Днес няма да изненадате никого с различни цели и ефективност. електронни устройствапревантивни предупреждения, които уведомяват хората или включват алармата за сигурност много преди директния контакт на нежелан гост със защитена граница (територия). Много от тези възли, описани в литературата, според мен са интересни, но сложни. За разлика от тях, просто електронна схемабезконтактен капацитивен сензор (фиг. 1), който дори начинаещ радиолюбител може да сглоби. Устройството има множество възможности, една от които - висока входна чувствителност - се използва за предупреждение за приближаването на всеки жив обект (например човек) към сензора E1.
Веригата се основава на два елемента от микросхемата K561TL1, свързани като инвертори. Тази микросхема съдържа четири елемент от същия типс функция 2I-NOT от тригер на Шмит с хистерезис (закъснение) на входа и инверсия на изхода. Функционално обозначение - показва хистерезисната верига

ориз. 1. Електрическа схемабезконтактен капацитивен сензор в такива елементи вътре в тяхното обозначение. Използването на K561TL1 в тази схема е оправдано от факта, че той (и по-специално серията микросхеми K561) има много ниски работни токове, висока устойчивост на шум (до 45% от нивото на захранващото напрежение) и работи в широк диапазон на захранващо напрежение (от 3 до 15 V), има защита на входа от потенциал на статично електричество и краткотрайно превишаване на входните нива и много други предимства, които му позволяват да се използва широко в любителски радио дизайни, без да изисква специални предпазни мерки и защита .
В допълнение, K561TL1 ви позволява да свържете неговите независими логически елементи паралелно, като буферни елементи, в резултат на което мощността на изходния сигнал се увеличава многократно. Тригерите на Шмит като правило са бистабилни вериги, способни да работят с бавно увеличаващи се входни сигнали, включително тези с примес на шум, като същевременно осигуряват стръмни импулсни ръбове на изхода, които могат да бъдат предадени към следващите възли на веригата за свързване с други ключови елементи и микросхеми.
Микросхемата K561TL1 (както и K561TL2) може да разпредели управляващ сигнал (включително цифров) за други устройства от размит входен импулс. Чуждият аналог на K561TL1 е CD4093B.
Пределно състояние, близо до ниско логическо ниво. На изхода DD1.1 - високо ниво, на изхода DD1.2 отново е ниско. Транзисторът VT1, който действа като усилвател на ток, е затворен. Пиезоелектрическата капсула HA1 (с вътрешен 3CH генератор) е неактивна.
Към сензора E1 е свързана антена - като нея се използва автомобилна телескопична антена. Когато човек е близо до антената, капацитетът между щифта на антената и пода се променя. Това кара елементите DD1.1, DD1.2 да преминат в противоположно състояние. За да превключите възела, човек със среден ръст трябва да бъде (ход) до антената с дължина 35 cm на разстояние до 1,5 m.
На щифт 4 на микросхемата се появява високо ниво на напрежение, в резултат на което транзисторът VT1 се отваря и капсулата HA1 звучи.
Избирайки капацитета на кондензатора C1, можете да промените режима на работа на елементите на микросхемата. Така че, когато капацитетът C1 се намали до 82-120 pF, възелът работи по различен начин. Сега звуковият сигнал звучи само докато входът DD1.1 е повлиян от AC напрежение - човешко докосване.
Електрическата верига (фиг. 1) може също да се използва като основа за възел на сензор за задействане. За да направите това, премахнете постоянния резистор R1, екранирания проводник и контактите 1 и 2 на микросхемата на сензора.
Екраниран проводник (кабел RK-50, RK-75, екраниран проводник за сигнали 34 - всички видове са подходящи) с дължина 1-1,5 m е свързан последователно с R1, екранът е свързан към общия проводник. Централният (неекраниран) проводник в края е свързан към щифта на антената.
Ако се спазват посочените препоръки и се използват типовете и номиналните стойности на елементите, посочени в диаграмата, уредът генерира звуков сигнал с честота около 1 kHz (в зависимост от вида на HA1 капсулата), когато човек се доближи до щифта на антената при разстояние 1,5-1 m Няма ефект на задействане. Когато човек се отдалечи от антената, звукът в капсулата HA1 спира.
Експериментът е проведен и с животни - котка и куче: възелът не реагира на приближаването им към сензора - антена това устройствосе основава на промяна в капацитета на сензорната антена E1 между него и „земята“ (общ проводник, всичко, което се отнася до заземяващия контур - в в този случайтова са пода и стените на стаята). Когато човек се приближи, този капацитет се променя значително, което е достатъчно, за да задейства микросхемата K561TL1.
Практическо приложениевъзел е трудно да се надцени. В оригиналната версия устройството е монтирано до рамка на врататамногофамилна жилищна сграда. Входната врата е метална.
Обемът на сигнала 34, излъчван от капсулата HA1, е достатъчен, за да го чуете в затворена лоджия (сравним с силата на звука на звънец в апартамент).
Захранването е стабилизирано с напрежение 9-15 V, с добро филтриране на напрежението на пулсациите на изхода. Консумацията на ток е незначителна в режим на готовност (няколко микроампера) и се увеличава до 22-28 mA, когато емитерът NA1 активно работи, поради вероятността от повреда не може да се използва източник без трансформатор токов удар. Оксидният кондензатор C2 действа като допълнителен захранващ филтър, неговия тип K50-35 или подобен, за работно напрежение не по-ниско от напрежението на източника на захранване.
По време на работа на уреда, интересни функции. По този начин захранващото напрежение на възела влияе върху неговата работа. Когато захранващото напрежение се увеличи до 15 V, като сензор-антена се използва само обикновен многожилен неекраниран електрически кабел медна телсъс сечение 1-2 мм и дължина 1 м. В този случай не е необходим екран или резистор R1. Електрическият меден проводник е свързан директно към щифтове 1 и 2 на елемент DD1.1. Ефектът е същият.
При смяна на фазите мрежов щепселизточник на захранване, възелът катастрофално губи чувствителност и може да работи само като сензор (реагира на докосване до E1). Това важи за всяка стойност на захранващото напрежение в диапазона 9-15 V. Очевидно втората цел на тази схема е обикновен сензор (или сензор-тригер).
Тези нюанси трябва да се вземат предвид при повтаряне на възела. Въпреки това, когато е свързан правилно, както е описано тук, се получава важна и стабилна част аларма срещу взлом, гарантиращи безопасността на дома, предупреждавайки собствениците още преди да възникне аварийна ситуация.
Елементите са монтирани компактно върху плоскост от фибростъкло.
Корпус за устройство, изработен от всякакъв диелектричен (непроводим) материал. За управление на захранването устройството може да бъде оборудвано с индикаторен светодиод, свързан паралелно с източника на захранване.


