Danes ne boste nikogar presenetili z različnimi nameni in učinkovitostjo elektronske naprave preventivna opozorila, ki obvestijo ljudi ali vklopijo protivlomni alarm veliko pred neposrednim stikom nezaželenega gosta z varovano mejo (teritorijem). Mnoga od teh vozlišč, opisanih v literaturi, so po mojem mnenju zanimiva, a zapletena. V nasprotju s tem preprosto elektronsko vezje brezkontaktni kapacitivni senzor (slika 1), ki ga lahko sestavi tudi začetnik radioamater. Naprava ima številne možnosti, ena od njih - visoka vhodna občutljivost - se uporablja za opozarjanje na približevanje katerega koli živega predmeta (na primer osebe) senzorju E1.
Vezje temelji na dveh elementih mikrovezja K561TL1, povezanih kot inverterji. Ta čip ima štiri elemente iste vrste s funkcijo 2I-NOT iz Schmittovega prožila s histerezo (zakasnitvijo) na vhodu in inverzijo na izhodu. Funkcionalni zapis - prikazi histerezne zanke

riž. eno. Žični diagram brezkontaktni kapacitivni senzor v takšnih elementih znotraj njihove oznake. Uporaba K561TL1 v tem vezju je upravičena z dejstvom, da ima (in zlasti serija mikrovezij K561) zelo nizke delovne tokove, visoko odpornost proti hrupu (do 45% ravni napajalne napetosti), deluje v širokem območju. območje napajalne napetosti (od 3 do 15 V), ima zaščito na vhodu pred potencialom statične elektrike in kratkotrajnim presežkom vhodnih ravni ter številne druge prednosti, ki omogočajo široko uporabo v amaterskih radijskih izvedbah, ne da bi zahtevali kakršne koli posebne previdnostne ukrepe in zaščito.
Poleg tega K561TL1 omogoča vzporedno povezovanje njegovih neodvisnih logičnih elementov kot vmesnih elementov, zaradi česar se moč izhodnega signala pomnoži. Schmittovi sprožilci so praviloma bistabilna vezja, ki lahko delujejo s počasi naraščajočimi vhodnimi signali, vključno s tistimi s primesjo hrupa, hkrati pa zagotavljajo strme impulzne fronte na izhodu, ki se lahko prenesejo na naslednja vozlišča vezja za povezavo z drugimi ključni elementi in mikrovezja.
Mikrovezje K561TL1 (kot tudi K561TL2, mimogrede) lahko dodeli krmilni signal (vključno z digitalnim) za druge naprave iz mehkega vhodnega impulza. Tuji analog K561TL1 - CD4093B.
mejno stanje blizu logično nizko. Na izhodu DD1.1 - visoka stopnja, na izhodu DD1.2 - spet nizko. Tranzistor VT1, ki deluje kot tokovni ojačevalnik, je zaprt. Piezoelektrična kapsula HA1 (z notranjim generatorjem 3H) je neaktivna.
Na senzor E1 je priključena antena - zanjo se uporablja avtomobilska teleskopska antena. Ko je oseba blizu antene, se kapacitivnost med zatičem antene in tlemi spremeni. Iz tega preklopite elemente DD1.1, DD1.2 v nasprotno stanje. Za preklop vozlišča mora biti (mimo) ob anteni dolžine 35 cm oseba povprečne višine na razdalji do 1,5 m.
Na pin 4 mikrovezja se pojavi visoka napetost, zaradi česar se odpre tranzistor VT1 in zasliši se kapsula HA1.
Z izbiro kapacitivnosti kondenzatorja C1 lahko spremenite način delovanja elementov mikrovezja. Torej, ko se kapacitivnost C1 zmanjša na 82-120 pF, vozlišče deluje drugače. Sedaj se zvočni signal oglasi le, ko na vhod DD1.1 vpliva indukcija izmenične napetosti - človeški dotik.
Električno vezje (slika 1) se lahko uporabi tudi kot osnova za vozlišče sprožilnega senzorja. Za to so izključeni konstantni upor R1, zaščitena žica, senzorji pa so kontakti mikrovezja 1 in 2.
Oklopljena žica je zaporedno povezana z R1 (kabel RK-50, RK-75, oklopljena žica za signale 34 - vse vrste so primerne) dolžine 1-1,5 m, oklop je povezan s skupno žico. Osrednja (neoklopljena) žica na koncu je povezana z zatičem antene.
V skladu z zgornjimi priporočili, uporabo vrst in vrednosti elementov, navedenih na diagramu, enota ustvari zvočni signal s frekvenco približno 1 kHz (odvisno od vrste kapsule HA1), ko se oseba približa antenskemu zatiču. na razdalji 1,5-1 m Ni sprožilnega učinka. Ko se oseba odmakne od antene, se zvok v kapsuli HA1 ustavi.
