Aujourd’hui, vous ne surprendrez personne avec des objectifs et une efficacité différents. appareils électroniques des avertissements préventifs qui avertissent les personnes ou activent l'alarme de sécurité bien avant le contact direct d'un invité indésirable avec une limite protégée (territoire). Beaucoup de ces nœuds décrits dans la littérature sont, à mon avis, intéressants, mais compliqués. Contrairement à eux, simple circuit électronique capteur capacitif sans contact (Fig. 1), que même un radioamateur novice peut assembler. L'appareil possède de nombreuses capacités, dont l'une - une sensibilité d'entrée élevée - est utilisée pour avertir de l'approche de tout objet animé (par exemple, une personne) du capteur E1.
Le circuit est basé sur deux éléments du microcircuit K561TL1 connectés en inverseurs. Ce microcircuit contient quatre élément du même type avec fonction 2I-NOT à partir d'un déclencheur de Schmitt avec hystérésis (retard) en entrée et inversion en sortie. Désignation fonctionnelle - la boucle d'hystérésis indique

Riz. 1. Schéma électrique capteur capacitif sans contact dans de tels éléments à l'intérieur de leur désignation. L'utilisation du K561TL1 dans ce circuit est justifiée par le fait qu'il (et la série de microcircuits K561 en particulier) présente des courants de fonctionnement très faibles, une immunité élevée au bruit (jusqu'à 45 % du niveau de tension d'alimentation) et fonctionne dans un large plage de tension d'alimentation (de 3 à 15 V), possède une protection d'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 radioamateur sans nécessiter de précautions ni de protection particulières .
De plus, le K561TL1 vous permet de connecter ses éléments logiques indépendants en parallèle, en tant qu'éléments tampons, ce qui augmente plusieurs fois la puissance du signal de sortie. Les déclencheurs de Schmitt sont, en règle générale, des circuits bistables capables de fonctionner avec des signaux d'entrée augmentant lentement, y compris ceux avec un mélange de bruit, tout en fournissant des fronts d'impulsion raides en sortie, qui peuvent être transmis aux nœuds de circuit suivants pour un couplage avec d'autres éléments clés. et microcircuits.
Le microcircuit K561TL1 (ainsi que le K561TL2) peut attribuer un signal de commande (y compris numérique) pour d'autres appareils à partir d'une impulsion d'entrée floue. L'analogue étranger du K561TL1 est le CD4093B.
État limite, proche du niveau logique bas. A la sortie DD1.1 - haut niveau, à la sortie DD1.2 est à nouveau faible. Le transistor VT1, qui agit comme un amplificateur de courant, est fermé. La capsule piézoélectrique HA1 (avec générateur 3CH interne) est inactive.
Une antenne est connectée au capteur E1 - une antenne télescopique de voiture est utilisée comme celle-ci. Lorsqu'une personne se trouve à proximité de l'antenne, la capacité entre la broche de l'antenne et le sol change. Cela fait passer les éléments DD1.1, DD1.2 à l'état opposé. Pour changer de nœud, une personne de taille moyenne doit se trouver (marcher) à côté de l'antenne de 35 cm de long à une distance allant jusqu'à 1,5 m.
Un niveau de tension élevée apparaît sur la broche 4 du microcircuit, à la suite de quoi le transistor VT1 s'ouvre et la capsule NA1 retentit.
En sélectionnant la capacité du condensateur C1, vous pouvez modifier le mode de fonctionnement des éléments du microcircuit. Ainsi, lorsque la capacité C1 est réduite à 82-120 pF, le nœud fonctionne différemment. Désormais, le signal sonore retentit uniquement tant que l'entrée DD1.1 est affectée par une interférence de tension alternative - contact humain.
Le circuit électrique (Fig. 1) peut également être utilisé comme base pour un nœud de capteur de déclenchement. Pour ce faire, éliminez la résistance constante R1, le fil blindé et le capteur ainsi que les contacts du microcircuit 1 et 2.
Un fil blindé (câble RK-50, RK-75, fil blindé pour signaux 34 - tous les types conviennent) de 1 à 1,5 m de long est connecté en série avec R1, le blindage est connecté au fil commun. Le fil central (non blindé) à l'extrémité est connecté à la broche de l'antenne.
Si les recommandations spécifiées sont suivies et que les types et valeurs d'éléments spécifiés dans le schéma sont utilisés, l'unité génère un signal sonore avec une fréquence d'environ 1 kHz (selon le type de capsule HA1) lorsqu'une personne s'approche de la broche de l'antenne à une distance de 1,5 à 1 m. Il n'y a pas d'effet déclencheur. 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. Le principe de fonctionnement est. cet appareil est basé sur un changement de capacité du capteur-antenne E1 entre celui-ci et la « masse » (fil commun, tout ce qui concerne la boucle de masse - en dans ce cas ce sont le sol et les murs de la pièce). Lorsqu'une personne s'approche, cette capacité change considérablement, ce qui est suffisant pour déclencher le microcircuit K561TL1.
Application pratique le nœud est difficile à surestimer. Dans la version originale, l'appareil est monté à côté cadre de porte immeuble résidentiel de plusieurs appartements. La porte d'entrée est en métal.
Le volume du signal 34 émis par la capsule HA1 est suffisant pour l'entendre dans une loggia fermée (il est comparable au volume d'une cloche d'appartement).
L'alimentation est stabilisée avec une tension de 9-15 V, avec un bon filtrage de la tension d'ondulation aux bornes de la sortie. La consommation de courant est négligeable en mode veille (plusieurs microampères) et augmente jusqu'à 22-28 mA lorsque l'émetteur NA1 fonctionne activement. Une source sans transformateur ne peut pas être utilisée en raison du risque de dommage. choc électrique. Le condensateur à oxyde C2 agit comme un filtre d'alimentation supplémentaire, de type K50-35 ou similaire, pour une tension de fonctionnement non inférieure à la tension de la source d'alimentation.
Pendant le fonctionnement de l'unité, fonctionnalités intéressantes. Ainsi, la tension d'alimentation du nœud affecte son fonctionnement. Lorsque la tension d'alimentation est augmentée à 15 V, seul un câble électrique multiconducteur non blindé ordinaire est utilisé comme antenne-capteur fil de cuivre avec une section de 1 à 2 mm et une longueur de 1 m. Dans ce cas, aucun écran ni résistance R1 n'est nécessaire. Le fil électrique en cuivre est connecté directement aux broches 1 et 2 de l'élément DD1.1. L'effet est le même.
Lors du changement de phase prise réseau alimentation, le nœud perd catastrophiquement sa sensibilité et ne peut fonctionner que comme capteur (réagit au contact de E1). Cela est vrai pour toute valeur de tension d'alimentation comprise entre 9 et 15 V. De toute évidence, 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, lorsqu'il est connecté correctement comme décrit ici, une partie importante et stable est obtenue alarme antivol, assurant la sécurité de la maison, avertissant les propriétaires avant même qu'une situation d'urgence ne survienne.
Les éléments sont montés de manière compacte sur un panneau en fibre de verre.
Boîtier pour un appareil constitué de tout matériau diélectrique (non conducteur). Pour contrôler l'alimentation électrique, l'appareil peut être équipé d'un indicateur LED connecté en parallèle avec la source d'alimentation.