ориз. 2. Снимка на готовото устройство с автомобилна антена под формата на капацитивен сензор
Не е необходима корекция, ако препоръките се спазват стриктно. Може би с други опции за сензори и антени възелът ще се прояви в различно качество. Ако експериментирате с дължината на екраниращия кабел, дължината и площта на сензорната антена E1 и промяната на захранващото напрежение на възела, може да се наложи да регулирате съпротивлението на резистора R1 в широк диапазон от 0,1 до 100 MOhm. За да намалите чувствителността на устройството, увеличете капацитета на кондензатора C1. Ако това не доведе до резултати, паралелно на C1 се свързва постоянен резистор със съпротивление 5-10 MOhm.
Неполярен кондензатор C1 тип KM6. Фиксиран резистор R2 - MLT-0.25. Резистор R1 тип BC-0.5, BC-1. Транзисторът VT1 е необходим за усилване на сигнала от изхода на елемент DD1.2. Без този транзистор капсулата HA1 звучи слабо. Транзисторът VT1 може да бъде заменен с KT503, KT940, KT603, KT801 с произволен буквен индекс -
Емитерната капсула HA1 може да бъде заменена с подобна с вграден генератор 34 и работен ток не повече от 50 mA, например FMQ-2015B, KRKH-1212V и подобни.
Благодарение на използването на капсула с вграден генератор, устройството показва интересен ефект- когато човек се приближи близо до сензор-антена Е1, звукът на капсулата е монотонен, а когато човек се отдалечи (или се приближи на разстояние повече от 1,5 м), капсулата излъчва стабилен, прекъсващ звук в съответствие с изменението на потенциалното ниво на изхода на елемента DD1.2.
Ако капсула с вграден генератор на прекъсвания 34, например KPI-4332-12, се използва като HA1, звукът ще прилича на сирена на сравнително голямо разстояние на човек от сензора на антената и прекъсващ сигнал на стабилен природа при максимален подход.
Някои от недостатъците на устройството могат да се считат за липсата на селективност „приятел/враг“ - по този начин възелът ще сигнализира за приближаването на всяко лице към E1, включително собственика на апартамента, който е излязъл „да си купи хляб ”.
В основата на работата на устройството са електрическите смущения и промените в капацитета, които са най-полезни при работа в големи жилищни райони с развита мрежа от електрически комуникации. Възможно е такова устройство да бъде безполезно в гората, на полето и навсякъде, където няма електрически комуникации осветителна мрежа 220 V. Това е характеристика на устройството.
Експериментирайки с това устройство и микросхемата K561TL1 (дори когато е включено нормално), можете да придобиете безценен опит и истински, лесен за повторение, но оригинален по същество и функционални характеристикиелектронни устройства.

Днес никой няма да бъде изненадан от различни по предназначение и ефективност електронни устройства за превантивно предупреждение, които уведомяват хората или включват аларма за сигурност много преди директния контакт на нежелан гост със защитена граница (територия). Много от тези възли, описани в литературата, например в, според автора са интересни, но сложни.

За разлика от тях е разработена проста електронна схема на безконтактен капацитивен сензор (фиг. 2.2), който дори начинаещ радиолюбител може да сглоби. Устройството има висока входна чувствителност, което позволява да се използва за предупреждение за приближаване на човек към сензор E1.

Принципът на работа на устройството се основава на промяна на капацитета между сензорната антена E1 и „земята“ (общ проводник: всичко, което съответства на заземяващия контур - в този случай пода и стените на помещението). Когато човек се приближи, този капацитет се променя значително, което е достатъчно, за да задейства микросхемата K561TL1.

ориз. 2.2. Електрическа схема на безконтактен капацитивен сензор

Дизайнът се основава на два елемента от микросхемата K561TL1 (DD1), свързани като инвертори. Тази микросхема съдържа четири елемента от същия тип с функция 2I-NOT с тригери на Schmitt с хистерезис (закъснение) на входа и инверсия на изхода.

Използването на микросхемата K561TL1 се дължи на ниска консумация на ток, висока устойчивост на шум (до 45% от нивото на захранващото напрежение), работа в широк диапазон на захранващото напрежение (в диапазона 3-15 V), входна защита от статично електричество и краткосрочно превишаване на входните нива, както и много други предимства, които позволяват чипът да се използва широко в любителски радио дизайни, без да се изискват специални предпазни мерки и защита.

