Aujourd'hui, vous ne surprendrez personne avec des objectifs et une efficacité variés appareils électroniques des avertissements préventifs qui avertissent les personnes ou déclenchent une alarme antivol bien avant le contact direct d'un invité indésirable avec une frontière (territoire) protégée. Beaucoup de ces nœuds décrits dans la littérature, à mon avis, sont intéressants, mais compliqués. En revanche, simple circuit électrique capteur capacitif sans contact (Fig. 1), que même un radioamateur novice peut assembler. L'appareil offre de nombreuses possibilités, dont l'une - haute sensibilité d'entrée - est utilisée pour avertir de l'approche de tout objet animé (par exemple, une personne) vers le capteur E1.
Le circuit est basé sur deux éléments du microcircuit K561TL1, connectés en onduleurs. Cette puce a quatre éléments du même type avec la fonction 2I-NOT du trigger de Schmitt avec hystérésis (retard) en entrée et inversion en sortie. Notation fonctionnelle - affichages de boucle d'hystérésis

Riz. une. Schéma de câblage capteur capacitif sans contact dans de tels éléments dans leur désignation. L'utilisation de K561TL1 dans ce circuit est justifiée par le fait qu'il (et la série de microcircuits K561, en particulier) a des courants de fonctionnement très faibles, une immunité élevée au bruit (jusqu'à 45% du niveau de tension d'alimentation), fonctionne dans un large plage de tension d'alimentation (de 3 à 15 V), a une protection en entrée contre le potentiel d'électricité statique et l'excès à court terme des niveaux d'entrée et de nombreux autres avantages qui lui permettent d'être largement utilisé dans les conceptions de radio amateur sans nécessiter de précautions particulières et protection.
De plus, K561TL1 vous permet de connecter ses éléments logiques indépendants en parallèle, en tant qu'éléments tampons, ce qui multiplie la puissance du signal de sortie. Les déclencheurs de Schmitt sont, en règle générale, des circuits bistables qui peuvent fonctionner avec des signaux d'entrée à augmentation lente, y compris ceux avec un mélange de bruit, tout en fournissant des fronts d'impulsion raides à la sortie, qui peuvent être transmis aux nœuds suivants du circuit pour s'amarrer avec d'autres éléments clés et microcircuits .
Le microcircuit K561TL1 (ainsi que K561TL2, soit dit en passant) peut allouer un signal de commande (y compris numérique) à d'autres appareils à partir d'une impulsion d'entrée floue. Analogue étranger de K561TL1 - CD4093B.
état limite proche du niveau logique bas. A la sortie de DD1.1 - haut niveau, à la sortie de DD1.2 - encore une fois faible. Le transistor VT1, jouant le rôle d'amplificateur de courant, est fermé. La capsule piézoélectrique HA1 (avec générateur interne de 3H) est inactive.
Une antenne est connectée au capteur E1 - une antenne télescopique de voiture est utilisée. Lorsqu'une personne se trouve à proximité de l'antenne, la capacité entre la broche de l'antenne et le sol change. De ce commutateur éléments DD1.1, DD1.2 dans l'état opposé. Pour commuter le nœud, une personne de taille moyenne doit être (passer) à côté de l'antenne de 35 cm de long à une distance maximale de 1,5 m.
Un niveau de tension élevé apparaît sur la broche 4 du microcircuit, à la suite de quoi le transistor VT1 s'ouvre et la capsule HA1 sonne.
En sélectionnant la capacité du condensateur C1, vous pouvez changer le mode de fonctionnement des éléments du microcircuit. Ainsi, lorsque la capacité C1 diminue à 82-120 pF, le nœud fonctionne différemment. Désormais, le signal sonore ne retentit que lorsque l'entrée DD1.1 est affectée par l'induction d'une tension alternative - une touche humaine.
Le circuit électrique (Fig. 1) peut également être utilisé comme base pour un nœud de capteur de déclenchement. Pour ce faire, la résistance constante R1, le fil blindé sont exclus et les capteurs sont les contacts des microcircuits 1 et 2.
Un fil blindé est connecté en série avec R1 (câble RK-50, RK-75, fil blindé pour les signaux 34 - tous les types conviennent) de 1 à 1,5 m de long, le blindage est connecté à un fil commun. Le fil central (non blindé) à l'extrémité est connecté à la broche de l'antenne.
Sous réserve des recommandations ci-dessus, de l'utilisation des types et caractéristiques des éléments indiqués dans le schéma, l'appareil génère un signal sonore d'une fréquence d'environ 1 kHz (selon le type de capsule HA1) lorsqu'une personne s'approche de la broche d'antenne à une distance de 1,5 à 1 m.Il n'y a pas d'effet de déclenchement. Lorsqu'une personne s'éloigne de l'antenne, le son dans la capsule HA1 s'arrête.
L'expérience a également été réalisée avec des animaux - un chat et un chien: le nœud ne réagit pas à leur approche du capteur - antenne. cet appareil repose sur une variation de la capacité du capteur-antenne E1 entre celui-ci et la "masse" (un fil commun, tout ce qui concerne la boucle de masse - en ce cas c'est le sol et les murs de la pièce). Lorsqu'une personne s'approche, cette capacité change de manière significative, ce qui s'avère suffisant pour le fonctionnement du microcircuit K561TL1.
Utilisation pratique nœud est difficile à surestimer. Dans la version de l'auteur, l'appareil est monté à côté cadre de porte immeuble résidentiel à plusieurs appartements. La porte d'entrée est en métal.
Le volume du signal 34 émis par la capsule HA1 est suffisant pour l'entendre sur une loggia fermée (il est comparable au volume d'une cloche de maison).
L'alimentation est stabilisée avec une tension de 9-15 V, avec un bon filtrage de la tension d'ondulation en sortie. La consommation de courant est négligeable en mode veille (plusieurs microampères) et passe à 22-28 mA lorsque l'émetteur HA1 est actif.Une source sans transformateur ne peut pas être utilisée en raison de la probabilité d'endommagement choc électrique. Le condensateur à oxyde C2 agit comme un filtre de puissance supplémentaire, son type est K50-35 ou similaire, pour une tension de fonctionnement non inférieure à la tension d'alimentation.
Pendant le fonctionnement du nœud révélé fonctionnalités intéressantes. Ainsi, la tension d'alimentation du nœud affecte son fonctionnement. Lorsque la tension d'alimentation est augmentée à 15 V, seul un circuit électrique multicœur non blindé ordinaire fil de cuivre avec une section de 1-2 mm et une longueur de 1 m. Dans ce cas, aucun écran ni résistance R1 ne sont nécessaires. Le fil de cuivre électrique est connecté directement aux bornes 1 et 2 de l'élément DD1.1. L'effet est le même.
Lors du changement de phase fiche secteur source d'alimentation, le nœud perd de manière catastrophique sa sensibilité et ne peut fonctionner que comme capteur (réagit au contact de E1). Cela est vrai pour toute valeur de la tension d'alimentation dans la plage de 9 à 15 V. Évidemment, le deuxième objectif de ce circuit est un capteur ordinaire (ou capteur-déclencheur).
Ces nuances doivent être prises en compte lors de la répétition du nœud. Cependant, avec la connexion correcte décrite ici, une pièce importante et stable est obtenue. alarme, assurant la sécurité de la maison, avertissant les propriétaires avant même la survenance d'une urgence.
Les éléments sont montés de manière compacte sur un panneau en fibre de verre.
Boîtier pour l'appareil en tout matériau diélectrique (non conducteur). Pour contrôler la mise sous tension, l'appareil peut être équipé d'un voyant LED connecté en parallèle avec la source d'alimentation.