Riz. 2. Photo de l'appareil fini avec une antenne de voiture en forme de capteur capacitif
Aucun ajustement n’est requis si les recommandations sont strictement suivies. Peut-être qu'avec d'autres options de capteurs et d'antennes, le nœud se manifestera dans une qualité différente. Si vous expérimentez la longueur du câble de blindage, la longueur et la surface du capteur-antenne E1 et modifiez la tension d'alimentation du nœud, vous devrez peut-être ajuster la résistance de la résistance R1 dans une large plage de 0,1 à 100 Mohms. Pour réduire la sensibilité de l'appareil, augmentez la capacité du condensateur C1. Si cela n'apporte pas de résultats, une résistance constante d'une résistance de 5 à 10 MOhm est connectée en parallèle avec C1.
Condensateur apolaire C1 type KM6. Résistance fixe R2 - MLT-0,25. Résistance R1 type BC-0.5, BC-1. Le transistor VT1 est nécessaire pour amplifier le signal de la sortie de l'élément DD1.2. Sans ce transistor, la capsule HA1 semble faible. Le transistor VT1 peut être remplacé par KT503, KT940, KT603, KT801 par n'importe quelle lettre d'index -
La capsule émettrice HA1 peut être remplacée par une capsule similaire avec un générateur 34 intégré et un courant de fonctionnement ne dépassant pas 50 mA, par exemple FMQ-2015B, KRKH-1212V et similaire.
Grâce à l'utilisation d'une capsule avec générateur intégré, l'unité présente effet intéressant- lorsqu'une personne s'approche de près du capteur-antenne E1, le son de la capsule est monotone, et lorsque la personne s'éloigne (ou s'approche plus loin à plus de 1,5 m), la capsule émet un son stable et intermittent en fonction de l'évolution du niveau de potentiel à la 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 du capteur d'antenne et à un signal intermittent d'un stable la nature à l'approche maximale.
Certains des inconvénients de l'appareil peuvent être considérés comme le manque de sélectivité « ami/ennemi » - ainsi, le nœud signalera l'approche de toute personne vers E1, y compris le propriétaire de l'appartement qui est sorti « pour acheter une miche de pain ». ».
Le fonctionnement de l'unité repose sur les interférences électriques et les changements de capacité, qui sont particulièrement utiles lors du fonctionnement dans de grandes zones résidentielles dotées d'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 cet appareil et le microcircuit K561TL1 (même lorsqu'il est allumé normalement), vous pouvez acquérir une expérience inestimable et réelle, facile à répéter, mais originale par essence et caractéristiques fonctionnelles appareils électroniques.