В допълнение, микросхемата K561TL1 ви позволява да свържете нейните независими логически елементи паралелно, като буферни елементи, в резултат на което мощността на изходния сигнал се увеличава пропорционално. Тригерите на Шмит са бистабилни вериги, които могат да работят с бавно увеличаващи се входни сигнали, включително такива, съдържащи шум. В същото време острите ръбове на импулсите, които осигуряват изхода, могат да бъдат предадени към следващите възли на веригата за свързване с други ключови елементи и микросхеми. Микросхемата K561TL (както и K561TL2) може да избере управляващ сигнал (включително цифров) за други устройства от аналогов или размит входен импулс.

Чуждият аналог на K561TL1 е CD4093B.

Схемата на свързване на инвертора е класическа, описана е в справочни издания. Особеността на представената разработка се крие в нейните дизайнерски нюанси. След включване на захранването на входа на елемент DD1.1 има недефинирано състояние, близко до ниско логическо ниво. Изходът DD1.1 е висок, изходът DD1.2 отново е нисък. Транзисторът VT1 е затворен. Пиезоелектрическата капсула HAI (с вътрешен генератор 34) не е активна.

Към сензора E1 е свързана антена - ще свърши работа телескопична антена за кола. Когато човек е близо до антената, капацитетът между щифта на антената и пода се променя. Това кара елементите DD1.1, DD1.2 да преминат в противоположно състояние. За да превключите възела, човек със среден ръст трябва да бъде (ход) до антена с дължина 35 см на разстояние до 1,5 м. На щифт 4 на микросхемата се появява високо ниво на напрежение, в резултат на което транзисторът VT1. се отваря и звучи капсула HA1.

Избирайки капацитета на кондензатора C1, можете да промените режима на работа на елементите на микросхемата. Така че, когато капацитетът C1 се намали до 82-120 pF, възелът работи по различен начин. Сега звуковият сигнал звучи само докато входът DD1.1 е засегнат от смущения в променливотоково напрежение - човешко докосване.

Електрическата верига (фиг. 2.2) може да се използва и като основа за сензор за докосване на спусъка. За да направите това, премахнете постоянния резистор R1, екранирания проводник и контактите 1 и 2 на микросхемата на сензора.

Екраниран проводник е свързан последователно с R1 (кабел RK-50, RK-75, екраниран проводник за AF сигнали - всички видове са подходящи) с дължина 1-1,5 m, екранът е свързан към общия проводник, централното ядро ​​​​на краят е свързан към щифта на антената.

Ако се спазват указаните препоръки и се използват типовете и номиналните стойности на елементите, посочени в диаграмата, уредът генерира звуков сигнал с честота около 1 kHz (в зависимост от вида на HA1 капсулата), когато човек се доближи до щифта на антената при разстояние 1,5-1 m Няма ефект на задействане. Веднага щом обектът се отдалечи от антената, сензорът преминава в режим на сигурност (готовност).

Експериментът е проведен и с животни - котка и куче: възелът не реагира на приближаването им към сензора на антената.

Възможностите на устройството трудно могат да бъдат надценени. В авторския вариант се монтира до касата на вратата; входна врата- метал.

Силата на звука на AF сигнала, излъчван от капсулата HA1, е достатъчна, за да го чуете в затворена лоджия (сравнима е със силата на звънец в апартамент).

Захранването е стабилизирано, с напрежение 9-15 V, с добро филтриране на пулсациите на напрежението на изхода. Консумацията на ток е незначителна в режим на готовност (няколко микроампера) и се увеличава до 22-28 mA, когато емитерът HA1 работи активно. Не може да се използва източник без трансформатор поради риск от токов удар. Оксидният кондензатор C2 действа като допълнителен захранващ филтър, типът му е K50-35 или подобен, за работно напрежение не по-ниско от напрежението на източника на захранване.

По време на работа на блока бяха разкрити интересни характеристики. Захранващото напрежение на възела влияе върху неговата работа: когато захранващото напрежение се увеличи до 15 V, като обикновен многожилен неекраниран електрически меден проводник с напречно сечение 1-2 mm и дължина 1 m се използва като сензор-антена; В този случай не е необходим екран или резистор R1; електрическият меден проводник е свързан директно към щифтове 1 и 2 на елемента DD1.1. Ефектът е подобен. Когато фазата на щепсела на захранването се промени, възелът катастрофално губи чувствителност и може да работи само като сензор (реагира на докосване до E1). Това важи за всяка стойност на захранващото напрежение в диапазона 9-15 V. Очевидно втората цел на тази схема е обикновен сензор (или сензор-тригер).

Тези нюанси трябва да се вземат предвид при повтаряне на устройството. Въпреки това, в случай правилна връзка, описан тук, се оказва важен компонент от алармената система, която гарантира безопасността на дома, предупреждавайки собствениците още преди да възникне аварийна ситуация.

Елементите са монтирани компактно върху плоскост от фибростъкло. Корпусът на устройството е всеки диелектричен (непроводим) материал. За управление на захранването устройството може да бъде оборудвано с индикаторен светодиод, свързан паралелно с източника на захранване.