Riz. 2. Photo de l'appareil fini avec une antenne de voiture sous la forme d'un capteur capacitif
Un ajustement dans le strict respect des recommandations n'est pas nécessaire. Peut-être qu'avec d'autres options pour les capteurs et les antennes, le nœud se manifestera dans une qualité différente. Si vous expérimentez la longueur du câble de blindage, la longueur et la surface de l'antenne du capteur E1 et la modification de la tension d'alimentation du nœud, vous devrez peut-être ajuster la résistance de la résistance R1 sur une large plage de 0,1 à 100 MΩ. Pour réduire la sensibilité du nœud, augmentez la capacité du condensateur C1. Si cela ne fonctionne pas, une résistance constante avec une résistance de 5-10 MΩ est connectée en parallèle avec C1.
Condensateur non polaire C1 type KM6. Résistance fixe R2 - MLT-0.25. Résistance R1 type VS-0.5, VS-1. Le transistor VT1 est nécessaire pour amplifier le signal de la sortie de l'élément DD1.2. Sans ce transistor, la capsule HA1 sonne faible. Le transistor VT1 peut être remplacé par KT503, KT940, KT603, KT801 avec n'importe quel index de lettre -
L'émetteur à capsule HA1 peut être remplacé par un émetteur similaire avec un générateur intégré 34 et un courant de fonctionnement ne dépassant pas 50 mA, par exemple, FMQ-2015B, KRX-1212V et similaires.
Grâce à l'utilisation d'une capsule avec générateur intégré, l'ensemble présente effet intéressant- lorsqu'une personne s'approche de l'antenne-capteur E1, le son de la capsule est monotone, et lorsqu'une personne s'éloigne (ou qu'une personne s'approche à plus de 1,5 m), la capsule émet un son stable et intermittent conformément avec la variation du niveau de potentiel en sortie de l'élément DD1.2 .
Si une capsule avec un générateur d'interruption intégré 34, par exemple KPI-4332-12, est utilisée comme HA1, le son ressemblera à une sirène à une distance relativement grande d'une personne par rapport à l'antenne du capteur et à un signal intermittent d'un caractère stable à l'approche du maximum.
Certains inconvénients de l'appareil peuvent être considérés comme le manque de sélectivité «ami / ennemi» - par exemple, le nœud signalera l'approche de toute personne à E1, y compris le propriétaire de l'appartement qui est sorti «pour une miche de pain».
Le fonctionnement de l'unité repose sur les capteurs électriques et les changements de capacité qui sont les plus utiles lors du fonctionnement dans de grandes zones résidentielles avec un réseau développé de communications électriques. Il est possible qu'un tel appareil soit inutile en forêt, sur le terrain et partout où il n'y a pas de communications électriques. réseau d'éclairage 220 V. C'est une caractéristique de l'appareil.
En expérimentant avec ce nœud et la puce K561TL1 (même lorsqu'elle est allumée en standard), vous pouvez acquérir une expérience inestimable et réelle, facile à répéter, mais essentiellement originale et caractéristiques fonctionnelles appareils électroniques.

Aujourd'hui, vous ne surprendrez personne avec des dispositifs électroniques d'avertissement préventif aux fins et à l'efficacité diverses, qui avertissent les gens ou déclenchent une alarme antivol bien avant le contact direct d'un invité indésirable avec une frontière protégée (territoire). Beaucoup de ces nœuds décrits dans la littérature, par exemple dans, selon l'auteur, sont intéressants, mais compliqués.

En revanche, ils ont développé un circuit électronique simple pour un capteur capacitif sans contact (Fig. 2.2), que même un radioamateur novice peut assembler. L'appareil a une sensibilité d'entrée élevée, ce qui lui permet d'être utilisé pour avertir d'une personne s'approchant du capteur E1.

Le principe de fonctionnement de l'appareil repose sur un changement de capacité entre le capteur-antenne E1 et la "terre" (fil commun : tout ce qui correspond à la boucle de masse - dans ce cas, il s'agit du sol et des murs de la pièce ). Lorsqu'une personne s'approche, cette capacité change de manière significative, ce qui est suffisant pour déclencher la puce K561TL1.

Riz. 2.2. Schéma électrique d'un capteur capacitif sans contact

La conception est basée sur deux éléments du microcircuit K561TL1 (DD1), inclus comme onduleurs. Ce microcircuit intègre quatre éléments du même type avec la fonction 2I-NOT avec triggers de Schmitt avec hystérésis (retard) en entrée et inversion en sortie.