Aujourd'hui, personne ne sera surpris par les dispositifs électroniques d'avertissement préventif, dont l'objectif et l'efficacité varient, qui avertissent les personnes ou déclenchent une alarme de sécurité bien avant le contact direct d'un invité indésirable avec une limite (territoire) protégée. Beaucoup de ces nœuds décrits dans la littérature, par exemple en, selon l'auteur, sont intéressants, mais compliqués.

Contrairement à eux, un simple circuit électronique d'un capteur capacitif sans contact a été développé (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 la modification de la capacité entre le capteur-antenne E1 et la « masse » (fil commun : tout ce qui correspond à la boucle de masse - en l'occurrence le sol et les murs de la pièce). Lorsqu'une personne s'approche, cette capacité change de manière significative, ce qui est suffisant pour déclencher le microcircuit K561TL1.

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

La conception est basée sur deux éléments du microcircuit K561TL1 (DD1), connectés en inverseurs. Ce microcircuit contient quatre éléments du même type avec une fonction 2I-NOT avec des déclencheurs 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 l'électricité statique et l'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 radioamateur sans nécessiter de précautions ni de protection particulières.

De plus, le microcircuit K561TL1 vous permet de connecter ses éléments logiques indépendants en parallèle, en tant qu'éléments tampons, ce qui entraîne une augmentation proportionnelle de la puissance du signal de sortie. Les déclencheurs Schmitt sont des circuits bistables qui peuvent fonctionner avec des signaux d'entrée augmentant lentement, y compris ceux contenant du bruit. Dans le même temps, les bords tranchants des impulsions qui fournissent la sortie peuvent être transmis aux nœuds suivants du circuit pour être couplés à d'autres éléments clés et microcircuits. Le microcircuit K561TL (ainsi que le K561TL2) peut sélectionner un signal de commande (y compris numérique) pour d'autres appareils à partir d'une impulsion d'entrée analogique ou floue.

L'analogue étranger du K561TL1 est le CD4093B.

Le schéma de raccordement de l'onduleur est classique, il est décrit dans publications de référence. La particularité du développement présenté réside dans ses nuances de conception. Après la mise sous tension, un état indéfini proche d'un niveau logique bas est présent à l'entrée de l'élément DD1.1. La sortie DD1.1 est haute, la sortie DD1.2 est à nouveau basse. Le transistor VT1 est fermé. La capsule piézoélectrique HAI (à générateur interne 34) n'est pas active.

Une antenne est connectée au capteur E1 - une antenne télescopique de voiture fera l'affaire. Lorsqu'une personne se trouve à proximité de l'antenne, la capacité entre la broche de l'antenne et le sol change. Cela fait passer les éléments DD1.1, DD1.2 à l'état opposé. Pour commuter le nœud, une personne de taille moyenne doit se trouver (marcher) à côté d'une antenne de 35 cm de long à une distance allant jusqu'à 1,5 m. Un niveau de haute tension apparaît sur la broche 4 du microcircuit, à la suite duquel le transistor VT1. s'ouvre et la capsule HA1 sonne.

En sélectionnant la capacité du condensateur C1, vous pouvez modifier le mode de fonctionnement des éléments du microcircuit. Ainsi, lorsque la capacité C1 est réduite à 82-120 pF, le nœud fonctionne différemment. Désormais, le signal sonore retentit uniquement lorsque l'entrée DD1.1 est affectée par des interférences de tension alternative - contact humain.

Le circuit électrique (Fig. 2.2) peut également être utilisé comme base pour un capteur tactile à déclenchement. Pour ce faire, éliminez la résistance constante R1, le fil blindé et le capteur ainsi que les contacts du microcircuit 1 et 2.

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

Si les recommandations spécifiées sont suivies et que les types et valeurs d'éléments indiqués dans le schéma sont utilisés, l'unité génère un signal sonore avec une fréquence d'environ 1 kHz (selon le type de capsule HA1) lorsqu'une personne s'approche de la broche de l'antenne à une distance de 1,5 à 1 m. Il n'y a pas d'effet déclencheur. Dès que l'objet s'éloigne de l'antenne, le capteur passe en mode sécurité (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 d'antenne.

Les capacités de l'appareil ne peuvent guère 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 dans une loggia fermée (il est comparable au volume d'une cloche d'appartement).

