունից հետո մոդուլը անցնում է ցածր էներգիայի ռեժիմի:
TTP223B հպման սենսորն ունի մեկ 3-pin միակցիչ:

Փին նշում

Բնութագրերը

Որոշ էլեկտրական սարքերի համար անհրաժեշտ է հպման ակտիվացում, այսինքն՝ շահագործման սկիզբը կամ ավարտը պետք է տեղի ունենա մատի պարզ հպումով հպման կոնտակտին: Սա կարող է օգտագործվել դիագրամներում էլեկտրոնային կողպեքներ, ահազանգեր, սովորական սարքավորումներ, որոնք հեշտացնում են այն միացնել-անջատել (ուղղակի պետք է դիպչել):

Այս հոդվածում ես առաջարկում եմ բավականին պարզ էլեկտրոնային միացումսենսորային անջատիչ, որը կարող է հավաքել գրեթե բոլորը: Այս սխեման բաղկացած է ընդամենը մի քանի էլեկտրոնային բաղադրիչներից, որոնցից հիմնականը երկբևեռ տրանզիստորներն են, որոնք հանդես են գալիս որպես ազդանշանի ուժեղացուցիչ։ Սենսորային մետաղալարն ինքնին (որին պետք է դիպչել) միացված է առաջին տրանզիստորի մուտքագրմանը (բազային): Տրանզիստորի ելքը արտադրում է հարյուրավոր անգամ ուժեղացված ազդանշան, որը սնվում է հաջորդ տարրին: Երկրորդ տրանզիստորն ավելի է ուժեղացնում նախկինում ուժեղացված ազդանշանը, և նույնն է անում շղթայի երրորդ փուլը: Արդյունքում, սենսորից եկող չափազանց փոքր ազդանշանից մենք ստանում ենք հոսանք, որը կարող է լուսավորել LED-ը (կամ միացնել ռելե, որը կկառավարի այս կամ այն ​​սարքը):

Հիշեցնեմ, որ երկբևեռ տրանզիստորը կիսահաղորդչային տարր է, որն ունի երեք տերմինալ (էմիտեր, կոլեկտոր և հիմք): Այն ունակ է ուժեղացնել էլեկտրական ազդանշանը 10-1000 անգամ։ Երբ մի փոքր ազդանշան (ինչ-որ տեղ 0,6-ից մինչև 0,7 վոլտ) կիրառվում է կառավարման փին, մենք կարող ենք ստանալ. էլեկտրաէներգիաև/կամ շատ ավելի բարձր լարման:

Հիմքը հսկիչ էլեկտրոդն է արտանետիչի նկատմամբ: Այսինքն, էներգիայի աղբյուրից որոշակի լարում է մատակարարվում բազայի (որոշակի կողմնակալություն ստեղծող սահմանափակող դիմադրության միջոցով) և կոլեկտորին: Երբ բազայի և թողարկողի միջև լարումը մինչև 0,6 վոլտ է, տրանզիստորը դեռ փակ կլինի (այն իր միջով հոսանքը չի անցնի արտանետողի և կոլեկցիոների համեմատ): Հիմքի և թողարկիչի միջև լարումը 0,6-ից մինչև 0,7 վոլտ ավելացնելով, մենք աստիճանաբար բացում ենք տրանզիստորը ամբողջությամբ: փակ վիճակամբողջովին բաց վիճակում։ Հետևաբար, տրանզիստորը կատարում է փոփոխական դիմադրության դեր, որը կառավարվում է փոքր հոսանքներով և կարող է փոխել իր դիմադրությունը անսահման մեծից գործնականում զրոյի (այն դեռ գոյություն ունի, թեև շատ փոքր):

Ռեզիստորները պարզ հպման անջատիչի շղթայում, որը գտնվում է կոլեկցիոների միացումում, գործում են որպես ընթացիկ սահմանափակիչներ: Նրանց գնահատականներն են 1 մեգաոհմ, 1 կիլոոհմ և 220 օմ։ Դուք կարող եք տեղադրել փոքր հզորություն, փոքր չափի (շղթայի հոսանքները բավականին փոքր են): Այս էլեկտրական միացումն օգտագործում է KT315 տիպի երկբևեռ տրանզիստորներ (հարմար է ցանկացած տառային ինդեքսով): Այս տրանզիստորները հնաոճ են, դրանք կարող եք գտնել ցանկացած վայրում, և դրանք արժեն կոպեկներ (եթե գնել եք): Դուք կարող եք դրանք փոխարինել KT3102-ով կամ նմանատիպ բնութագրերով ցանկացած այլով: Այս տրանզիստորները ունեն n-p-n հաղորդունակություն (սկսնակները պետք է հաշվի առնեն դա): Դուք կարող եք շղթայի մեջ տեղադրել KT361 կամ KT3107 շարքի տրանզիստորներ և հակադարձ հաղորդունակություն (pnp), բայց այնուհետև ձեզ հարկավոր է փոխել էլեկտրամատակարարման բևեռականությունը (միացնել մինուսը գումարածին և հակառակը):

Ուզում եմ նշել, որ սա էլեկտրական դիագրամՍենսորը ֆիքսված չէ, այսինքն՝ ելքային սարքը կաշխատի և կաշխատի միայն մուտքային սենսորին դիպչելիս: Հենց որ դադարեք դիպչել սենսորին, ելքային սարքը նույնպես կանջատվի:

Սկզբում, պարզ հպման անջատիչի միացումում, ես ելքի վրա տեղադրեցի սովորական LED, որը պարզապես վառվում էր, երբ դիպչում էին սենսորին: Եթե ​​LED-ի փոխարեն փոքր ռելե եք դնում, ապա շղթայի ելքի վրա արդեն կարող եք անջատիչ ունենալ, որը կարող է միացված լինել տարբեր էլեկտրական սարքեր(զանգ, լամպ, շարժիչ և այլն): Ռելեի կծիկին զուգահեռ ձեզ հարկավոր է զոդել փոքր հզորության էլեկտրոլիտիկ կոնդենսատոր (ինչ-որ տեղ 100-ից 1000 միկրոֆարադ, և լարման ոչ պակաս, քան էներգիայի աղբյուրը): Եվ նաև միացրեք դիոդ (հակառակ միացում), որը կվերացնի ինքնին ինդուկցիոն լարման ազդեցությունը, որը տեղի է ունենում հենց շղթայի վրա գտնվող ռելեի պարույրների վրա: Ցանկացած դիոդ կհաջողվի:

P.S. Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ LED-ն ունի բևեռականություն: Եթե ​​այն սխալ տեղադրեք, այն չի լուսավորվի։ Ռելե օգտագործելու դեպքում հաշվի առեք տրանզիստորի ելքային հոսանքը: Այսինքն՝ KT315-ն իր ելքում կարող է ունենալ 100 միլիամպից ոչ ավելի հոսանք։ Հետևաբար, եթե տեղադրեք մեծ անջատիչ, որի կծիկը մեծ հոսանքներ է սպառում, տրանզիստորը կարող է ձախողվել: Անհրաժեշտ է կծիկի վրա համապատասխան հոսանքով ռելե տեղադրել կամ շղթայի ելքում տեղադրել ավելի հզոր երկբևեռ տրանզիստոր:

Այս հոդվածում ներկայացված են կոնդենսիվ հպման սենսորների մի քանի հիմնական նախագծեր և քննարկվում է, թե ինչպես վարվել ցածր և բարձր հաճախականության աղմուկի հետ:

Նախորդ հոդվածը

Փոփոխության չափում

Եթե ​​կարդացել եք նախորդ հոդվածը, ապա գիտեք, որ կոնդենսիվ հպման սենսորների էությունը հզորության փոփոխությունն է, որը տեղի է ունենում, երբ առարկան (սովորաբար մարդու մատը) մոտենում է կոնդենսատորին: Մատի առկայությունը մեծացնում է կարողությունը, քանի որ.

1. ներմուծում է նյութ (այսինքն՝ մարդու միս) համեմատաբար բարձր դիէլեկտրական հաստատունով.
2. ապահովում է հաղորդիչ մակերես, որը գոյություն ունեցող կոնդենսատորին զուգահեռ ստեղծում է լրացուցիչ հզորություն:

Իհարկե, այն փաստը, որ հզորությունը փոխվում է, առանձնապես օգտակար չէ: Որպեսզի իրականում կիրառենք կոնդենսիվ հպման սենսոր, մեզ անհրաժեշտ է մի շղթա, որը կարող է չափել հզորությունը բավական ճշգրտությամբ՝ բացահայտելու մատի առկայության հետևանքով առաջացած հզորության աճը: Գոյություն ունենալ տարբեր ուղիներդա անելու համար ոմանք բավականին պարզ են, մյուսները՝ ավելի բարդ: Այս հոդվածում մենք կանդրադառնանք capacitive touch ֆունկցիոնալության իրականացման երկու հիմնական մոտեցումներին. առաջինը հիմնված է RC (ռեզիստոր-կոնդենսատոր) շղթայի ժամանակի հաստատունի վրա, իսկ երկրորդը հիմնված է հաճախականության տեղաշարժերի վրա:

RC միացման ժամանակի հաստատուն

Դուք կարող եք նաև զգալ քոլեջի նոստալգիայի զգացում, երբ տեսնում եք էքսպոնենցիալ կոր, որը գծագրում է լարումը, երբ կոնդենսատորը լիցքավորվում է կամ լիցքաթափվում: Թերևս ինչ-որ մեկը, առաջին անգամ նայելով այս կորին, հասկացավ, որ բարձրագույն մաթեմատիկան դեռևս որոշակի առնչություն ունի իրական աշխարհի հետ, և նույնիսկ խաղողի այգիներում աշխատող ռոբոտների դարաշրջանում, ինչ-որ գրավիչ բան կա կոնդենսատորի լիցքաթափման պարզության մեջ: Ամեն դեպքում, մենք գիտենք, որ այս էքսպոնենցիալ կորը փոխվում է, երբ փոխվում է կամ դիմադրությունը կամ կոնդենսատորը: Ենթադրենք, մենք ունենք RC միացում, որը բաղկացած է 1 MΩ ռեզիստորից և 10 pF տիպիկ հզորությամբ (առանց մատի):

Կոնդենսատորը տրամաբանական բարձր լարման տակ լիցքավորելու համար կարող ենք օգտագործել ընդհանուր նշանակության I/O փին (կոնֆիգուրացված որպես ելք): Այնուհետև մենք պետք է լիցքաթափենք կոնդենսատորը մեծ ռեզիստորի միջոցով: Կարևոր է հասկանալ, որ դուք չեք կարող պարզապես ելքային վիճակը միացնել ցածրի տրամաբանական մակարդակ. Որպես ելք կազմաձևված մուտքի/ելքի փին կհաղորդի տրամաբանական ցածր ազդանշան, այսինքն՝ այն կստեղծի ցածր դիմադրողականության կապ ելքի և հողի միջև: Այսպիսով, կոնդենսատորը արագորեն լիցքաթափվելու է այս ցածր դիմադրության միջոցով - այնքան արագ, որ միկրոկառավարիչը չի կարողանա հայտնաբերել նուրբ ժամանակավոր փոփոխությունները, որոնք առաջանում են հզորության փոքր փոփոխություններից: Մեզ այստեղ անհրաժեշտ է բարձր մուտքային դիմադրությամբ քորոց, որը կհանգեցնի նրան, որ լիցքաթափման ամբողջ հոսանքը կհոսի ռեզիստորի միջով, և դա կարելի է հասնել՝ կարգավորելով մինն այնպես, որ գործի որպես մուտքային: Այսպիսով, սկզբում դուք սահմանում եք քորոցը որպես տրամաբանական բարձր ելք, այնուհետև կանչվում է լիցքաթափման փուլը` փոխելով փին գործառնական ռեժիմը մուտքի վրա: Ստացված լարումը կունենա հետևյալ տեսքը.

Եթե ​​ինչ-որ մեկը դիպչում է սենսորին և դրանով իսկ ստեղծում է լրացուցիչ 3 pF հզորություն, ժամանակի հաստատունը կաճի հետևյալ կերպ.