L'utilisation du microcircuit K561TL1 est due à une faible consommation de courant, une immunité élevée au bruit (jusqu'à 45% du niveau de tension d'alimentation), un fonctionnement dans une large plage de tension d'alimentation (dans la plage de 3 à 15 V), une protection d'entrée contre électricité statique et excès à court terme des niveaux d'entrée, et bien d'autres avantages qui permettent à la puce d'être largement utilisée dans les conceptions de radio amateur sans nécessiter de précautions et de protection particulières.

De plus, le microcircuit K561TL1 vous permet de connecter ses éléments logiques indépendants en parallèle, en tant qu'éléments tampons, à la suite de quoi la puissance du signal de sortie augmente proportionnellement. Les déclencheurs de Schmitt sont des circuits bistables qui peuvent gérer des signaux d'entrée augmentant lentement, y compris le bruit. Dans le même temps, les fronts raides des impulsions qui fournissent une sortie peuvent être transmis aux nœuds suivants du circuit pour s'arrimer à d'autres éléments clés et microcircuits. La puce K561TL (ainsi que la K561TL2, soit dit en passant) peut allouer un signal de commande (y compris numérique) à d'autres appareils à partir d'une impulsion d'entrée analogique ou floue.

Analogue étranger de K561TL1 - CD4093B.

Le circuit de commutation de l'onduleur est classique, il est décrit dans livres de référence. La particularité du développement présenté réside dans les nuances de conception. Après mise sous tension à l'entrée de l'élément DD1.1, il y a un état indéfini proche d'un niveau logique bas. A la sortie de DD1.1 - un niveau haut, à la sortie de DD1.2 - à nouveau bas. Le transistor VT1 est fermé. La capsule piézoélectrique HAI (avec générateur interne 34) n'est pas active.

Une antenne est connectée au capteur E1 - une antenne télescopique automobile convient. Lorsqu'une personne se trouve à proximité de l'antenne, la capacité entre la broche de l'antenne et le sol change. De ce commutateur éléments DD1.1, DD1.2 dans l'état opposé. Pour commuter le nœud, une personne de taille moyenne doit être (passer) à côté d'une antenne de 35 cm de long à une distance maximale de 1,5 m.Un niveau de haute tension apparaît à la broche 4 du microcircuit, à la suite de quoi le transistor VT1 s'ouvre et la capsule HA1 sonne.

En sélectionnant la capacité du condensateur C1, vous pouvez changer le mode de fonctionnement des éléments du microcircuit. Ainsi, lorsque la capacité C1 diminue à 82-120 pF, le nœud fonctionne différemment. Désormais, le signal sonore ne retentit que lorsque l'entrée DD1.1 est affectée par des interférences de tension alternative - une touche humaine.

Le circuit électrique (fig. 2.2) peut également être utilisé comme base pour un capteur de déclenchement. Pour ce faire, la résistance constante R1, le fil blindé sont exclus et les capteurs sont les contacts des microcircuits 1 et 2.

Un fil blindé est connecté en série avec R1 (câble RK-50, RK-75, fil blindé pour les signaux AF - tous les types conviennent) de 1 à 1,5 m de long, le blindage est connecté à un fil commun, le noyau central à la l'extrémité est connectée à la broche de l'antenne.

Sous réserve de ces recommandations et de l'utilisation des types et calibres des éléments indiqués dans le schéma, le nœud génère un signal sonore d'une fréquence d'environ 1 kHz (selon le type de capsule HA1) lorsqu'une personne s'approche de la broche d'antenne à une distance de 1,5 à 1 m. Il n'y a pas d'effet de déclenchement. Dès que l'objet s'éloigne de l'antenne, le capteur passe en mode armé (veille).

L'expérience a également été réalisée avec des animaux - un chat et un chien : le nœud ne réagit pas à leur approche du capteur-antenne.

Les capacités de l'appareil peuvent difficilement être surestimées. Dans la version de l'auteur, il est monté à côté du cadre de la porte ; Porte d'entrée- métal.

Le volume du signal AF émis par la capsule HA1 est suffisant pour l'entendre sur une loggia fermée (il est comparable au volume d'une cloche de maison).

L'alimentation est stabilisée, avec une tension de 9-15 V, avec un bon filtrage de la tension d'ondulation en sortie. La consommation de courant est négligeable en mode veille (plusieurs microampères) et augmente à 22–28 mA lorsque l'émetteur HA1 est en fonctionnement actif. Une source sans transformateur ne peut pas être utilisée en raison du risque de choc électrique. Le condensateur à oxyde C2 agit comme un filtre de puissance supplémentaire, son type est K50-35 ou similaire, pour une tension de fonctionnement non inférieure à la tension d'alimentation.

Au cours de l'exploitation du nœud, des fonctionnalités intéressantes ont été révélées. La tension d'alimentation du nœud affecte son fonctionnement: lorsque la tension d'alimentation augmente à 15 V, seul un fil de cuivre électrique non blindé toronné ordinaire d'une section de 1 à 2 mm et d'une longueur de 1 m est utilisé comme capteur-antenne; dans ce cas, aucun écran ni résistance R1 ne sont nécessaires, le fil de cuivre électrique est relié directement aux bornes 1 et 2 de l'élément DD1.1. L'effet est similaire. Lorsque la mise en phase de la fiche secteur de l'alimentation est modifiée, le nœud perd de manière catastrophique sa sensibilité et ne peut fonctionner que comme capteur (réagit au toucher d'E1). Cela est vrai pour toute valeur de la tension d'alimentation dans la plage de 9 à 15 V. Évidemment, le deuxième objectif de ce circuit est un capteur ordinaire (ou capteur-déclencheur).

Ces nuances doivent être prises en compte lors de la répétition de l'appareil. Cependant, dans le cas connexion correcte décrit ici, il s'avère un élément important d'une alarme antivol qui assure la sécurité de la maison, avertissant les propriétaires avant même qu'une urgence ne se produise.

Les éléments sont montés de manière compacte sur un panneau en fibre de verre. Le boîtier de l'appareil est en tout matériau diélectrique (non conducteur). Pour contrôler la mise sous tension, l'appareil peut être équipé d'un voyant LED connecté en parallèle avec la source d'alimentation.