L'alimentation est stabilisée, avec une tension de 9-15 V, avec un bon filtrage de la tension d'ondulation aux bornes de la sortie. La consommation de courant est négligeable en mode veille (plusieurs microampères) et augmente jusqu'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 d'alimentation supplémentaire, son type est K50-35 ou similaire, pour une tension de fonctionnement non inférieure à la tension de la source d'alimentation.

Lors du fonctionnement de l'unité, des caractéristiques intéressantes ont été révélées. La tension d'alimentation du nœud affecte son fonctionnement : lorsque la tension d'alimentation est augmentée à 15 V, seul un fil de cuivre électrique multiconducteur non blindé ordinaire d'une section de 1 à 2 mm et d'une longueur de 1 m est utilisé comme antenne-capteur ; Dans ce cas, aucun écran ni résistance R1 n'est nécessaire ; le fil électrique en cuivre est connecté directement aux broches 1 et 2 de l'élément DD1.1. L'effet est similaire. Lorsque la phase de la prise d'alimentation change, le nœud perd catastrophiquement sa sensibilité et ne peut fonctionner que comme un capteur (réagit au contact de E1). Cela est vrai pour toute valeur de tension d'alimentation comprise entre 9 et 15 V. De toute évidence, 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, au cas où connexion correcte, décrit ici, s'avère être un élément important d'un système d'alarme de sécurité qui assure la sécurité de la maison, avertissant les propriétaires avant même qu'une situation d'urgence ne survienne.

Les éléments sont montés de manière compacte sur un panneau en fibre de verre. Le boîtier de l'appareil est constitué de n'importe quel matériau diélectrique (non conducteur). Pour contrôler l'alimentation électrique, l'appareil peut être équipé d'un indicateur LED connecté en parallèle avec la source d'alimentation.

Aucun ajustement n’est requis si les recommandations sont strictement suivies. Si vous expérimentez la longueur du câble de blindage, la longueur et la surface du capteur-antenne E1 et modifiez la tension d'alimentation, vous devrez peut-être ajuster la résistance de la résistance R1 dans une large plage - de 0,1 à 100 MOhm. Pour réduire la sensibilité, augmentez la capacité du condensateur C1. Si cela n'apporte pas de résultats, une résistance constante d'une résistance de 5 à 10 MOhm est connectée en parallèle avec C1.

Riz. 2.3. Capteur capacitif

Le condensateur apolaire C1 est de type KM6. Résistance fixe R2—MLT-0,25. Résistance R1 - type BC-0.5, BC-1. Le transistor VT1 est nécessaire pour amplifier le signal de la sortie de l'élément DD1.2. Sans ce transistor, la capsule HA1 ne sonne pas fort. Le transistor VT1 peut être remplacé par KT503, KT940, KT603, KT801 avec n'importe quelle lettre d'index.

La capsule émettrice HA1 peut être remplacée par une capsule similaire avec un générateur 34 intégré et un courant de fonctionnement ne dépassant pas 50 mA, par exemple FMQ-2015B, KRKH-1212V et similaire.

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

Pour une compréhension plus complète des propriétés d'un capteur capacitif, l'auteur vous recommande de vous familiariser avec le matériel.

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

Certains des inconvénients de l'appareil peuvent être considérés comme le manque de sélectivité (système de reconnaissance « ami/ennemi »), de sorte que le nœud signalera l'approche de toute personne vers l'E1, y compris le propriétaire de l'appartement qui est sorti pour acheter du pain. La base du fonctionnement de l'appareil est constituée d'interférences électriques et de changements de capacité, qui sont particulièrement utiles lorsqu'ils sont utilisés dans de grandes zones résidentielles dotées d'un réseau de communications électriques développé ; Évidemment, l'appareil sera inutile en forêt, sur le terrain et partout où il n'y a pas de communications électriques.

Kashkarov A.P. 500 schémas pour radioamateurs. Capteurs électroniques.

L'application d'une tension alternative aux conducteurs adjacents favorise 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 mouvement des conducteurs sur lesquels se trouvent les particules électriques. Dans ce cas, il se pose CA, 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 qui les sépare. Les objets plus grands et plus proches produisent plus de courant que les objets plus petits et plus éloignés.

La capacité est déterminée par les paramètres suivants :

• La nature du milieu diélectrique non conducteur situé entre les conducteurs.
• Tailles des conducteurs.
• Force actuelle.

Une paire de telles surfaces forme les plaques d'un condensateur 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. Si les dimensions des plaques et la composition du milieu de travail entre elles sont constantes, tout changement de capacité sera le résultat d'un changement de distance entre deux objets : la sonde (capteur) et la cible suivie. Il suffit simplement de convertir les changements de capacité en valeurs ciblées. tension électrique, qui contrôlera d'autres actions de l'appareil. Ces appareils sont ainsi conçus pour déterminer l'évolution de la distance entre les objets, ainsi que pour clarifier la nature et la qualité de la surface des produits mesurés.