Не е необходима корекция, ако препоръките се спазват стриктно. Ако експериментирате с дължината на екраниращия кабел, дължината и площта на сензорната антена E1 и промяната на захранващото напрежение, може да се наложи да регулирате съпротивлението на резистора R1 в широк диапазон - от 0,1 до 100 MOhm. За да намалите чувствителността, увеличете капацитета на кондензатора C1. Ако това не доведе до резултати, паралелно на C1 се свързва постоянен резистор със съпротивление 5-10 MOhm.

ориз. 2.3. Капацитивен сензор

Неполярният кондензатор C1 е тип KM6. Постоянно съпротивление R2—MLT-0,25. Резистор R1 - тип BC-0.5, BC-1. Транзисторът VT1 е необходим за усилване на сигнала от изхода на елемент DD1.2. Без този транзистор капсулата HA1 не звучи силно. Транзисторът VT1 може да бъде заменен с KT503, KT940, KT603, KT801 с произволен буквен индекс.

Емитерната капсула HA1 може да бъде заменена с подобна с вграден генератор 34 и работен ток не повече от 50 mA, например FMQ-2015B, KRKH-1212V и подобни.

Благодарение на използването на капсула с вграден генератор, устройството проявява интересен ефект: когато човек се доближи до сензор-антена E1, звукът на капсулата е монотонен, а когато човек се отдалечи (или се приближи до човека). , започвайки от разстояние 1,5 m до E1), капсулата издава стабилен прекъсващ звук в съответствие с промяната на потенциалното ниво на изхода на елемент DD1.2. (Подобен ефект е в основата на първата електронна музикален инструмент- „Теремин“.)

За по-пълно разбиране на свойствата на капацитивен сензор, авторът препоръчва да се запознаете с материала.

Ако капсула с вграден AF генератор, например KRI-4332-12, се използва като HA1, тогава когато човек е сравнително далеч от сензорната антена, звукът ще прилича на сирена, а при максимално приближаване, прекъсващ сигнал.

Някои от недостатъците на устройството могат да се считат за липсата на селективност (системата за разпознаване „приятел/враг“), така че възелът ще сигнализира за приближаването на всяко лице към E1, включително собственика на апартамента, който е излязъл на купи си хляб. Основата на работата на устройството са електрически смущения и промени в капацитета, които са най-полезни, когато се използват в големи жилищни райони с развита мрежа от електрически комуникации; Очевидно устройството ще бъде безполезно в гората, на полето и навсякъде, където няма електрически комуникации.

Kashkarov A.P. 500 схеми за радиолюбители. Електронни сензори.

Прилагането на напрежение на променлив ток към съседни проводници насърчава дистанционното натрупване на положителни и отрицателни заряди върху тях. Те създават променливо електромагнитно поле, чувствително за много външни фактори, на първо място, до разстоянието между проводниците. Това свойство може да се използва за създаване на подходящи капацитивни сензори, които могат да контролират работата различни системиконтрол и проследяване.

Приложения за напрежение различен знак, според закона на Ампер, предизвиква движението на проводниците, върху които се намират електрическите частици. В този случай възниква AC, които могат да бъдат открити. Количеството на протичащия ток се определя от капацитета, който от своя страна зависи от площта на проводниците и разстоянието между тях. По-големите, по-близки обекти произвеждат повече ток от по-малките, по-отдалечени обекти.

Капацитетът се определя от следните параметри:

• Естеството на непроводимата диелектрична среда, разположена между проводниците.
• Размери на проводниците.
• Текуща сила.

Двойка такива повърхности образуват плочите на обикновен кондензатор, чийто капацитет е право пропорционален на площта и диелектричната константа на работната среда и обратно пропорционален на разстоянието между плочите. Ако размерите на плочите и съставът на работната среда между тях са постоянни, всяка промяна в капацитета ще бъде резултат от промяна в разстоянието между два обекта: сондата (сензора) и проследяваната цел. Достатъчно е просто да преобразувате промените на капацитета във фокусирани стойности. електрическо напрежение, който ще контролира по-нататъшните действия на устройството. По този начин тези устройства са проектирани да определят променящото се разстояние между обектите, както и да изяснят естеството и качеството на повърхността на измерваните продукти.

Принцип на действие на капацитивен сензор

Структурно такова устройство включва:

• Източник на формиране на референтно напрежение.
• Първият кръг е сонда, чиято повърхност и размери се определят от целта на измерванията.
• Вторична верига, която генерира необходимия електрически сигнал.
• Защитна верига, която осигурява стабилност на показанията на сензора, независимо от външни смущаващи фактори.
• Електронен усилвател, чийто драйвер генерира силен управляващ сигнал към изпълнителните механизми и осигурява точна работа.

Капацитивните сензори са разделени на едно- и многоканални. В последния случай устройството може да включва няколко от гореописаните схеми с различни формисонди.

Електронният драйвер може да бъде конфигуриран като главен или подчинен. В първата версия той осигурява синхронизиране на управляващите сигнали, поради което се използва предимно в многоканални системи. Всички устройства са чувствителни на допир, реагиращи изключително на безконтактни параметри.

Основните характеристики на разглежданите устройства са:

• Размери и характер на целта - сондажният обект. По-специално създава електрическо полетрябва да има формата на конус, за което габаритни размеритрябва да бъде най-малко 30% по-голям от съответните размери на първичната верига;
• Диапазон на измерване. Максималната разлика, при която показанията на устройството дават необходимата точност, е около 40% от полезна площпървична верига;
• Точност на измерване. Калибрирането на показанията обикновено намалява обхвата, но подобрява точността. Следователно, колкото по-малък е сензорът, толкова по-близо трябва да бъде инсталиран до контролирания обект.