Un ajustement dans le strict respect des recommandations n'est pas nécessaire. Si vous expérimentez avec la longueur du câble de blindage, la longueur et la surface de l'antenne du capteur E1 et la modification de la tension d'alimentation, vous devrez peut-être régler la résistance de la résistance R1 sur une large plage - de 0,1 à 100 MΩ. Pour réduire la sensibilité, augmentez la capacité du condensateur C1. Si cela n'apporte pas de résultats, une résistance constante avec une résistance de 5-10 MΩ est connectée en parallèle avec C1.

Riz. 2.3. capteur capacitif

Condensateur non polaire C1 - type KM6. Résistance fixe R2 - MLT-0.25. Résistance R1 - type VS-0.5, VS-1. Le transistor VT1 est nécessaire pour amplifier le signal de la sortie de l'élément DD1.2. Sans ce transistor, la capsule HA1 sonne doux. Le transistor VT1 peut être remplacé par KT503, KT940, KT603, KT801 avec n'importe quel index de lettre.

L'émetteur à capsule HA1 peut être remplacé par un émetteur similaire avec un générateur intégré 34 et un courant de fonctionnement ne dépassant pas 50 mA, par exemple, FMQ-2015B, KRX-1212V et similaires.

Grâce à l'utilisation d'une capsule avec générateur intégré, l'appareil présente un effet intéressant : lorsqu'une personne s'approche de l'antenne-capteur E1, le son de la capsule est monotone, et lorsqu'une personne s'éloigne (ou s'approche d'une personne , à partir d'une distance de 1,5 m à E1), la capsule émet un son intermittent de nature stable en fonction de l'évolution du niveau de potentiel en sortie de l'élément DD1.2. (Un effet similaire a formé la base de la première électronique instrument de musique- "Thérémine".)

Pour une image plus complète des propriétés d'un capteur capacitif, l'auteur recommande de lire le matériel.

Si une capsule avec un générateur AF intégré, par exemple, KRI-4332-12, est utilisée comme HA1, alors à une distance relativement grande de l'antenne du capteur, le son ressemblera à une sirène, et à l'approximation maximale - un signal intermittent.

Certains inconvénients de l'appareil peuvent être considérés comme le manque de sélectivité (le système de reconnaissance "ami / ennemi"), de sorte que le nœud signalera l'approche de toute personne à E1, y compris le propriétaire de l'appartement qui est sorti "pour du pain". Le fonctionnement de l'appareil repose sur des capteurs électriques et des changements de capacité qui sont les plus utiles lors du fonctionnement dans de grandes zones résidentielles avec un réseau développé de communications électriques; évidemment, l'appareil sera inutile en forêt, sur le terrain et partout où il n'y a pas de communications électriques.

Programmes Kashkarov A.P. 500 pour les radioamateurs. Capteurs électroniques.

L'application d'une tension alternative sur des conducteurs adjacents contribue à l'accumulation à distance de charges positives et négatives sur ceux-ci. Ils créent un champ électromagnétique variable sensible à de nombreux facteurs externes, tout d'abord, à la distance entre les conducteurs. Cette propriété peut être utilisée pour créer des capteurs capacitifs appropriés capables de contrôler le fonctionnement divers systèmes contrôle et suivi.

Applications de tension signe différent, selon la loi d'Ampère, provoque le déplacement de conducteurs sur lesquels se trouvent des particules électriques. Cela donne lieu à courant alternatif, qui peut être détecté. La quantité de courant circulant est déterminée par la capacité, qui, à son tour, dépend de la surface des conducteurs et de la distance entre eux. Les objets plus grands et plus proches induisent plus de courant que les objets plus petits et plus éloignés.

La capacité est déterminée par les paramètres suivants :

• La nature d'un milieu diélectrique non conducteur situé entre les conducteurs.
• Tailles des conducteurs.
• La force du courant.

Une paire de telles surfaces forme les plaques du condensateur le plus simple, dont la capacité est directement proportionnelle à la surface et à la constante diélectrique du milieu de travail, et inversement proportionnelle à la distance entre les plaques. Avec les dimensions constantes des plaques et la composition du milieu de travail entre elles, tout changement de capacité sera le résultat d'un changement de distance entre deux objets : la sonde (capteur) et la cible suivie. Il suffit seulement de convertir les changements de capacité en valeurs ciblées. tension électrique, qui contrôlera les actions ultérieures de l'appareil. Ces appareils sont donc conçus pour déterminer la distance changeante entre les objets, ainsi que pour clarifier la nature et la qualité de la surface des produits mesurés.

Le principe de fonctionnement du capteur capacitif

Structurellement, un tel dispositif comprend :

• Source de génération de tension de référence.
• Le circuit primaire est une sonde dont la surface et les dimensions sont déterminées par les objectifs de mesure.
• Un circuit secondaire qui génère le signal électrique nécessaire.
• Un circuit de protection qui assure la stabilité des lectures du capteur indépendamment des facteurs perturbateurs externes.
• Un amplificateur électronique, dont le pilote génère un signal de commande puissant vers les éléments d'actionnement et garantit la précision du fonctionnement.

Les capteurs capacitifs sont divisés en monocanal et multicanal. Dans ce dernier cas, le dispositif peut comprendre plusieurs des circuits ci-dessus avec forme différente sondes.

Le pilote électronique peut être configuré comme maître ou esclave. Dans la première version, il assure la synchronisation des signaux de commande, il est donc principalement utilisé dans les systèmes multicanaux. Tous les appareils sont tactiles, réagissant exclusivement aux paramètres sans contact.

Les principales caractéristiques des appareils considérés sont :

• Dimensions et nature de la cible - l'objet du sondage. Il crée notamment champ électrique devrait avoir la forme d'un cône, pour lequel dimensions doit être au moins 30 % plus grand que les dimensions correspondantes du circuit primaire ;
• Plage de mesure. L'écart maximal auquel les lectures de l'appareil donnent la précision requise est d'environ 40 % de surface utilisable circuit primaire ;
• Précision des mesures. L'étalonnage de lecture réduit généralement la plage mais augmente la précision. Par conséquent, plus le capteur est petit, plus il doit être installé près de l'objet contrôlé.