Principe de fonctionnement d'un capteur capacitif

Structurellement, un tel dispositif comprend :

• Source de formation de tension de référence.
• Le circuit primaire est une sonde dont la surface et les dimensions sont déterminées par la finalité des mesures.
• Un circuit secondaire qui génère le signal électrique nécessaire.
• Un circuit de protection qui assure la stabilité des lectures du capteur quels que soient les facteurs perturbateurs externes.
• Un amplificateur électronique dont le pilote génère un signal de commande puissant vers les actionneurs et garantit un fonctionnement précis.

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

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

Les principales caractéristiques des appareils concernés sont :

• Dimensions et nature de la cible - l'objet sonore. Cela crée notamment champ électrique doit avoir la forme d'un cône, pour lequel dimensions hors tout doit être au moins 30 % plus grand que les dimensions correspondantes de la chaîne primaire ;
• Plage de mesure. L'écart maximum auquel les lectures de l'appareil donnent la précision requise est d'environ 40 % de surface utilisable chaîne primaire;
• Précision des mesures. L'étalonnage des lectures réduit généralement la plage mais améliore 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, ni de son épaisseur

Comment un condensateur se transforme en capteur

Dans ce cas, la cause et l’effet sont inversés. Lorsqu’une tension est appliquée à un conducteur, un champ électrique est généré sur 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 des capteurs capacitifs fonctionnent, le champ électrique peut se propager à d'autres objets (ou à des zones individuelles de ceux-ci). 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.

Lorsqu'une tension d'alimentation de référence est appliquée, un circuit séparé fournit exactement la même tension pour protéger le capteur. S'il n'y a pas de différence de valeurs de tension entre la zone sensible et la zone de protection, il n'y a pas de champ électrique entre elles. Ainsi, le signal original 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 celle-ci perturbe l'uniformité du champ électrique généré.

Problèmes de mesure

Pour les objets configuration complexe Atteindre la précision requise est possible si un certain nombre de conditions sont remplies. Par exemple, en détection multicanal, la tension de commande de chaque sonde doit être synchronisée, sinon les sondes interféreront les unes avec les autres : une sonde tentera d'augmenter le champ électrique, tandis que l'autre tentera de le diminuer, donnant ainsi de fausses lectures. Par conséquent, une condition limitante importante est l’exigence que les mesures soient effectuées dans les mêmes conditions dans lesquelles le capteur a été étalonné chez le fabricant. Si vous évaluez le signal en modifiant la distance entre la sonde et la cible, tous les autres paramètres doivent avoir des valeurs constantes.

Ces difficultés peuvent être surmontées grâce aux techniques suivantes :

• Optimisation de la taille de l'objet mesuré : plus la cible est petite, plus la probabilité que la sensibilité du champ se propage sur les côtés est grande, ce qui augmente l'erreur de mesure.
• Réaliser l'étalonnage uniquement sur une cible aux dimensions plates.
• Réduire la vitesse de balayage de la cible, de sorte que les changements dans la nature de la surface n'affecteront 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 tactiles fonctionnent de manière stable dans la plage de température de 22...35 0 C : dans ce cas, les erreurs sont minimes
  sont valables et ne dépassent pas 0,5% de l’échelle de mesure complète.

Il existe cependant des problèmes qui ne peuvent être éliminés. Ceux-ci incluent 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, provoqué par la dérive de la tension du pilote de périphérique.

Schéma fonctionnel

Bien qu'il ne soit pas directement directionnel, un capteur capacitif mesure une certaine capacité des objets constamment présents dans l'environnement. Par conséquent, les objets inconnus sont détectés par lui comme une augmentation de cette capacité de fond. Il est nettement plus grand que la capacité de l’objet et sa taille change constamment. Les appareils en question sont donc utilisés pour détecter des changements dans l’environnement plutôt que 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 la capacité change, qui est enregistrée par la partie électronique du capteur. Le résultat peut être affiché sur l'écran ou l'écran tactile.

Pour effectuer des mesures, l'appareil est connecté à un circuit imprimé avec un contrôleur tactile. Les capteurs sont équipés de boutons de commande. Qui peut être utilisé pour faire fonctionner plusieurs sondes en même temps.

Les écrans tactiles utilisent des capteurs dotés d'électrodes disposées en lignes et en colonnes. Ils se trouvent soit sur les côtés opposés du panneau principal, soit sur des panneaux séparés séparés par des éléments diélectriques. Le contrôleur passe d'une sonde à l'autre pour déterminer d'abord quelle ligne est touchée (direction Y), puis quelle colonne est touchée (direction X). Les sondes sont souvent constituées de plastique transparent, ce qui augmente le contenu informatif du résultat de mesure.