Характеристиките на сензорите не зависят от материала на обекта, както и от неговата дебелина

Как един кондензатор се превръща в сензор

В този случай причината и следствието са обърнати. Когато се приложи напрежение към проводник, на всяка повърхност се генерира електрическо поле. В капацитивен сензор измервателното напрежение се прилага към чувствителната зона на сондата и за точни измервания електрическото поле от изследваната зона трябва да се съдържа точно в пространството между сондата и целта.

За разлика от конвенционалния кондензатор, когато работят капацитивни сензори, електрическото поле може да се разпространи към други обекти (или към отделни области от тях). Резултатът ще бъде, че системата ще разпознае такова съставно поле като няколко цели. За да се предотврати това да се случи, гърбът и страните на чувствителната зона са заобиколени от друг проводник, който се поддържа на същото напрежение като самата чувствителна зона.

Когато се приложи референтно захранващо напрежение, отделна верига доставя точно същото напрежение за защита на сензора. Ако няма разлика в стойностите на напрежението между чувствителната зона и защитната зона, между тях няма електрическо поле. По този начин оригиналният сигнал може да идва само от незащитения край на първичната верига.

За разлика от кондензатора, действието на капацитивния сензор ще бъде повлияно от плътността на материала на обекта, тъй като това нарушава еднородността на генерираното електрическо поле.

Проблеми с измерването

За предмети сложна конфигурацияПостигането на необходимата точност е възможно, ако са изпълнени редица условия. Например, при многоканално отчитане, задвижващото напрежение за всяка сонда трябва да бъде синхронизирано, в противен случай сондите ще си пречат една на друга: едната сонда ще се опита да увеличи електрическото поле, докато другата ще се опита да го намали, като по този начин ще даде грешни показания. Следователно значително ограничаващо условие е изискването измерванията да се извършват при същите условия, при които сензорът е бил калибриран от производителя. Ако оценявате сигнала чрез промяна на разстоянието между сондата и целта, тогава всички останали параметри трябва да имат постоянни стойности.

Тези трудности могат да бъдат преодолени с помощта на следните техники:

• Оптимизиране на размера на измервания обект: колкото по-малка е целта, толкова по-голяма е вероятността чувствителността на полето да се разпространи в страни, в резултат на което грешката на измерване се увеличава.
• Извършване на калибриране само върху мишена с плоски размери.
• Намаляване на целевата скорост на сканиране, в резултат на което промените в естеството на повърхността няма да повлияят на крайните показания.
• По време на калибриране сондата трябва да бъде разположена на еднакво разстояние от целевата повърхност (успоредно на плоски повърхности); това е важно за сензори с висока чувствителност.
• състояние външна среда: повечето сензорни капацитивни сензори работят стабилно в температурния диапазон от 22...35 0 C: в този случай грешките са минимални
  са валидни и не надвишават 0,5% от пълната скала на измерване.

Има обаче проблеми, които не могат да бъдат отстранени. Те включват фактора на термично разширение/свиване на материала, както на сензора, така и на контролирания обект. Вторият фактор е електрическият шум на сензора, който се причинява от отклонение в напрежението на драйвера на устройството.

Блокова схема на работа

Въпреки че не е директно насочен, капацитивният сензор измерва известен капацитет от обекти, които постоянно присъстват в околната среда. Следователно непознати обекти се откриват от него като увеличение на този фонов капацитет. Той е значително по-голям от капацитета на обекта и постоянно се променя по размер. Следователно въпросните устройства се използват по-скоро за откриване на промени в околната среда, отколкото за откриване на абсолютното присъствие или отсъствие на непознат обект.

Когато целта се приближи до сондата, стойността електрически зарядили се променя капацитетът, което се записва от електронната част на сензора. Резултатът може да се покаже на екрана или сензорния панел.

За извършване на измервания устройството е свързано към печатна платка със сензорен контролер. Сензорите са оборудвани с бутони за управление. Което може да се използва за работа с няколко сонди едновременно.

Сензорните екрани използват сензори с електроди, подредени в редове и колони. Те са или на противоположните страни на основния панел, или на отделни панели, които са разделени от диелектрични елементи. Контролерът преминава между различните сонди, за да определи първо кой ред е докоснат (посока Y) и след това коя колона е докосната (посока X). Сондите често са изработени от прозрачна пластмаса, което увеличава информационното съдържание на резултата от измерването.

Използване на LC филтри

Специализиран аналогов интерфейс преобразува сигнала от капацитивния сензор в цифрова стойност, подходяща за по-нататъшна обработка. Това периодично измерва изхода на сензора и генерира възбуждащ сигнал за зареждане на сензорната пластина. Честотата на дискретизация на изхода на сензора е сравнително ниска, по-малко от 500 проби в секунда, но разделителната способност на A/D преобразуването е необходима за улавяне на малки разлики в капацитета.

В капацитивно сензорно устройство стъпаловидна вълна на възбуждане зарежда сензорния електрод. Впоследствие зарядът се прехвърля към веригата и се измерва от аналогово-цифров преобразувател.

Един от проблемите с капацитивното отчитане (както вече беше споменато) е наличието на външен шум. По ефективен начинЗа да подобрите устойчивостта на шум, модифицирайте сензора, като свържете чувствителен към честотата компонент. В допълнение към елемента с променлив кондензатор към сензора се добавят допълнителен кондензатор и индуктор, за да образуват резонансна верига. Неговият теснолентов отговор му позволява да потиска електрическия шум. Въпреки простотата на LC веригата, нейното присъствие осигурява редица оперативни предимства. Първо, поради присъщите си теснолентови характеристики, LC резонаторът осигурява отлична устойчивост на електромагнитни смущения. Второ, ако честотният диапазон, в който съществува шум, е известен, тогава изместването на работната честота на сензора може да филтрира тези източници на шум без необходимост от външни вериги.