Les caractéristiques des capteurs ne dépendent pas du matériau de l'objet, ainsi que de son épaisseur

Comment un condensateur devient-il un capteur ?

Dans ce cas, la cause et l'effet sont inversés. Lorsqu'une tension est appliquée à un conducteur, un champ électrique se forme à chaque surface. Dans un capteur capacitif, la tension de mesure est appliquée à la zone sensible de la sonde, et pour des mesures précises, le champ électrique de la zone sondée doit être contenu précisément dans l'espace entre la sonde et la cible.

Contrairement à un condensateur conventionnel, lorsque les capteurs capacitifs fonctionnent, le champ électrique peut se propager à d'autres objets (ou à des zones séparées d'eux). Le résultat sera que le système reconnaîtra un tel champ composite comme plusieurs cibles. Pour éviter que cela ne se produise, l'arrière et les côtés de la zone sensible sont entourés d'un autre conducteur, qui est maintenu à la même tension que la zone sensible elle-même.

Lorsque la tension d'alimentation de référence est appliquée, un circuit séparé applique exactement la même tension à la protection du capteur. S'il n'y a pas de différence de valeurs de tension entre la zone de sensibilité et la zone de protection, il n'y a pas de champ électrique entre elles. Ainsi, le signal d'origine ne peut provenir que du bord non protégé du circuit primaire.

Contrairement à un condensateur, l'action d'un capteur capacitif sera affectée par la densité du matériau de l'objet, car cela perturbera l'uniformité du champ électrique généré.

Problèmes de mesure

Pour les objets configuration complexe Atteindre la précision requise est possible sous un certain nombre de conditions. Par exemple, en sondage multivoies, la tension d'excitation de chaque sonde doit être synchronisée, sinon les sondes vont interférer entre elles : une sonde va essayer d'augmenter le champ électrique, tandis que l'autre aura tendance à le diminuer, donnant ainsi de faux lectures. Par conséquent, une condition limitative importante est l'exigence que les mesures soient effectuées dans les mêmes conditions dans lesquelles le capteur a été étalonné en usine. Si nous évaluons le signal en modifiant la distance entre la sonde et la cible, tous les autres paramètres doivent avoir des valeurs constantes.

Ces difficultés sont surmontées en utilisant les méthodes suivantes :

• Optimisation de la taille de l'objet mesuré : plus la cible est petite, plus la sensibilité du champ est susceptible de se propager sur les côtés, ce qui entraînera une augmentation de l'erreur de mesure.
• Effectuer le calibrage uniquement sur une cible aux dimensions planes.
• Diminution de la vitesse de balayage de la cible, à la suite de quoi un changement dans la nature de la surface n'affectera pas les lectures finales.
• Lors de l'étalonnage, la sonde doit être positionnée à égale distance de la surface cible (parallèle pour surfaces planes); ceci est important pour les capteurs à haute sensibilité.
• État environnement externe: la plupart des capteurs capacitifs de type tactile fonctionnent de manière stable dans la plage de température de 22 ... 35 0 С : dans ce cas, les erreurs sont minimes
  ny, et ne dépassez pas 0,5 % de la pleine échelle de mesure.

Cependant, il existe des problèmes qui ne peuvent pas être résolus. Parmi eux se trouve le facteur de dilatation / contraction thermique du matériau, à la fois du capteur et de l'objet contrôlé. Le deuxième facteur est le bruit électrique du capteur, qui est causé par la dérive de tension du pilote de l'appareil.

Schéma de fonctionnement

Étant non directionnel, le capteur capacitif mesure une certaine capacité des objets qui sont constamment présents dans l'environnement. Par conséquent, les objets inconnus sont détectés par lui comme une augmentation de cette capacité de fond. Il est beaucoup plus grand que la capacité de l'objet et change constamment de magnitude. Par conséquent, les appareils en question sont utilisés pour détecter des changements dans l'environnement, et non pour détecter la présence ou l'absence absolue d'un objet inconnu.

Lorsque la cible s'approche de la sonde, la valeur charge électrique ou des changements de capacité, qui sont fixés par la partie électronique du capteur. Le résultat peut être affiché sur l'écran ou le panneau tactile.

Pour la mesure, l'appareil est connecté à une carte de circuit imprimé avec un contrôleur tactile. Les capteurs sont équipés de boutons de commande. Avec lequel vous pouvez allumer plusieurs sondes en même temps.

Les écrans tactiles utilisent des capteurs avec des électrodes disposées en lignes et en colonnes. Ils sont situés soit sur des côtés opposés du panneau principal, soit sur des panneaux distincts séparés les uns des autres par des éléments diélectriques. Le contrôleur parcourt les différentes sondes pour déterminer d'abord quelle ligne est touchée (direction Y), puis quelle colonne (direction X). Les sondes sont souvent en plastique transparent, ce qui augmente le contenu informatif du résultat de mesure.

Utilisation de filtres LC

Une interface analogique dédiée convertit le signal du capteur capacitif en une valeur numérique adaptée à un traitement ultérieur. Celui-ci mesure périodiquement la sortie du capteur et génère un signal d'entraînement pour charger la plaque du capteur. Le taux d'échantillonnage à la sortie du capteur est relativement faible, moins de 500 échantillons par seconde, mais la résolution de la conversion A/N est nécessaire pour capturer de petites différences de capacité.

Dans un compteur capacitif, la forme d'onde d'excitation étagée charge l'électrode du capteur. Ensuite, la charge est transférée au circuit et mesurée par un convertisseur analogique-numérique.

L'un des problèmes de la détection capacitive (comme déjà mentionné) est la présence de bruit parasite. Façon efficace L'amélioration de l'immunité au bruit consiste à modifier le capteur en connectant un composant sensible à la fréquence. En plus de l'élément à condensateur variable, un condensateur et une inductance supplémentaires sont ajoutés au capteur pour former un circuit résonant. La réponse à bande étroite lui permet de supprimer le bruit électrique. Malgré la simplicité du circuit LC, sa présence offre un certain nombre d'avantages opérationnels. Premièrement, en raison de ses caractéristiques inhérentes à bande étroite, le résonateur LC offre une excellente immunité aux interférences électromagnétiques. Deuxièmement, si la plage de fréquences où le bruit existe est connue, le décalage de fréquence de fonctionnement du capteur peut filtrer ces sources de bruit sans utiliser de circuits externes.