Utilisation des filtres LC

Une interface analogique spécialisée 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'excitation pour charger la plaque du capteur. Le taux d'échantillonnage à la sortie du capteur est relativement faible, inférieur à 500 échantillons par seconde, mais la résolution de la conversion A/D est nécessaire pour capturer de petites différences de capacité.

Dans un dispositif de détection capacitive, une forme d'onde d'excitation échelonnée 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 bruits parasites. De manière efficace Pour améliorer l'immunité au bruit, modifiez le capteur en connectant un composant sensible à la fréquence. En plus de l'élément condensateur variable, un condensateur et une inductance supplémentaires sont ajoutés au capteur pour former un circuit résonant. Sa 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 dans laquelle le bruit existe est connue, le déplacement de la fréquence de fonctionnement du capteur peut alors filtrer ces sources de bruit sans avoir besoin de circuits externes.

Les filtres LC sont plus souvent utilisés dans les capteurs multicanaux

Domaines d'application

Ces appareils sont utilisés aux fins suivantes :

• Pour la détection des plastiques et autres isolants.
• Dans les systèmes d'alarme, lors de l'établissement du fait de mouvement dans une zone contrôlée.
• En tant que composant dispositifs de sécurité voitures.
• Déterminer la propreté de surface des matériaux après usinage.
• Dans le but de déterminer le niveau de fluides de travail 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 dans d'autres conditions spécialisées.

Schémas à faire soi-même

Pour organiser le contrôle tactile, un capteur capacitif peut être facilement créé à l'aide d'une base, d'un condensateur et d'une paire de résistances. Lorsque vous touchez les fils, une charge électrique s'accumule, en ajustant la quantité dont vous pouvez modifier le temps de charge/décharge. Ce schéma peut être utilisé pour contrôler lampe de table ou une autre lampe. Le circuit doit contenir un comparateur électronique qui comparera le temps de charge du condensateur avec la valeur de référence (seuil) et émettra le signal de commande correspondant.

Les circuits électroniques à commande tactile sont plus interactifs pour l'utilisateur que les circuits traditionnels et peuvent donc être utilisés efficacement à des fins de commutation de puissance. La capacité du condensateur détermine le niveau de sensibilité : à mesure que la capacité augmente, la sensibilité augmente, mais plus de puissance et un temps de réponse plus court sont nécessaires pour alimenter l'appareil. Pour indication, vous pouvez utiliser une LED ordinaire.

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

Le maître sélectionne les composants pour le travail fait maison. LED infrarouge et photodiode :

Résistances fixes :

Résistance ajustable :

Amplificateur opérationnel LM358 :

LED visible :

Panneau à puce (facultatif) :

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

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

Si vous avez contourné plusieurs prix fixes et que tous sont 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 correctement orienté. Le développeur est tombé sur une LED infrarouge transparente et une photodiode noire, mais l'inverse se produit également. Une batterie, une résistance et tout téléphone équipé d’un appareil photo vous aideront à déterminer lequel est lequel.

La photodiode et la résistance de 10 kOhm forment un diviseur de tension. Lorsqu'il est éclairé par une photodiode rayons infrarouges, réfléchie, par exemple, par une main, la tension au point de connexion de l'amplificateur opérationnel au diviseur augmente. L'ampli-op est connecté de telle manière qu'il agit comme un comparateur. Il compare la tension provenant du diviseur avec la tension provenant du contact mobile de la résistance ajustable. De cette manière, vous pouvez ajuster le seuil de réponse du capteur, d’une part, en éliminant les fausses alarmes, et d’autre part, en garantissant une détection de proximité fiable.

Après avoir ajusté le seuil de réponse, le technicien vérifie le fonctionnement du capteur.

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

Lors du développement d'un système d'ouverture automatique de l'alimentation en eau des toilettes pour bidet, il est devenu nécessaire d'utiliser un capteur de présence capacitif et un interrupteur très fiables, résistants 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 présentées ne pouvaient être satisfaites que par des circuits de capteurs tactiles 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 donc dû le développer moi-même.

Le résultat est un capteur tactile capacitif universel qui ne nécessite aucune configuration et réagit à l'approche d'objets électriquement conducteurs, y compris une personne, à une distance allant jusqu'à 5 cm. Le champ d'application du capteur tactile proposé n'est pas limité. Il peut être utilisé, par exemple, pour allumer l’éclairage, les systèmes d’alarme de sécurité, déterminer les niveaux d’eau et dans bien d’autres cas.

Schémas de circuits électriques

Pour contrôler l’alimentation en eau du bidet des toilettes, deux capteurs tactiles capacitifs étaient nécessaires. Un capteur devait être installé directement sur les toilettes ; il devait produire un signal logique zéro en présence d'une personne, et en l'absence d'un signal logique un. Le deuxième capteur capacitif était censé servir d'interrupteur d'eau et être dans l'un des deux états logiques.