LC филтрите се използват по-често в многоканални сензори

Области на приложение

Тези устройства се използват за следните цели:

• За откриване на пластмаси и други изолатори.
• В алармени системи, при установяване на факта на движение в контролирана зона.
• Като компонент устройства за сигурноставтомобили.
• За определяне чистотата на повърхността на материалите след механична обработка.
• За определяне нивото на течни или газообразни работни среди в затворени резервоари.
• При инсталиране на системи за автоматично включване/изключване на лампи.

Във всички случаи капацитивните сензори подлежат на задължително калибриране във фабрични или други специализирани условия.

Направи си сам схеми

За да организирате сензорно управление, капацитивен сензор може лесно да бъде създаден с помощта на основа, кондензатор и двойка резистори. Когато докоснете проводниците, се натрупва електрически заряд, чрез регулиране на количеството на който можете да промените времето за зареждане/разреждане. Тази схема може да се използва за контрол настолна лампаили друга лампа. Веригата трябва да съдържа електронен компаратор, който ще сравни времето за зареждане на кондензатора с референтната (прагова) стойност и ще издаде съответния управляващ сигнал.

Електронните схеми, управлявани с докосване, са по-интерактивни с потребителя от традиционните и следователно могат да се използват ефективно за превключване на мощността. Капацитетът на кондензатора определя нивото на чувствителност: с увеличаване на капацитета, чувствителността се увеличава, но за захранване на устройството са необходими повече мощност и по-кратко време за реакция. За индикация можете да използвате обикновен светодиод.

Сензорите за близост са капацитивни, ултразвукови и оптични. Авторът на Instrictables под псевдонима Electro maker излезе с прост оптичен сензор за близост. Това е неудобно само защото токът през инфрачервения светодиод не се модулира по никакъв начин и фотодиодът, съответно, реагира на непрекъснато излъчване и изисква екраниране от други източници на светлина (например с тръба). Схемата на устройството е показана по-долу:

Майсторът избира компоненти за домашна работа. Инфрачервен светодиод и фотодиод:

Постоянни резистори:

Тример резистор:

Операционен усилвател LM358:

Видим светодиод:

Чип панел (по избор):

Вместо светодиод можете да свържете пищялка с вграден генератор, тогава съответният резистор става ненужен:

Пищялка без вграден генератор също е подходяща, ако сглобите външен генератор на аудио честота със собствените си ръце. Има достатъчно място на такава дъска тип perfboard:

Ако сте заобиколили няколко Фиксирани цени и всички са изчерпали вечните двигатели, ще трябва да използвате по-прост източник на енергия:

След като инсталира компонентите на платката, капитанът ги свързва според схемата за запояване:

Фотодиодът и двата светодиода, както и батерията (или захранването) трябва да бъдат свързани в полярността, посочена на диаграмата, микросхемата трябва да бъде ориентирана правилно. Разработчикът се натъкна на прозрачен инфрачервен светодиод и черен фотодиод, но се случва и обратното. Батерия, резистор и всеки телефон с камера ще ви помогнат да определите кой кой е.

Фотодиодът и резисторът 10 kOhm образуват делител на напрежението. При осветяване с фотодиод инфрачервени лъчи, отразено например от ръка, напрежението в точката на свързване на операционния усилвател към делителя се увеличава. Операционният усилвател е свързан по такъв начин, че да действа като компаратор. Той сравнява напрежението, идващо от делителя, с напрежението, идващо от подвижния контакт на тримерния резистор. По този начин можете да регулирате прага на реакция на сензора, от една страна, елиминирайки фалшивите аларми, а от друга, осигурявайки надеждно откриване на близост.

След като коригира прага на реакция, техникът проверява работата на сензора.

Капацитивният сензор е един от видовете безконтактни сензори, чийто принцип на работа се основава на промяна на диелектричната константа на средата между две кондензаторни пластини. Едната плоча е сензорна верига за докосване под формата на метална плоча или тел, а втората е електропроводимо вещество, например метал, вода или човешко тяло.

При разработването на система за автоматично включване на подаването на вода към тоалетната за биде стана необходимо използването на капацитивен сензор за присъствие и превключвател, които са много надеждни, устойчиви на промени във външната температура, влажност, прах и захранващо напрежение. Също така исках да премахна нуждата човек да докосва контролите на системата. Представените изисквания могат да бъдат изпълнени само от схеми на сензори за докосване, работещи на принципа на промяна на капацитета. Не можах да намеря готова схема, която да отговаря на необходимите изисквания, така че трябваше да я разработя сам.

Резултатът е универсален капацитивен сензор за докосване, който не изисква конфигурация и реагира на приближаване на електропроводими обекти, включително човек, на разстояние до 5 см. Обхватът на приложение на предложения сензор за докосване не е ограничен. Може да се използва например за включване на осветление, алармени системи, определяне на нивото на водата и в много други случаи.

Електрически схеми

За да се контролира подаването на вода в тоалетното биде, бяха необходими два капацитивни сензора за докосване. Единият сензор трябваше да бъде инсталиран директно на тоалетната, той трябваше да генерира логическа нула в присъствието на човек и при липса на логическа единица. Вторият капацитивен сензор трябваше да служи като воден превключвател и да бъде в едно от двете логически състояния.