Les filtres LC sont plus couramment utilisés dans les capteurs multicanaux.

Applications

Ces appareils sont utilisés aux fins suivantes :

• Pour détecter les plastiques et autres isolants.
• Dans les systèmes d'alarme, lors de l'établissement du fait de mouvements dans une zone contrôlée.
• en tant que composant dispositif de securité voitures.
• Déterminer l'état de surface des matériaux après usinage.
• Afin de déterminer le niveau de fluides liquides ou gazeux dans des réservoirs fermés.
• Lors de l'installation de systèmes d'allumage / extinction automatique des lampes.

Dans tous les cas, les capteurs capacitifs sont soumis à un étalonnage obligatoire en usine ou à d'autres conditions spécialisées.

Régimes à faire soi-même

Pour organiser le contrôle tactile, il est facile de créer un capteur capacitif basé sur un condensateur et une paire de résistances. Lorsque vous touchez les fils, une charge électrique s'accumule, en ajustant la valeur de laquelle vous pouvez modifier le temps de charge / décharge. Ce schéma peut être utilisé pour contrôler lampe de table ou autre lampe. Le circuit doit contenir un comparateur électronique qui comparera le temps de charge du condensateur avec une valeur de référence (seuil) et émettra un signal de commande approprié.

Les circuits électroniques à commande tactile sont plus interactifs pour l'utilisateur que les circuits traditionnels, de sorte qu'ils peuvent être utilisés efficacement pour commuter l'alimentation. La capacité du condensateur détermine le niveau de sensibilité : lorsque la capacité augmente, la sensibilité augmente, mais plus de puissance et moins de temps de réponse sont nécessaires pour alimenter l'appareil. A titre indicatif, vous pouvez utiliser une LED classique.

Les capteurs de proximité sont capacitifs, ultrasoniques, optiques. L'auteur d'Instrictables sous le surnom d'Electro maker a imaginé un simple capteur de proximité optique. C'est gênant uniquement parce que le courant traversant la LED infrarouge n'est en aucune façon modulé et que la photodiode réagit donc au rayonnement continu et nécessite un écran contre d'autres sources lumineuses (par exemple, un tube). Le schéma de l'appareil est présenté ci-dessous :

Le maître sélectionne les composants pour la maison. LED infrarouge et photodiode :

Résistances fixes :

Résistance ajustable :

Amplificateur opérationnel LM358 :

DEL visible :

Panneau pour le microcircuit (optionnel):

Au lieu d'une LED, vous pouvez connecter un buzzer avec un générateur intégré, la résistance correspondante devient alors inutile :

Un tweeter sans générateur intégré convient également si vous assemblez un générateur de fréquence audio externe de vos propres mains. Il y a suffisamment d'espace sur une planche à pain telle que perfboard :

Si vous avez contourné plusieurs prix fixes et qu'ils sont tous à court de machines à mouvement perpétuel, vous devrez utiliser une source d'alimentation plus simple :

Après avoir installé les composants sur la carte, le maître les connecte selon le schéma de soudure:

La photodiode et les deux LED, ainsi que la batterie (ou l'alimentation), doivent être connectées dans la polarité indiquée sur le schéma, le microcircuit doit être orienté correctement. Le développeur est tombé sur une LED infrarouge transparente et une photodiode noire, mais cela se passe dans l'autre sens. Une batterie, une résistance et tout téléphone équipé d'un appareil photo aideront à déterminer lequel est lequel.

Une photodiode et une résistance de 10 kΩ forment un diviseur de tension. Lorsqu'il est éclairé par une photodiode rayons infrarouges, réfléchie, par exemple, à la main, la tension au point de connexion de l'amplificateur opérationnel au diviseur augmente. L'ampli-op est connecté de telle manière qu'il fonctionne comme un comparateur. Il compare la tension provenant du diviseur avec la tension provenant de la broche mobile du potentiomètre. Ainsi, il est possible d'ajuster le seuil du capteur, d'une part, en éliminant les faux positifs, et d'autre part, en assurant une détection de proximité fiable.

En définissant le seuil, l'assistant vérifie le fonctionnement du capteur.

Un capteur capacitif est l'un des types de capteurs sans contact dont le principe de fonctionnement est basé sur une variation de la constante diélectrique du milieu entre deux armatures de condensateur. Une plaque est un capteur de circuit sous la forme d'une plaque ou d'un fil métallique, et la seconde est une substance électriquement conductrice, telle que du métal, de l'eau ou le corps humain.

Lors du développement d'un système d'ouverture automatique de l'alimentation en eau de la cuvette des toilettes pour un bidet, il est devenu nécessaire d'utiliser un capteur de présence capacitif et un interrupteur à haute fiabilité, résistant aux changements de température extérieure, d'humidité, de poussière et de tension d'alimentation. Je voulais également éliminer le besoin pour une personne de toucher les commandes du système. Les exigences ne pouvaient être satisfaites que par des circuits de capteurs fonctionnant sur le principe du changement de capacité. Je n'ai pas trouvé de schéma prêt à l'emploi répondant aux exigences nécessaires, j'ai dû le développer moi-même.

Le résultat a été un capteur tactile capacitif universel qui ne nécessite aucun réglage et réagit à l'approche d'objets conducteurs d'électricité, y compris une personne, à une distance maximale de 5 cm.La portée du capteur tactile proposé n'est pas limitée. Il peut être utilisé, par exemple, pour allumer l'éclairage, les systèmes d'alarme, détecter les niveaux d'eau et dans de nombreux autres cas.

Schémas électriques

Deux capteurs tactiles capacitifs étaient nécessaires pour contrôler le débit d'eau dans le bidet des toilettes. Un capteur devait être installé directement sur les toilettes, il devait donner un signal de zéro logique en présence d'une personne, et en l'absence d'un signal d'unité logique. Le deuxième capteur capacitif était censé servir d'interrupteur à eau et être dans l'un des deux états logiques.