Lorsque la main était amenée au capteur, le capteur devait changer l'état logique à la sortie - de l'état initial à l'état logique zéro, lorsque la main était à nouveau touchée, de l'état zéro à l'état logique un. Et ainsi de suite à l'infini, tant que l'interrupteur tactile reçoit un signal d'activation du zéro logique du capteur de présence.

Circuit de capteur tactile capacitif

La base du circuit du capteur de présence du capteur capacitif est un générateur d'impulsions rectangulaires maître, réalisé selon schéma classique sur deux éléments logiques du microcircuit D1.1 et D1.2. La fréquence du générateur est déterminée par les calibres des éléments R1 et C1 et est choisie autour de 50 kHz. La valeur de 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.

De la broche 4 de la puce D1.2 forme rectangulaire via la résistance R2, il va aux entrées 8, 9 du microcircuit D1.3 et via la résistance variable R3 aux entrées 12,13 de D1.4. Le signal arrive à l'entrée de la puce D1.3 avec un léger changement de la pente du front d'impulsion dû au capteur installé, qui est un morceau de fil ou une plaque métallique. A l'entrée D1.4, grâce au condensateur C2, le front change pendant le temps nécessaire à sa recharge. Grâce à la présence de la résistance d'ajustement R3, il est possible de régler le front d'impulsion à l'entrée D1.4 égal au front d'impulsion à l'entrée D1.3.

Si vous rapprochez votre main ou un objet métallique de l'antenne (capteur tactile), la capacité à l'entrée du microcircuit DD1.3 augmentera et le devant de l'impulsion entrante sera retardé dans le temps par rapport au devant de l'impulsion arrivant à l’entrée DD1.4. Afin de « rattraper » ce retard, les impulsions inversées sont transmises à la puce DD2.1, qui est une bascule D qui fonctionne comme suit. Le long du front positif de l'impulsion arrivant à l'entrée du microcircuit C, le signal qui se trouvait à ce moment à l'entrée D est transmis à la sortie du déclencheur. Par conséquent, si le signal à l'entrée D ne change pas, les impulsions entrantes à. l'entrée de comptage C n'affecte 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 cela fixe le déclencheur D, modifiant ainsi son état de sortie. La LED HL1 est utilisée pour indiquer la présence de tension d'alimentation et la LED HL2 est utilisée pour indiquer la proximité du capteur tactile.

Circuit de commutation tactile

Le circuit du capteur tactile capacitif peut également être utilisé pour faire fonctionner un interrupteur tactile, mais avec une petite modification, car il doit non seulement réagir à l’approche du corps d’une personne, mais également rester dans un état stable après le retrait de la main. Pour résoudre ce problème, nous avons dû ajouter un autre déclencheur D, DD2.2, à la sortie du capteur tactile, connecté à l'aide d'un circuit diviseur par deux.

Le circuit du capteur capacitif a été légèrement modifié. Pour éliminer les faux positifs, puisqu'une personne peut amener 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 ainsi l'algorithme de fonctionnement requis du commutateur. Par conséquent, une chaîne RC d'éléments R4 et C5 a été ajoutée, ce qui a bloqué pendant une courte période la possibilité de commuter la gâchette 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. En conséquence, le long du front positif de l'impulsion arrivant à l'entrée C, le signal à l'entrée D passe à l'opposé. Par exemple, si dans l'état initial il y avait un zéro logique sur la broche 13, alors en levant une fois la main vers le capteur, le déclencheur basculera et un zéro logique sera défini sur la broche 13. La prochaine fois que vous interagirez avec le capteur, la broche 13 sera à nouveau réglée sur zéro logique.

Pour bloquer l'interrupteur en l'absence de personne sur les toilettes, une unité logique est fournie du capteur à l'entrée R (mise à zéro à la sortie du déclencheur, quels que soient les signaux sur toutes ses autres entrées). Un zéro logique est défini à la sortie du commutateur capacitif, qui est fourni via le faisceau à la base du transistor clé pour allumer l'électrovanne de 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 dans le bidet. Le condensateur C6 protège l'entrée R des interférences. La LED HL3 sert à indiquer l'arrivée d'eau dans le bidet.

Conception et détails des capteurs tactiles capacitifs

Lorsque j'ai commencé à développer un système de capteurs pour l'alimentation en eau d'un bidet, la tâche la plus difficile m'a semblé 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'interférerait pas avec désinfection les toilettes elles-mêmes. C'est pourquoi j'ai choisi un conteneur comme élément réactif.

Capteur de présence

Sur la base du schéma publié ci-dessus, j'ai réalisé un prototype. Les pièces du capteur capacitif sont assemblées sur un 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 ; un connecteur à quatre broches RSh2N est installé pour fournir la tension d'alimentation et le signal. Le circuit imprimé est connecté aux connecteurs par soudure conducteurs en cuivre en isolant fluoroplastique.