Մարդկային չափանիշներով լիցքաթափման ժամանակը շատ տարբեր չէ, բայց ժամանակակից միկրոկոնտրոլերը, անշուշտ, կարող է հայտնաբերել այս փոփոխությունը: Ենթադրենք, մենք ունենք ժմչփ 25 ՄՀց ժամացույցի արագությամբ; մենք սկսում ենք ժմչփը, երբ ելքը միացնում ենք մուտքային ռեժիմին: Մենք կարող ենք օգտագործել ժմչփ՝ լիցքաթափման ժամանակին հետևելու համար՝ կարգավորելով նույն փինը՝ որպես ձգան, որը հրահրում է գրավման իրադարձություն («գրավում» նշանակում է ժմչփի արժեքը պահել առանձին ռեգիստրում): Գրավման իրադարձությունը տեղի կունենա, երբ լիցքաթափման լարումը հատի ելքի տրամաբանական ցածր շեմը, օրինակ՝ 0,6 Վ: Ինչպես ցույց է տրված հետևյալ գրաֆիկում, 0,6 Վ շեմի հետ լիցքաթափման ժամանակի տարբերությունը ΔT = 5,2 μվ է:

1/(25 ՄՀց) = 40 ns ժմչփի ժամացույցի ժամանակով այս ΔT-ն համապատասխանում է 130 ժամացույցի ցիկլերին: Նույնիսկ եթե հզորության փոփոխությունը կրճատվի 10 գործակցով, մենք դեռևս կունենանք 13 ցիկլերի տարբերություն չհպված սենսորի և հպված սենսորի միջև:

Այսպիսով, գաղափարը կոնդենսատորը բազմիցս լիցքավորելն ու լիցքաթափելն է՝ վերահսկելով լիցքաթափման ժամանակը; եթե լիցքաթափման ժամանակը գերազանցում է կանխորոշված ​​արատը, միկրոկառավարիչը ենթադրում է, որ մատը «շփվել» է հպման սենսորային կոնդենսատորի հետ (ես չակերտների մեջ գրել եմ «կոնտակտ», քանի որ մատը իրականում երբեք չի դիպչում կոնդենսատորին, ինչպես նշված է նախորդ հոդվածում, կոնդենսատորը առանձնացված է արտաքին միջավայրլաք տախտակի և սարքի մարմնի վրա): Այնուամենայնիվ, իրական կյանքմի քիչ ավելի բարդ, քան այստեղ ներկայացված իդեալականացված քննարկումը; Սխալի աղբյուրները քննարկվում են ստորև «Իրական կյանք» բաժնում:

Փոփոխական կոնդենսատոր, փոփոխական հաճախականություն

Հաճախականության տատանումների վրա հիմնված իրականացման դեպքում որպես «C» մաս օգտագործվում է RC տատանումների մեջ որպես «C» մաս, այնպես, որ հզորության փոփոխությունն առաջացնում է հաճախականության փոփոխություն: Ելքային ազդանշանն օգտագործվում է որպես հաշվիչի մոդուլի մուտքագրում, որը հաշվում է բարձրացող կամ անկող եզրերի քանակը, որոնք տեղի են ունենում չափման ժամանակահատվածում: Երբ մոտեցող մատն առաջացնում է սենսորային հզորության մեծացում, տատանվող ելքային ազդանշանի հաճախականությունը նվազում է, և այդպիսով նվազում է նաև եզրերի/անկումների քանակը:

Այսպես կոչված ռելաքսացիոն օսլիլատորը (օսցիլատոր, որի պասիվ և ակտիվ ոչ գծային տարրերը չունեն ռեզոնանսային հատկություններ) հիմնական միացում է, որը կարող է օգտագործվել այդ նպատակով։ Սա պահանջում է մի քանի ռեզիստորներ և համեմատիչ, բացի սենսորային կոնդենսատորից: Սա կարծես թե առաջացնում է ավելի շատ խնդիրներհամեմատ վերը քննարկված լիցքավորման/լիցքաթափման մեթոդի հետ, բայց եթե ձեր միկրոկոնտրոլերն ունի ներկառուցված համեմատիչ մոդուլ, դա այնքան էլ վատ չէ: Ես չեմ մանրամասնի այս oscillator-ի սխեմաների մասին, քանի որ, նախ, այն քննարկվում է շատ այլ վայրերում, և երկրորդ, քիչ հավանական է, որ դուք ցանկանաք օգտագործել այս oscillator մեթոդը, երբ կան բազմաթիվ միկրոկոնտրոլերներ և առանձին չիպեր, որոնք առաջարկում են. Բարձր կատարողական կապակցիվ հպման գործառույթ: Եթե ​​դուք այլ ելք չունեք, քան ստեղծել ձեր սեփական կոնդենսիվ հպման սենսորային միացում, կարծում եմ, որ վերը նկարագրված լիցքավորման/լիցքավորման մեթոդն ավելի պարզ է: Հակառակ դեպքում, մի փոքր ավելի հեշտացրեք ձեր կյանքը՝ ընտրելով միկրոկոնտրոլեր հատուկ կոնդենսիվ հպման սենսորային սարքաշարով:

Ներկառուցված մոդուլի օրինակ, որը հիմնված է թուլացման տատանումների վրա, հանդիսանում է Silicon Labs-ի EFM32 միկրոկոնտրոլերների կոնդենսիվ սենսորային ծայրամասային սարքը.