Когато ръката беше доближена до сензора, сензорът трябваше да промени логическото състояние на изхода - от първоначално състояние единица до състояние на логическа нула, при повторно докосване на ръката от състояние нула в състояние логическа единица. И така до безкрайност, докато сензорният превключвател получава активиращ сигнал за логическа нула от сензора за присъствие.

Верига на капацитивен сензор за докосване

Основата на веригата на сензора за наличие на капацитивен сензор е главен правоъгълен импулсен генератор, направен съгласно класическа схемавърху два логически елемента на микросхемата D1.1 и D1.2. Честотата на генератора се определя от стойностите на елементите R1 и C1 и се избира около 50 kHz. Стойността на честотата практически няма ефект върху работата на капацитивния сензор. Смених честотата от 20 на 200 kHz и визуално не забелязах никакъв ефект върху работата на устройството.

От пин 4 на чипа D1.2 правоъгълна формапрез резистор R2 отива към входове 8, 9 на микросхема D1.3 и през променлив резистор R3 към входове 12,13 на D1.4. Сигналът пристига на входа на чипа D1.3 с лека промяна в наклона на фронта на импулса поради инсталирания сензор, който е парче тел или метална плоча. На вход D1.4, поради кондензатор C2, фронтът се променя за времето, необходимо за презареждането му. Благодарение на наличието на регулиращ резистор R3, е възможно да се настрои фронтът на импулса на вход D1.4 равен на фронта на импулса на вход D1.3.

Ако доближите ръката си или метален предмет до антената (сензор за докосване), капацитетът на входа на микросхемата DD1.3 ще се увеличи и предната част на входящия импулс ще се забави във времето спрямо предната част на импулса пристигащи на входа DD1.4. За да се "улови" това забавяне, обърнатите импулси се подават към чипа DD2.1, който е D тригер, който работи по следния начин. По протежение на положителния фронт на импулса, пристигащ на входа на микросхемата C, сигналът, който е бил в този момент на входа D, се предава на изхода на тригера. Следователно, ако сигналът на входа D не се промени, входящите импулси в входът за броене C не влияе на нивото на изходния сигнал. Това свойство на D тригера направи възможно създаването на прост капацитивен сензор за докосване.

Когато капацитетът на антената, поради приближаването на човешкото тяло към нея, на входа на DD1.3 се увеличава, импулсът се забавя и това фиксира D тригера, променяйки изходното му състояние. LED HL1 се използва за индикация на наличие на захранващо напрежение, а LED HL2 се използва за индикация на близост до сензора за допир.

Верига на сензорен превключвател

Веригата на капацитивния сензор за докосване може също да се използва за управление на сензорен превключвател, но с малка модификация, тъй като трябва не само да реагира на приближаването на тялото на човек, но и да остане в стабилно състояние, след като ръката бъде отстранена. За да разрешим този проблем, трябваше да добавим друг D тригер, DD2.2, към изхода на сензора за докосване, свързан с помощта на разделител с две вериги.

Веригата на капацитивния сензор е леко модифицирана. За да се елиминират фалшивите положителни резултати, тъй като човек може да донесе и отстрани ръката си бавно, поради наличието на смущения, сензорът може да изведе няколко импулса към входа за броене D на спусъка, нарушавайки необходимия работен алгоритъм на превключвателя. Затова беше добавена RC верига от елементи R4 и C5, която за кратко време блокира възможността за превключване на D тригера.

Тригерът DD2.2 работи по същия начин като DD2.1, но сигналът към входа D се подава не от други елементи, а от обратния изход на DD2.2. В резултат на това по положителния фронт на импулса, пристигащ на вход C, сигналът на вход D се променя на противоположния. Например, ако в първоначалното състояние е имало логическа нула на щифт 13, тогава като вдигнете ръката си към сензора веднъж, тригерът ще се превключи и логическата ще бъде зададена на щифт 13. Следващият път, когато взаимодействате със сензора, щифт 13 отново ще бъде настроен на логическа нула.

За блокиране на превключвателя при отсъствие на човек в тоалетната се подава логическа единица от сензора към входа R (задаване на нула на изхода на спусъка, независимо от сигналите на всички останали входове). На изхода на капацитивния превключвател се задава логическа нула, която се подава през снопа към основата на ключовия транзистор за включване на електромагнитния вентил в блока за захранване и превключване.

Резисторът R6, при липса на блокиращ сигнал от капацитивния сензор в случай на повреда или прекъсване на контролния проводник, блокира спусъка на входа R, като по този начин елиминира възможността за спонтанно подаване на вода в бидето. Кондензатор C6 предпазва вход R от смущения. LED HL3 служи за индикация на наличието на вода в бидето.

Дизайн и детайли на капацитивни сензори за допир

Когато започнах да разработвам сензорна система за подаване на вода в биде, най-трудната задача ми се стори разработването на капацитивен сензор за заетост. Това се дължи на редица ограничения за инсталиране и работа. Не исках сензорът да бъде механично свързан с капака на тоалетната, тъй като трябва да се сваля периодично за измиване и няма да пречи на саниранесамата тоалетна. Ето защо избрах контейнер като реагиращ елемент.

Сензор за присъствие

Въз основа на публикуваната по-горе диаграма направих прототип. Частите на капацитивния сензор са монтирани върху печатна платка, платката е поставена в пластмасова кутия и затворена с капак. За свързване на антената в кутията е монтиран еднопинов конектор, за подаване на захранващо напрежение и сигнал е монтиран четирипинов конектор RSh2N. Печатната платка е свързана към конекторите чрез запояване медни проводницивъв флуоропластична изолация.