Le capteur tactile capacitif est assemblé sur deux microcircuits de la série KR561, LE5 ​​​​et TM2. Au lieu du microcircuit KR561LE5, vous pouvez utiliser le KR561LA7. Les microcircuits de la série 176 et les analogues importés conviennent également. Les résistances, condensateurs et LED conviendront à tout type. Condensateur C2, pour un fonctionnement stable du capteur capacitif lors d'un fonctionnement dans des conditions de grandes fluctuations de température environnement doivent être pris avec un petit TKE.

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

Le capteur d'antenne du capteur capacitif est un morceau de cuivre fil toronné 35 cm de long isolés avec du plastique fluoré, collés avec du ruban adhésif transparent sur la paroi extérieure de la cuvette des toilettes à un centimètre sous le plan des verres. Le capteur est bien visible sur la photo.

Pour régler la sensibilité du capteur tactile, après l'avoir installé sur les toilettes, modifiez la résistance de réglage R3 pour que la LED HL2 s'éteigne. Ensuite, placez votre main sur l'abattant des toilettes au dessus de l'emplacement du capteur, la LED HL2 doit s'allumer, si vous retirez votre main, elle doit s'éteindre. Depuis la cuisse humaine en masse plus de mains, puis pendant le fonctionnement, le capteur tactile, après un tel réglage, sera garanti de fonctionner.

Conception et détails du commutateur tactile capacitif

Le circuit de commutation tactile capacitif comporte plus de pièces et un boîtier plus grand était nécessaire pour les accueillir, et pour des raisons esthétiques, apparence Le boîtier dans lequel se trouvait le capteur de présence n'était pas très adapté à une installation dans un endroit visible. La prise murale RJ-11 pour brancher un téléphone a attiré l'attention. C'était la bonne taille et avait l'air bien. Après avoir retiré tout ce qui est inutile de la prise, j'y ai placé un circuit imprimé pour un interrupteur tactile capacitif.

Pour sécuriser circuit imprimé Un support court a été installé à la base du boîtier et un circuit imprimé avec des pièces d'interrupteur tactile y a été vissé à l'aide d'une vis.

Le capteur capacitif a été réalisé en collant une feuille de laiton au bas du cache de la prise avec de la colle Moment, après avoir préalablement découpé une fenêtre pour les LED qui s'y trouvent. Lors de la fermeture du couvercle, le ressort (extrait d'un briquet en silicium) 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 monté au mur à l'aide d'une vis autotaraudeuse. A cet effet, un trou est prévu dans le boîtier. Ensuite, la carte et le connecteur sont installés et le couvercle est sécurisé avec des loquets.

La mise en place d'un interrupteur capacitif n'est pratiquement pas différente de la mise en place du capteur de présence décrit ci-dessus. Pour configurer, vous devez appliquer la tension d'alimentation et régler la résistance pour que la LED HL2 s'allume lorsqu'une main est amenée vers le capteur, et s'éteigne lorsqu'elle est retirée. Ensuite, vous devez activer le capteur tactile et déplacer et retirer votre main vers le capteur de commutation. La LED HL2 doit clignoter et la LED rouge HL3 doit s'allumer. Lorsque la main est retirée, la LED rouge doit rester allumée. Lorsque vous levez à nouveau la main ou éloignez votre corps du capteur, la LED HL3 doit s'éteindre, c'est-à-dire couper l'alimentation en eau du bidet.

PCB 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 un interrupteur tactile, il vous suffit de couper la piste numéro 2. Si vous assemblez un capteur de présence tactile, alors la piste numéro 1 est supprimée et tous les éléments ne sont pas installés.

Les éléments nécessaires au fonctionnement de l'interrupteur tactile, mais gênant le fonctionnement du capteur de présence, R4, C5, R6, C6, HL2 et R4, ne sont pas installés. Au lieu de R4 et C6, les 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 à moleter en utilisant la méthode thermique d'application de pistes sur la feuille.

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

Le fonctionnement sans problème des capteurs capacitifs du système de commande tactile pour l'alimentation en eau d'un bidet a été confirmé dans la pratique sur trois années de fonctionnement continu. Aucun dysfonctionnement n'a été enregistré.

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

Il y a eu un autre cas similaire. Le capteur capacitif a été installé dans une lampe connectée à la même prise que le réfrigérateur. Lorsqu'elle était allumée, la lumière s'allumait et lorsqu'elle s'éteignait à nouveau. Le problème a été résolu en connectant la lampe à une autre prise.

J'ai reçu une lettre concernant l'utilisation réussie du circuit de capteur capacitif décrit pour réguler le niveau d'eau dans un réservoir de stockage en plastique. Dans les parties inférieure et supérieure, il y avait un capteur collé avec du silicone, qui contrôlait l'allumage et l'arrêt de la pompe électrique.