Մուլտիպլեքսորը թույլ է տալիս տատանումների հաճախականությունը կառավարել ութ տարբեր հպման սենսորային կոնդենսատորներով: Արագ անցնելով ալիքների միջև՝ կարգավորիչը կարող է արդյունավետորեն կառավարել միաժամանակ ութ հպման կոճակ, քանի որ միկրոկոնտրոլերի գործառնական հաճախականությունը շատ բարձր է՝ համեմատած մատների շարժման արագության հետ:

Աշխատեք իրականում

Կապակցիվ հպման համակարգը կազդի ինչպես բարձր հաճախականության, այնպես էլ ցածր հաճախականության աղմուկի վրա:

Բարձր հաճախականության աղմուկը հանգեցնում է նրան, որ լիցքաթափման ժամանակը կամ եզրերի քանակի չափումները փոքր-ինչ տարբերվում են նմուշից նմուշ: Օրինակ՝ առանց մատների լիցքավորման/լիցքաթափման շղթան, որը քննարկվել է վերևում, կարող է ունենալ 675 ցիկլ լիցքաթափման ժամանակ, այնուհետև 685 ցիկլ, ապա 665 ցիկլ, ապա 670 ցիկլ և այլն: Այս աղմուկի նշանակությունը կախված է լիցքաթափման ժամանակի ակնկալվող փոփոխությունից, երբ մատը բարձրացվում է: Եթե ​​հզորությունը մեծանում է 30%-ով, ապա ΔT-ն կկազմի 130 ցիկլ: Եթե ​​մեր բարձր հաճախականության տատանումները կազմում են ընդամենը ±10 ժամացույցի ցիկլեր, ապա մենք հեշտությամբ կարող ենք տարբերել ազդանշանը աղմուկից:

Այնուամենայնիվ, հզորության 30% աճը մոտ է առավելագույն արժեքըկարողությունների փոփոխություններ, որոնք մենք կարող ենք ակնկալել: Եթե ​​մենք ստանում ենք միայն 3% փոփոխություն, ΔT-ն 13 ցիկլ է, որը չափազանց մոտ է աղմուկի մակարդակին: Աղմուկի ազդեցությունը նվազեցնելու եղանակներից մեկը ազդանշանի ամպլիտուդիան մեծացումն է, և դուք կարող եք դա անել՝ նվազեցնելով տպագիր կոնդենսատորն ու մատը բաժանող ֆիզիկական հեռավորությունը: Այնուամենայնիվ, հաճախ մեխանիկական դիզայնսահմանափակվում է այլ գործոններով, և դուք այլևս չեք կարող բարձրացնել ազդանշանի մակարդակը: Այս դեպքում դուք պետք է նվազեցնեք աղմուկի մակարդակը, որը կարելի է հասնել միջին հաշվարկով: Օրինակ, յուրաքանչյուր նոր լիցքաթափման ժամանակը կարելի է համեմատել ոչ թե նախորդ լիցքաթափման ժամանակի, այլ վերջին 4 կամ 8 կամ 32 լիցքաթափման ժամանակի միջինի հետ: Վերևում նկարագրված հաճախականության հերթափոխի մեթոդը ավտոմատ կերպով ներառում է միջինացում, քանի որ կենտրոնական հաճախականության շուրջ փոքր փոփոխությունները էապես չեն ազդի տատանումների ժամանակաշրջանից ավելի երկար հաշվվող ցիկլերի վրա:

Ցածր հաճախականության աղմուկը վերաբերում է սենսորային հզորության երկարատև փոփոխություններին՝ առանց մատին դիպչելու. այս փոփոխությունները կարող են պայմանավորված լինել պայմաններով միջավայրը. Այս տեսակի միջամտությունը չի կարող միջինացված լինել, քանի որ փոփոխությունները կարող են պահպանվել շատ երկար ժամանակահատվածում: Այսպիսով, ցածր հաճախականության աղմուկի հետ արդյունավետ վարվելու միակ միջոցը պետք է լինի հարմարվողական. մատի առկայությունը հայտնաբերելու համար օգտագործվող շեմը չի կարող ֆիքսված արժեք լինել: Փոխարենը, այն պետք է կանոնավոր կերպով կարգավորվի՝ հիմնվելով չափված արժեքների վրա, որոնք զգալի կարճաժամկետ փոփոխություններ չեն ցույց տալիս, ինչպիսիք են մատի մոտեցման հետևանքով առաջացած փոփոխությունները:

Եզրակացություն

Սույն աշխատությունում քննարկված իրականացման մեթոդները ցույց են տալիս, որ հպման հզորության հայտնաբերումը չի պահանջում բարդ ապարատային և ծրագրային ապահովում. Այնուամենայնիվ, դա բազմակողմանի, հուսալի տեխնոլոգիա է, որը կապահովի կատարողականի զգալի բարելավումներ մեխանիկական այլընտրանքների նկատմամբ:

Սենսորային սենսոր Arduino-ի համար

Մոդուլը սենսորային կոճակ է, որի ելքում ստեղծվում է թվային ազդանշան, որի լարումը համապատասխանում է տրամաբանական մեկ և զրոյի մակարդակներին: Վերաբերում է կոնդենսիվ հպման սենսորներին: Տվյալների մուտքագրման նման սարքերի ենք հանդիպում պլանշետի, iPhone-ի կամ սենսորային էկրանով մոնիտորի հետ աշխատելիս: Եթե ​​մոնիտորի վրա մենք սեղմում ենք գրիչով կամ մատով պատկերակի վրա, ապա այստեղ մենք օգտագործում ենք տախտակի մակերեսի մի տարածք Windows-ի պատկերակի չափով, այն դիպչելով միայն մատով, գրիչը բացառվում է: Մոդուլի հիմքը TTP223-BA6 չիպն է։ Կա հզորության ցուցիչ։

Մեղեդու նվագարկման ռիթմի վերահսկում

Սարքում տեղադրվելիս մոդուլի տախտակի մակերեսի հպման տարածքը ծածկված է ապակեպլաստե, պլաստմասե, ապակի կամ փայտի բարակ շերտով: Հպման հզոր կոճակի առավելությունները ներառում են երկար սպասարկման ժամկետ, սարքի առջևի վահանակը կնքելու հնարավորություն և հակավանդալ հատկություններ: Սա թույլ է տալիս հպման սենսորը օգտագործել դրսում աշխատող սարքերում՝ ջրի կաթիլների հետ անմիջական շփման պայմաններում: Օրինակ՝ դռան զանգի կոճակ կամ կենցաղային տեխնիկա։ Հետաքրքիր կիրառություն սարքավորումների մեջ խելացի տուն- լուսավորության անջատիչների փոխարինում.