Lorsqu'une main était amenée au capteur, le capteur devait changer l'état logique à la sortie - de l'état unique initial pour passer à l'état de zéro logique, lorsque la main était à nouveau touchée de l'état zéro pour passer à l'état d'un logique. Et ainsi de suite à l'infini, jusqu'à ce que le commutateur du capteur reçoive un signal d'activation du zéro logique du capteur de présence.

Circuit de capteur tactile capacitif

La base du circuit du capteur de présence tactile capacitif est un générateur d'onde carrée maître, réalisé selon schéma classique sur deux éléments logiques de la puce D1.1 et D1.2. La fréquence de l'oscillateur est déterminée par les valeurs des éléments R1 et C1 et est choisie à environ 50 kHz. La valeur de la fréquence n'a pratiquement aucun effet sur le fonctionnement du capteur capacitif. J'ai changé la fréquence de 20 à 200 kHz et je n'ai visuellement remarqué aucun effet sur le fonctionnement de l'appareil.

Avec signal de sortie D1.2 à 4 puces Forme rectangulaireà travers la résistance R2 entre les entrées 8, 9 de la puce D1.3 et à travers la résistance variable R3 aux entrées 12.13 D1.4. Le signal arrive à l'entrée de la puce D1.3 avec une légère modification de la pente du front d'impulsion due au capteur installé, qui est un morceau de fil ou une plaque métallique. A l'entrée D1.4, du fait du condensateur C2, le front change pendant le temps nécessaire pour le recharger. Grâce à la présence d'une résistance d'accord R3, il est possible de régler les fronts d'impulsion à l'entrée D1.4 égaux au front d'impulsion à l'entrée D1.3.

Si vous rapprochez une main ou un objet métallique de l'antenne (capteur), la capacité à l'entrée du microcircuit DD1.3 augmentera et le front de l'impulsion entrante sera retardé dans le temps par rapport au front de l'impulsion venant à l'entrée de DD1.4. pour "attraper" ce retard, des impulsions à peu près inversées sont envoyées à la puce DD2.1, qui est une bascule D qui fonctionne comme suit. Sur le front montant de l'impulsion arrivant à l'entrée du microcircuit C, le signal qui était à l'entrée D à ce moment est transmis à la sortie du déclencheur. Par conséquent, si le signal à l'entrée D ne change pas, le les impulsions entrantes à l'entrée de comptage C n'affectent pas le niveau du signal de sortie. Cette propriété du déclencheur D a permis de réaliser un simple capteur tactile capacitif.

Lorsque la capacité de l'antenne, en raison de l'approche du corps humain, à l'entrée de DD1.3 augmente, l'impulsion est retardée et celle-ci est fixée par le déclencheur D, modifiant son état de sortie. La LED HL1 sert à indiquer la présence de la tension d'alimentation et HL2 à indiquer la proximité du capteur tactile.

Circuit de commutateur tactile

Le circuit du capteur tactile capacitif peut également être utilisé pour faire fonctionner l'interrupteur tactile, mais avec un peu de raffinement, car il doit non seulement répondre à l'approche du corps humain, mais également rester dans un état stable après le retrait de la main. . Pour résoudre ce problème, il a fallu ajouter un autre déclencheur D, DD2.2, à la sortie du capteur tactile, connecté selon le circuit diviseur par deux.

Le circuit du capteur capacitif a été légèrement modifié. Pour éliminer les faux positifs, puisqu'une personne peut apporter et retirer sa main lentement, en raison de la présence d'interférences, le capteur peut émettre plusieurs impulsions vers l'entrée de comptage D du déclencheur, violant l'algorithme de fonctionnement du commutateur nécessaire. Par conséquent, une chaîne RC d'éléments R4 et C5 a été ajoutée, ce qui a bloqué pendant une courte période la possibilité de basculer le déclencheur D.

Le déclencheur DD2.2 fonctionne de la même manière que DD2.1, mais le signal à l'entrée D n'est pas fourni par d'autres éléments, mais par la sortie inverse de DD2.2. Il en résulte que sur le front montant de l'impulsion arrivant à l'entrée C, le signal à l'entrée D passe en sens inverse. Par exemple, si dans l'état initial il y avait un zéro logique à la broche 13, alors en amenant votre main une fois sur le capteur, la gâchette basculera et une unité logique sera définie à la broche 13. La prochaine fois que le capteur est actionné, un zéro logique sera à nouveau défini sur la broche 13.

Pour bloquer l'interrupteur en l'absence d'une personne sur les toilettes, une unité logique est fournie du capteur à l'entrée R (mise à zéro à la sortie de déclenchement, quels que soient les signaux à toutes ses autres entrées) du microcircuit DD2.2 . Un zéro logique est défini à la sortie de l'interrupteur capacitif, qui est alimenté par le faisceau jusqu'à la base du transistor à clé pour activer l'électrovanne dans l'unité d'alimentation et de commutation.

La résistance R6, en l'absence de signal de blocage du capteur capacitif en cas de panne ou de rupture du fil de commande, bloque la gâchette à l'entrée R, éliminant ainsi la possibilité d'alimentation spontanée en eau du bidet. Le condensateur C6 protège l'entrée R des interférences. La LED HL3 sert à indiquer l'alimentation en eau du bidet.

Structure et détails des capteurs tactiles capacitifs

Lorsque j'ai commencé à concevoir un système de capteur de bidet, la tâche la plus difficile pour moi semblait être le développement d'un capteur de présence capacitif. Cela était dû à un certain nombre de restrictions d'installation et de fonctionnement. Je ne voulais pas que le capteur soit connecté mécaniquement au couvercle des toilettes, car il doit être retiré périodiquement pour le lavage et n'interfère pas avec assainissement la toilette elle-même. Par conséquent, j'ai choisi la capacité comme élément réactif.

Capteur de présence

Selon le schéma publié ci-dessus, j'ai réalisé un prototype. Les détails du capteur capacitif sont assemblés sur une carte de circuit imprimé, la carte est placée dans une boîte en plastique et fermée par un couvercle. Pour connecter l'antenne, un connecteur à une broche est installé dans le boîtier et un connecteur RSh2N à quatre broches est installé pour fournir la tension d'alimentation et le signal. PCB connecté avec des connecteurs à souder conducteurs en cuivre en isolation PTFE.