Капацитивният сензор за докосване е сглобен на две микросхеми от серия KR561, LE5 ​​​​и TM2. Вместо микросхемата KR561LE5 можете да използвате KR561LA7. Подходящи са и микросхеми от серия 176 и внесени аналози. Резистори, кондензатори и светодиоди ще отговарят на всеки тип. Кондензатор C2, за стабилна работа на капацитивния сензор при работа в условия на големи температурни колебания средатрябва да се вземе с малък TKE.

Сензорът се монтира под тоалетната платформа, на която е монтиран казанчена място, където при теч от резервоара не може да влезе вода. Тялото на сензора се залепва към тоалетната с помощта на двойнозалепваща лента.

Антенният сензор на капацитивния сензор е парче мед многожилен проводникДължина 35 см изолирана с флуоропласт, залепена с прозрачна лента към външната стена на тоалетната чиния на сантиметър под равнината на стъклата. Сензорът се вижда ясно на снимката.

За да регулирате чувствителността на сензора за докосване, след като го инсталирате на тоалетната, променете съпротивлението на подстригващия резистор R3, така че светодиодът HL2 да изгасне. След това поставете ръката си върху капака на тоалетната над мястото на сензора, светодиодът HL2 трябва да светне, ако махнете ръката си, той трябва да изгасне. Тъй като човешкото бедро по маса повече ръце, тогава по време на работа сензорът за докосване, след такава настройка, ще бъде гарантирано да работи.

Дизайн и детайли на капацитивен сензорен превключвател

Веригата на капацитивния сензорен превключвател има повече части и е необходим по-голям корпус, за да ги побере, и по естетически причини, външен видКорпусът, в който се намираше датчика за присъствие, не беше много подходящ за монтаж на видно място. Стенният контакт rj-11 за свързване на телефон привлече вниманието. Беше правилния размер и изглеждаше добре. След като премахнах всичко ненужно от гнездото, поставих в него печатна платка за капацитивен сензорен ключ.

За осигуряване печатна платкаВ основата на кутията беше монтирана къса стойка и към нея с помощта на винт беше завинтена печатна платка с части с сензорен превключвател.

Капацитивният сензор беше направен чрез залепване на лист месинг към дъното на капака на гнездото с лепило Moment, като преди това беше изрязан прозорец за светодиодите в тях. При затваряне на капака пружината (взета от силиконова запалка) влиза в контакт с месинговия лист и по този начин осигурява електрически контакт между веригата и сензора.

Капацитивният сензорен ключ се монтира на стената с помощта на един самонарезен винт. За тази цел в корпуса е предвиден отвор. След това се монтират платката и конекторът и капакът се закрепва с ключалки.

Настройката на капацитивен превключвател практически не се различава от настройката на сензора за присъствие, описан по-горе. За да конфигурирате, трябва да подадете захранващо напрежение и да настроите резистора така, че светодиодът HL2 да свети, когато ръката се доближи до сензора, и да изгасне, когато се отстрани. След това трябва да активирате сензора за докосване и да преместите и махнете ръката си към сензора за превключване. Светодиодът HL2 трябва да мига и червеният светодиод HL3 трябва да свети. Когато ръката бъде отстранена, червеният светодиод трябва да остане да свети. Когато отново вдигнете ръката си или отдалечите тялото си от сензора, светодиодът HL3 трябва да изгасне, тоест да спре подаването на вода в бидето.

Универсална печатна платка

Капацитивните сензори, представени по-горе, са монтирани върху печатни платки, малко по-различни от печатната платка, показана по-долу на снимката. Това се дължи на комбинирането на двете печатни платки в една универсална. Ако сглобите сензорен превключвател, трябва да изрежете само писта номер 2. Ако сглобите сензор за присъствие на докосване, тогава писта номер 1 се отстранява и не всички елементи са инсталирани.

Елементите, необходими за работата на сензорния превключвател, но пречещи на работата на сензора за присъствие, R4, C5, R6, C6, HL2 и R4, не са монтирани. Вместо R4 и C6 са запоени телени джъмпери. Веригата R4, C5 може да се остави. Няма да се отрази на работата.

По-долу е даден чертеж на печатна платка за нарязване, използвайки термичния метод за нанасяне на песни върху фолиото.

Достатъчно е да отпечатате чертежа върху гланцирана хартия или паус и шаблонът е готов за изработка на печатна платка.

Безпроблемната работа на капацитивните сензори за сензорната система за управление на подаването на вода в биде е потвърдена на практика в продължение на три години непрекъсната работа. Не са регистрирани неизправности.

Искам обаче да отбележа, че веригата е чувствителна към мощен импулсен шум. Получих имейл с молба за помощ при настройването му. Оказа се, че по време на отстраняване на грешки на веригата наблизо има поялник с тиристорен температурен контролер. След изключване на поялника веригата започна да работи.

Имаше и друг такъв случай. Капацитивният сензор беше инсталиран в лампа, която беше свързана към същия контакт като хладилника. Когато беше включен, светлината светна и когато се изключи отново. Проблемът беше решен чрез свързване на лампата към друг контакт.

Получих писмо за успешното използване на описаната капацитивна сензорна верига за регулиране на нивото на водата в пластмасов резервоар. В долната и горната част имаше датчик, залепен със силикон, който контролираше включването и изключването на електрическата помпа.