Բնութագրերը

Մատակարարման լարումը 2.5 - 5.5 Վ
Հպման արձագանքման ժամանակը տարբեր ընթացիկ սպառման ռեժիմներում
ցածր 220 ms
նորմալ 60 ms
Ելքային ազդանշան
Լարման
բարձր գերան. մակարդակը 0.8 X մատակարարման լարման
ցածր գերան մակարդակը 0.3 X մատակարարման լարման
Հոսանք 3 Վ սնուցման և տրամաբանական մակարդակներում, mA
ցածր 8
բարձր -4
Տախտակի չափերը 28 x 24 x 8 մմ

Կոնտակտներ և ազդանշան

Հպում չկա - ելքային ազդանշանն ունի ցածր տրամաբանական մակարդակ, հպում - սենսորային ելքը տրամաբանական է:

Ինչու է դա աշխատում կամ մի փոքր տեսություն

Մարդու մարմինը, ինչպես այն ամենը, ինչ մեզ շրջապատում է, ունի էլեկտրական բնութագրերը. Երբ հպման սենսորը գործարկվում է, հայտնվում են մեր հզորությունը, դիմադրությունը և ինդուկտիվությունը: Մոդուլի տախտակի ներքևի մասում կա փայլաթիթեղի մի հատված, որը միացված է միկրոսխեմայի մուտքին: Օպերատորի մատի և ներքևի մասի փայլաթիթեղի միջև կա դիէլեկտրիկ նյութի շերտ կրող հիմք տպագիր տպատախտակմոդուլ: Շփման պահին մարդու մարմինը լիցքավորված է մանրադիտակային հոսանքով, որը հոսում է փայլաթիթեղի մի հատվածից և մարդու մատից ձևավորված կոնդենսատորի միջով: Պարզեցված տեսանկյունից հոսանք է հոսում երկու շարքով միացված կոնդենսատորներով՝ փայլաթիթեղի, տախտակի հակառակ մակերեսների վրա գտնվող մատի և մարդու մարմնի միջով: Հետևաբար, եթե տախտակի մակերեսը ծածկված է մեկուսիչի բարակ շերտով, դա կհանգեցնի փայլաթիթեղի մատով կոնդենսատորի դիէլեկտրական շերտի հաստության ավելացմանը և չի խաթարի մոդուլի աշխատանքը:
TTP223-BA6 միկրոսխեման հայտնաբերում է աննշան միկրոհոսանքի իմպուլս և գրանցում հպում: Շնորհիվ միկրոսխեմայի հատկությունների, նման հոսանքների հետ աշխատելը ոչ մի վնաս չի պատճառում: Երբ մենք դիպչում ենք աշխատող հեռուստացույցի կամ մոնիտորի մարմնին, մեր միջով անցնում են ավելի մեծ հզորության միկրոհոսանքներ։

Ցածր սպառման ռեժիմ

Հոսանքը միացնելուց հետո հպման սենսորը գտնվում է ցածր էներգիայի ռեժիմում: 12 վայրկյան գործարկելուց հետո մոդուլը անցնում է նորմալ ռեժիմի: Եթե ​​հետագա շփում չլինի, մոդուլը կվերադառնա ցածր ընթացիկ սպառման ռեժիմին: Տարբեր ռեժիմներում հպմանը մոդուլի արձագանքման արագությունը տրված է վերը նշված բնութագրերում:

Աշխատում է Arduino UNO-ի հետ

Ներբեռնեք հետևյալ ծրագիրը Arduino UNO-ում:

#define ctsPin 2 // Կոնտակտ հպման սենսորային ազդանշանի գիծը միացնելու համար
int ledPin = 13; // Կապ LED-ի համար

Անվավեր կարգավորում () (
Serial.begin (9600);
pinMode (ledPin, OUTPUT);
pinMode (ctsPin, INPUT);
}

Void loop() (
int ctsValue = digitalRead (ctsPin);
եթե (ctsValue == ԲԱՐՁՐ)(
digitalWrite (ledPin, HIGH);
Serial.println("TOUCHED");
}
ուրիշ (
digitalWrite (ledPin, LOW);
Serial.println ("չդիպչել");
}
ուշացում (500);
}

Միացրեք հպման սենսորը և Arduino UNO-ն, ինչպես ցույց է տրված նկարում: Շղթան կարող է համալրվել LED-ով, որը միանում է սենսորին դիպչելիս, որը միացված է 430 Օհմ դիմադրության միջոցով 13-րդ կապին: Հպման կոճակները հաճախ հագեցած են հպման ցուցիչով: Սա ավելի հարմար է դարձնում օպերատորի աշխատանքը: Երբ մենք սեղմում ենք մեխանիկական կոճակը, մենք զգում ենք սեղմում, անկախ համակարգի արձագանքից: Այստեղ տեխնոլոգիայի նորույթը մի փոքր զարմանալի է մեր շարժիչ հմտությունների շնորհիվ, որոնք զարգացել են տարիների ընթացքում: Ճնշման ցուցիչը մեզ փրկում է նորության ավելորդ զգացումից։

Կոնդենսիվ սենսորը ոչ կոնտակտային սենսորների տեսակներից մեկն է, որի շահագործման սկզբունքը հիմնված է երկու կոնդենսատորի թիթեղների միջև միջավայրի դիէլեկտրական հաստատունի փոփոխության վրա: Մեկ ափսեը մետաղյա ափսեի կամ մետաղալարի տեսքով հպման սենսորային միացում է, իսկ երկրորդը՝ էլեկտրական հաղորդիչ նյութ, օրինակ՝ մետաղ, ջուր կամ մարդու մարմին:

Բիդեի համար զուգարանակոնքի ջրամատակարարումը ավտոմատ կերպով միացնելու համակարգ մշակելիս անհրաժեշտություն առաջացավ օգտագործել կոնդենսիվ ներկայության սենսոր և անջատիչ, որոնք բարձր հուսալի են, դիմացկուն են արտաքին ջերմաստիճանի, խոնավության, փոշու և մատակարարման լարման փոփոխություններին: Ես նաև ուզում էի վերացնել, որ մարդը դիպչում է համակարգի կառավարիչներին: Ներկայացված պահանջները կարող են բավարարվել միայն հպման սենսորային սխեմաներով, որոնք գործում են հզորության փոփոխման սկզբունքով: Պատրաստի սխեմանԵս չկարողացա գտնել մեկը, որը բավարարում էր անհրաժեշտ պահանջները, ուստի ստիպված էի ինքս զարգացնել այն:

Արդյունքը ունիվերսալ հպման սենսոր է, որը չի պահանջում կոնֆիգուրացիա և արձագանքում է մինչև 5 սմ հեռավորության վրա մոտեցող էլեկտրահաղորդիչ առարկաներին, ներառյալ մարդուն: Առաջարկվող հպման սենսորի կիրառման շրջանակը սահմանափակված չէ: Այն կարող է օգտագործվել, օրինակ, լուսավորությունը, համակարգերը միացնելու համար Հակաառեւանգման համակարգ, ջրի մակարդակի որոշումը եւ շատ այլ դեպքերում։

Էլեկտրական շղթայի դիագրամներ

Զուգարանի բիդեում ջրամատակարարումը վերահսկելու համար անհրաժեշտ էր երկու կոնդենսիվ հպման սենսոր: Մեկ սենսոր պետք է տեղադրվեր անմիջապես զուգարանի վրա, այն պետք է ստեղծեր տրամաբանական զրոյական ազդանշան մարդու ներկայությամբ, իսկ տրամաբանական մեկ ազդանշանի բացակայության դեպքում։ Երկրորդ կոնդենսիվ սենսորը պետք է ծառայեր որպես ջրի անջատիչ և գտնվեր երկու տրամաբանական վիճակներից մեկում:

Երբ ձեռքը բերվեց սենսորին, սենսորը պետք է փոխեր ելքի տրամաբանական վիճակը՝ սկզբնական մեկ վիճակից տրամաբանական զրոյական վիճակի, երբ ձեռքը նորից շոշափվում էր, զրոյական վիճակից տրամաբանական մեկ վիճակի։ Եվ այսպես անվերջ, քանի դեռ սենսորային անջատիչը ստանում է տրամաբանական զրոյական ազդանշան՝ ներկայության սենսորից:

Capacitive touch սենսորային միացում

Կոնդենսիվ սենսորային ներկայության սենսորային սխեմայի հիմքում ընկած է հիմնական ուղղանկյուն իմպուլսային գեներատորը, որը պատրաստված է համաձայն. դասական սխեման D1.1 և D1.2 միկրոշրջանի երկու տրամաբանական տարրերի վրա: Գեներատորի հաճախականությունը որոշվում է R1 և C1 տարրերի վարկանիշներով և ընտրվում է մոտ 50 կՀց: Հաճախականության արժեքը գործնականում չի ազդում կոնդենսիվ սենսորի աշխատանքի վրա: Ես փոխեցի հաճախականությունը 20-ից մինչև 200 կՀց և տեսողականորեն ոչ մի ազդեցություն չնկատեցի սարքի աշխատանքի վրա:

D1.2 չիպի 4-րդ փինից ուղղանկյուն ձև R2 ռեզիստորի միջոցով այն անցնում է D1.3 միկրոսխեմայի 8, 9 մուտքեր և R3 փոփոխական ռեզիստորի միջոցով դեպի D1.4-ի 12,13 մուտքեր: Ազդանշանը հասնում է D1.3 չիպի մուտքին՝ զարկերակային ճակատի թեքության մի փոքր փոփոխությամբ՝ պայմանավորված տեղադրված սենսորի պատճառով, որը մետաղալարի կտոր է կամ մետաղական թիթեղ։ D1.4 մուտքում, C2 կոնդենսատորի շնորհիվ, ճակատը փոխվում է այն վերալիցքավորելու համար պահանջվող ժամանակի համար: R3 կտրող ռեզիստորի առկայության շնորհիվ հնարավոր է D1.4 մուտքի մոտ զարկերակային եզրը հավասարեցնել D1.3 մուտքի իմպուլսի եզրին:

Եթե ​​ձեր ձեռքը կամ մետաղական առարկան մոտեցնեք ալեհավաքին (հպման սենսոր), ապա DD1.3 միկրոսխեմայի մուտքի հզորությունը կմեծանա, իսկ մուտքային զարկերակի առջևի մասը ժամանակի ընթացքում կհետաձգվի իմպուլսի առջևի համեմատ: հասնելով DD1.4 մուտքագրմանը: Այս ուշացումը «բռնելու» համար շրջված իմպուլսները սնվում են DD2.1 չիպի վրա, որը D flip-flop է, որն աշխատում է հետևյալ կերպ. C միկրոշրջանի մուտքին հասնող իմպուլսի դրական եզրի երկայնքով ազդանշանը, որն այդ պահին եղել է մուտքագրման D-ում, փոխանցվում է ձգանի ելքին, հետևաբար, եթե D մուտքի ազդանշանը չի փոխվում, մուտքային իմպուլսները C հաշվիչ մուտքագրումը չի ազդում ելքային ազդանշանի մակարդակի վրա: D ձգանման այս հատկությունը հնարավորություն տվեց ստեղծել պարզ կոնդենսիվ հպման սենսոր:

Երբ ալեհավաքի հզորությունը, մարդու մարմնի մոտենալու պատճառով, DD1.3 մուտքագրման ժամանակ մեծանում է, զարկերակը հետաձգվում է, և դա ամրացնում է D ձգանը՝ փոխելով դրա ելքային վիճակը: LED HL1-ն օգտագործվում է սնուցման լարման առկայությունը ցույց տալու համար, իսկ LED HL2-ը՝ հպման սենսորին մոտիկությունը ցույց տալու համար:

Հպման անջատիչի միացում

Հպման սենսորային հզոր սխեման կարող է օգտագործվել նաև հպման անջատիչը գործարկելու համար, բայց մի փոքր փոփոխությամբ, քանի որ այն պետք է ոչ միայն արձագանքի մարդու մարմնի մոտեցմանը, այլև ձեռքը հեռացնելուց հետո մնա կայուն վիճակում: Այս խնդիրը լուծելու համար մենք պետք է ավելացնեինք ևս մեկ D ձգան՝ DD2.2, հպման սենսորի ելքին, որը միացված էր բաժանարարի միջոցով երկու շղթայով:

Հզոր սենսորային միացումը փոքր-ինչ փոփոխվել է: Կեղծ ահազանգերը բացառելու համար, քանի որ մարդը կարող է դանդաղ բերել և հեռացնել ձեռքը, միջամտության առկայության պատճառով, սենսորը կարող է մի քանի իմպուլսներ արձակել ձգանի հաշվառման մուտքագրման D-ին՝ խախտելով անջատիչի պահանջվող գործառնական ալգորիթմը: Հետևաբար, ավելացվեց R4 և C5 տարրերի RC շղթա, որը կարճ ժամանակով արգելափակեց D ձգան փոխելու հնարավորությունը:

Ձգան DD2.2-ն աշխատում է այնպես, ինչպես DD2.1-ը, սակայն D մուտքագրման ազդանշանը մատակարարվում է ոչ թե այլ տարրերից, այլ DD2.2-ի հակադարձ ելքից: Արդյունքում, C մուտքին հասնող իմպուլսի դրական եզրի երկայնքով, D մուտքի ազդանշանը փոխվում է հակառակը: Օրինակ, եթե սկզբնական վիճակում եղել է տրամաբանական զրո 13-րդ կետում, ապա ձեռքը մեկ անգամ բարձրացնելով դեպի սենսորը, գործարկիչը կփոխվի, և տրամաբանականը կսահմանվի 13-րդ կետում: Հաջորդ անգամ, երբ դուք փոխազդում եք սենսորի հետ, 13-րդ քորոցը կրկին կդրվի տրամաբանական զրոյի:

Զուգարանում մարդու բացակայության դեպքում անջատիչը արգելափակելու համար սենսորից R մուտքագրվում է տրամաբանական միավոր (զրո դնելով ձգանի ելքի վրա՝ անկախ նրա բոլոր մյուս մուտքերի ազդանշաններից): Տրամաբանական զրո է սահմանվում կոնդենսիվ անջատիչի ելքի վրա, որը ամրագոտի միջոցով մատակարարվում է առանցքային տրանզիստորի հիմքին՝ էլեկտրամագնիսական փականը միացնելու համար Էլեկտրաէներգիայի և անջատման միավորում:

Ռեզիստորը R6, կոնդենսիվ սենսորից արգելափակող ազդանշանի բացակայության դեպքում դրա ձախողման կամ հսկիչ լարը կոտրելու դեպքում, արգելափակում է ձգանը R մուտքում, դրանով իսկ վերացնելով բիդեում ինքնաբուխ ջրամատակարարման հնարավորությունը: C6 կոնդենսատորը պաշտպանում է մուտքային R-ն միջամտությունից: LED HL3-ը ծառայում է բիդեում ջրի մատակարարումը ցույց տալու համար:

Կոպիցիտիվ հպման սենսորների դիզայն և մանրամասներ

Երբ ես սկսեցի մշակել բիդեով ջրամատակարարման սենսորային համակարգ, ինձ թվում էր, որ ամենադժվար խնդիրը կարող է լինել զբաղվածության հզոր սենսորի մշակումը: Դա պայմանավորված էր տեղադրման և շահագործման մի շարք սահմանափակումներով: Ես չէի ուզում, որ սենսորը մեխանիկորեն միացվի զուգարանի կափարիչին, քանի որ այն պետք է պարբերաբար հեռացնել լվացվելու համար և չի խանգարի սանիտարականացումզուգարանն ինքնին։ Ահա թե ինչու ես որպես արձագանքող տարր ընտրեցի տարան:

Ներկայության սենսոր

Վերոնշյալ հրապարակված գծապատկերի հիման վրա ես պատրաստեցի նախատիպը։ Հզոր սենսորի մասերը հավաքվում են տպագիր տպատախտակի վրա և փակվում են կափարիչով: Ալեհավաքը միացնելու համար պատյանում տեղադրվում է միակողմանի միակցիչ RSh2N՝ մատակարարման լարման և ազդանշանի մատակարարման համար: Տպագիր տպատախտակը միացված է միակցիչներին զոդման միջոցով պղնձե հաղորդիչներֆտորոպլաստիկ մեկուսացման մեջ:

Հպման կոնդենսիվ սենսորը հավաքված է KR561 սերիայի երկու միկրոսխեմաների վրա՝ LE5 և TM2: KR561LE5 միկրոսխեմայի փոխարեն կարող եք օգտագործել KR561LA7: Հարմար են նաև 176 սերիայի միկրոսխեմաներ և ներմուծված անալոգներ: Ռեզիստորները, կոնդենսատորները և լուսադիոդները կհամապատասխանեն ցանկացած տեսակի: Կոնդենսատոր C2, կոնդենսատորի կայուն աշխատանքի համար, երբ աշխատում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի մեծ տատանումների պայմաններում, պետք է վերցվի փոքր TKE-ով:

Սենսորը տեղադրված է զուգարանի հարթակի տակ, որի վրա այն տեղադրված է ջրամբարմի վայրում, որտեղ տանկից արտահոսքի դեպքում ջուրը չի կարող մտնել: Սենսորային մարմինը սոսնձված է զուգարանակոնքին՝ օգտագործելով երկկողմանի ժապավեն:

Կոնդենսիվ սենսորի ալեհավաքի սենսորը պղնձի կտոր է խրված մետաղալարեր 35 սմ երկարությամբ մեկուսացված ֆտորոպլաստիկով, թափանցիկ ժապավենով սոսնձված զուգարանի ամանի արտաքին պատին ակնոցի հարթությունից մեկ սանտիմետր ցածր: Լուսանկարում հստակ երևում է սենսորը։

Հպման սենսորի զգայունությունը կարգավորելու համար այն զուգարանակոնքի վրա տեղադրելուց հետո փոխեք R3 կտրող ռեզիստորի դիմադրությունը, որպեսզի HL2 LED-ը դուրս գա: Հաջորդը, ձեռքը դրեք զուգարանի կափարիչի վրա՝ սենսորի գտնվելու վայրից վեր, HL2 LED-ը պետք է լուսավորվի, եթե ձեռքը հանեք, այն պետք է մարի: Քանի որ մարդու ազդրը զանգվածով ավելի շատ ձեռքեր, ապա շահագործման ընթացքում հպման սենսորը, նման կարգավորումից հետո, երաշխավորված կլինի աշխատել։