Le capteur tactile capacitif est monté sur deux microcircuits de la série KR561, LE5 ​​et TM2. Au lieu de la puce KR561LE5, vous pouvez utiliser le KR561LA7. Les puces de la série 176, des analogues importés, conviennent également. Les résistances, les condensateurs et les LED s'adaptent à tous les types. Condensateur C2, pour un fonctionnement stable du capteur capacitif lors d'un fonctionnement dans des conditions de fortes fluctuations de température environnement vous devez prendre avec un petit TKE.

Le capteur est installé sous la plate-forme de la toilette, sur laquelle il est installé citerne dans un endroit où, en cas de fuite du réservoir, l'eau ne peut pas entrer. Le corps du capteur est collé à la cuvette des toilettes à l'aide de ruban adhésif double face.

Le capteur d'antenne du capteur capacitif est un morceau de cuivre fil toronné Isolant PTFE de 35 cm de long collé avec du ruban adhésif transparent sur la paroi extérieure de la cuvette des toilettes un centimètre en dessous du plan des verres. Le capteur est bien visible sur la photo.

Pour régler la sensibilité du capteur tactile, il faut, après l'avoir installé sur les toilettes, en changeant la résistance de la résistance d'accord R3 pour faire s'éteindre la LED HL2. Ensuite, placez votre main sur le couvercle des toilettes au-dessus de l'emplacement du capteur, la LED HL2 doit s'allumer, si vous retirez votre main, s'éteindre. Depuis la cuisse humaine en masse plus de mains, alors pendant le fonctionnement, le capteur tactile, après un tel réglage, fonctionnera de manière garantie.

La conception et les détails de l'interrupteur tactile capacitif

Le circuit du commutateur tactile capacitif a plus de détails et un boîtier plus grand était nécessaire pour les accueillir, et pour des raisons esthétiques, apparence le boîtier dans lequel était placé le capteur de présence n'était pas très adapté à une installation dans un endroit bien en vue. La prise murale rj-11 pour connecter le téléphone a attiré l'attention sur elle-même. Il correspond à la taille et a l'air bien. Après avoir retiré tout le superflu de la prise, j'y ai placé la carte de circuit imprimé de l'interrupteur tactile capacitif.

Pour la fixation circuit imprimé un petit rack a été installé à la base du boîtier et une carte de circuit imprimé avec des pièces d'interrupteur tactile y a été vissée avec une vis.

Le capteur de capteur capacitif a été fabriqué en collant une feuille de laiton au bas du couvercle de la prise avec de la colle Moment, après avoir découpé une fenêtre pour les LED qu'ils contiennent. Lorsque le couvercle est fermé, le ressort (provenant d'un briquet à pierre) entre en contact avec la feuille de laiton et assure ainsi le contact électrique entre le circuit et le capteur.

L'interrupteur tactile capacitif est fixé au mur à l'aide d'une vis autotaraudeuse. Pour cela, un trou est prévu dans le corps. Ensuite, la carte, le connecteur est installé et le couvercle est fixé avec des loquets.

Le réglage de l'interrupteur capacitif est pratiquement le même que le réglage du capteur de présence décrit ci-dessus. Pour configurer, il faut appliquer la tension d'alimentation et régler la résistance pour que la LED HL2 s'allume lorsqu'une main est amenée au capteur, et s'éteigne lorsqu'elle est retirée. Ensuite, vous devez activer le capteur tactile et amener et retirer votre main vers le capteur de l'interrupteur. La LED HL2 doit clignoter et la LED HL3 rouge doit s'allumer. Lorsque la main est retirée, la LED rouge doit rester allumée. Lorsque la main est à nouveau relevée ou que le corps est retiré du capteur, la LED HL3 doit s'éteindre, c'est-à-dire couper l'alimentation en eau du bidet.

Circuit imprimé universel

Les capteurs capacitifs présentés ci-dessus sont assemblés sur des circuits imprimés, légèrement différents du circuit imprimé présenté sur la photo ci-dessous. Cela est dû à la combinaison des deux circuits imprimés en un seul universel. Si vous assemblez l'interrupteur tactile, il vous suffit de couper la piste numéro 2. Si vous assemblez le capteur de présence, la piste numéro 1 est supprimée et tous les éléments ne sont pas installés.

Les éléments nécessaires au fonctionnement de l'interrupteur tactile, mais interférant avec le fonctionnement du capteur de présence, R4, C5, R6, C6, HL2 et R4, ne sont pas installés. Au lieu de R4 et C6, des cavaliers sont soudés. La chaîne R4, C5 peut être laissée. Cela n'affectera pas le travail.

Vous trouverez ci-dessous un dessin d'une carte de circuit imprimé pour le moletage à l'aide de la méthode thermique consistant à appliquer des pistes sur la feuille.

Il suffit d'imprimer le dessin sur du papier glacé ou du papier calque et le gabarit est prêt pour la fabrication d'un circuit imprimé.

Le fonctionnement sans problème des capteurs capacitifs pour le système de contrôle tactile de l'alimentation en eau dans le bidet a été prouvé dans la pratique pendant trois ans de fonctionnement continu. Aucune panne n'a été enregistrée.

Cependant, je tiens à noter que le circuit est sensible aux bruits impulsionnels puissants. J'ai reçu un e-mail demandant de l'aide pour la configuration. Il s'est avéré que lors du débogage du circuit, il y avait un fer à souder avec un régulateur de température à thyristor à proximité. Après avoir éteint le fer à souder, le circuit a fonctionné.

Il y a eu un autre cas. Le capteur capacitif était installé dans la lampe, qui était connectée à la même prise que le réfrigérateur. Lorsque vous l'allumez, la lumière s'allume et lorsque vous l'éteignez à nouveau. Le problème a été résolu en connectant la lampe à une autre prise.

Une lettre est venue concernant l'application réussie du circuit de capteur capacitif décrit pour ajuster le niveau d'eau dans un réservoir de stockage en plastique. Dans les parties inférieure et supérieure, il était collé avec du silicone le long du capteur, qui contrôlait l'allumage et l'extinction de la pompe électrique.