Կապակցիվ հպման անջատիչի դիզայն և մանրամասներ

Կապակցիվ հպման անջատիչի սխեման ավելի շատ մասեր ունի, և դրանք տեղավորելու համար անհրաժեշտ է պատյան ավելի մեծ չափսև գեղագիտական ​​նկատառումներով, տեսքըԲնակարանը, որում գտնվում էր ներկայության սենսորը, այնքան էլ հարմար չէր տեսանելի տեղում տեղադրելու համար: Ուշադրություն է գրավել հեռախոսը միացնելու rj-11 պատի վարդակը։ Դա ճիշտ չափի էր և լավ տեսք ուներ: Վարդակից հանելով այն ամենը, ինչ ավելորդ է, ես դրա մեջ տեղադրեցի տպագիր տպատախտակ՝ կոնդենսիվ հպման անջատիչի համար:

Տպագիր տպատախտակը ամրացնելու համար գործի հիմքում տեղադրվել է կարճ հենարան և դրա վրա պտուտակով պտտվել է տպագիր տպատախտակ՝ հպման անջատիչի մասերով:

Կոնդենսիվ սենսորը պատրաստվել է արույրե թերթիկը Moment սոսինձով վարդակից ծածկույթի ներքևի մասում սոսնձելով՝ նախապես կտրելով պատուհանը դրանց մեջ գտնվող LED-ների համար: Կափարիչը փակելիս զսպանակը (վերցված է սիլիկոնային կրակայրիչից) շփվում է արույրե թերթիկի հետ և այդպիսով ապահովում է էլեկտրական շփումը սխեմայի և սենսորի միջև:

Capacitive touch switch-ը տեղադրվում է պատին, օգտագործելով մեկ ինքնահոսող պտուտակ: Այդ նպատակով բնակարանում նախատեսված է անցք: Հաջորդը, տախտակը և միակցիչը տեղադրվում են, և կափարիչը ամրացվում է սողնակներով:

Կոնդենսիվ անջատիչի տեղադրումը գործնականում չի տարբերվում վերը նկարագրված ներկայության սենսորի տեղադրումից: Կարգավորելու համար դուք պետք է կիրառեք սնուցման լարումը և կարգավորեք ռեզիստորը, որպեսզի HL2 LED-ը լուսավորվի, երբ ձեռքը բերվում է սենսորին, և անջատվում է, երբ այն հանվում է: Հաջորդը, դուք պետք է ակտիվացնեք հպման սենսորը և տեղափոխեք և հանեք ձեր ձեռքը դեպի անջատիչ սենսորը: HL2 LED-ը պետք է թարթվի, իսկ կարմիր HL3 LED-ը պետք է վառվի: Երբ ձեռքը հանվում է, կարմիր LED-ը պետք է մնա լուսավորված: Երբ դուք նորից բարձրացնում եք ձեր ձեռքը կամ ձեր մարմինը հեռացնում եք սենսորից, HL3 LED-ը պետք է մարի, այսինքն՝ անջատի ջրի մատակարարումը բիդեում:

Ունիվերսալ PCB

Վերևում ներկայացված կոնդենսիվ սենսորները հավաքվում են տպագիր տպատախտակների վրա, որոնք մի փոքր տարբերվում են ստորև նկարում ներկայացված տպագիր տպատախտակից: Դա պայմանավորված է երկու տպագիր տպատախտակների համակցմամբ մեկ ունիվերսալի մեջ: Եթե ​​դուք հավաքում եք հպման անջատիչ, ապա ձեզ հարկավոր է միայն կտրել ուղու համարը 2: Եթե դուք հավաքում եք հպման ներկայության սենսոր, ապա համարը 1-ը հանվում է, և ոչ բոլոր տարրերն են տեղադրված:

Սենսորային անջատիչի աշխատանքի համար անհրաժեշտ, բայց ներկայության սենսորի աշխատանքին խանգարող տարրերը՝ R4, C5, R6, C6, HL2 և R4, տեղադրված չեն: R4-ի և C6-ի փոխարեն զոդում են մետաղալարով ցատկողները: R4, C5 շղթան կարելի է թողնել։ Դա չի ազդի աշխատանքի վրա։

Ստորև բերված է տպագիր տպատախտակի գծագիր՝ փայլաթիթեղի վրա հետքեր կիրառելու ջերմային մեթոդի կիրառմամբ:

Բավական է նկարը տպել փայլուն թղթի կամ հետագծային թղթի վրա, և կաղապարը պատրաստ է տպագիր տպատախտակ պատրաստելու համար:

Բիդետում ջրամատակարարման համար հպման կառավարման համակարգի կոնդենսիվ սենսորների անխափան աշխատանքը հաստատվել է գործնականում երեք տարվա շարունակական շահագործման ընթացքում: Ոչ մի անսարքություն չի գրանցվել։

Այնուամենայնիվ, ես ուզում եմ նշել, որ միացումը զգայուն է հզոր իմպուլսային աղմուկի նկատմամբ: Ես էլփոստ ստացա՝ խնդրելով օգնել այն կարգավորելու համար: Պարզվել է, որ շղթայի վրիպազերծման ժամանակ մոտակայքում եղել է զոդման երկաթ՝ թրիստորի ջերմաստիճանի կարգավորիչով։ Զոդման երկաթն անջատելուց հետո շղթան սկսեց աշխատել։

Եղել է ևս մեկ նման դեպք. Capacitive սենսորը տեղադրվել է լամպի մեջ, որը միացված է նույն վարդակից, ինչ սառնարանը: Երբ այն միացվեց, լույսը միացավ և երբ նորից անջատվեց: Խնդիրը լուծվել է՝ լամպը միացնելով այլ վարդակից:

Ես նամակ ստացա ջրի մակարդակը կարգավորելու նկարագրված կոնդենսիվ սենսորային սխեմայի հաջող կիրառման մասին պահեստավորման բաքպատրաստված պլաստիկից: Ներքևի և վերին հատվածներում սիլիկոնով սոսնձված սենսոր էր, որը վերահսկում էր էլեկտրական պոմպի միացումն ու անջատումը։