Poskus je bil izveden tudi na živalih - mački in psu: vozlišče ne reagira na njun približek senzorju - anteni.Princip delovanja v to napravo temelji na spremembi kapacitivnosti senzorske antene E1 med njim in "tlemi" (običajna žica, vse, kar se nanaša na ozemljitveno zanko - v ta primer to so tla in stene sobe). Ko se oseba približa, se ta kapacitivnost bistveno spremeni, kar se izkaže za zadostno za delovanje mikrovezja K561TL1.
Praktična uporaba vozlišče je težko preceniti. V avtorski različici je naprava nameščena poleg Vratni okvir večstanovanjski stanovanjski objekt. Vhodna vrata so kovinska.
Glasnost signala 34, ki ga oddaja kapsula HA1, zadostuje, da ga slišimo na zaprti loži (primerljiva je z glasnostjo hišnega zvonca).
Napajalnik je stabiliziran z napetostjo 9-15 V, z dobrim filtriranjem valovite napetosti na izhodu. Poraba toka je v stanju pripravljenosti zanemarljiva (nekaj mikroamperov) in se poveča na 22-28 mA, ko je oddajnik HA1 aktiven.Breztransformatorskega vira ni mogoče uporabiti zaradi verjetnosti okvare. električni šok. Oksidni kondenzator C2 deluje kot dodatni močnostni filter, njegov tip je K50-35 ali podoben, za delovno napetost, ki ni nižja od napajalne napetosti.
Med delovanjem vozlišča razkrila zanimive lastnosti. Torej napajalna napetost vozlišča vpliva na njegovo delovanje. Ko se napajalna napetost poveča na 15 V, samo navadna večjedrna nezaščitena električna bakrena žica s prečnim prerezom 1-2 mm in dolžino 1 m, v tem primeru nista potrebna zaslon in upor R1. Električna bakrena žica je priključena neposredno na sponki 1 in 2 elementa DD1.1. Učinek je enak.
Pri menjavi faze omrežni vtič vir energije, vozlišče katastrofalno izgubi občutljivost in lahko deluje le kot senzor (odziva se na dotik E1). To velja za vsako vrednost napajalne napetosti v območju 9-15 V. Očitno je drugi namen tega vezja navaden senzor (ali senzor-sprožilec).
Te nianse je treba upoštevati pri ponavljanju vozla. Vendar s pravilno povezavo, opisano tukaj, dobimo pomemben in stabilen del. protivlomni alarm, zagotavljanje varnosti doma, opozarjanje lastnikov še preden pride do izrednega dogodka.
Elementi so kompaktno nameščeni na ploščo iz steklenih vlaken.
Ohišje za napravo iz katerega koli dielektričnega (neprevodnega) materiala. Za nadzor vklopa je lahko naprava opremljena z LED indikatorjem, priključenim vzporedno z virom napajanja.


riž. 2. Fotografija končne naprave z avtomobilsko anteno v obliki kapacitivnega senzorja
Prilagoditev s strogim upoštevanjem priporočil ni potrebna. Morda se bo z drugimi možnostmi za senzorje in antene vozlišče pokazalo v drugačni kakovosti. Če eksperimentirate z dolžino zaščitnega kabla, dolžino in površino senzorske antene E1 ter spreminjate napajalno napetost vozlišča, boste morda morali prilagoditi upornost upora R1 v širokem razponu od 0,1 do 100 MΩ. Če želite zmanjšati občutljivost vozlišča, povečajte kapacitivnost kondenzatorja C1. Če to ne deluje, priključite konstantni upor z uporom 5-10 MΩ vzporedno s C1.
Nepolarni kondenzator C1 tipa KM6. Fiksni upor R2 - MLT-0,25. Upor R1 tipa VS-0,5, VS-1. Tranzistor VT1 je potreben za ojačanje signala iz izhoda elementa DD1.2. Brez tega tranzistorja se kapsula HA1 sliši šibko. Tranzistor VT1 lahko zamenjate s KT503, KT940, KT603, KT801 s katerim koli črkovnim indeksom -
Kapsulni oddajnik HA1 je mogoče zamenjati s podobnim z vgrajenim generatorjem 34 in delovnim tokom, ki ne presega 50 mA, na primer FMQ-2015B, KRX-1212V in podobno.
Zahvaljujoč uporabi kapsule z vgrajenim generatorjem sestava eksponatov zanimiv učinek- ko se oseba približa senzorski anteni E1, je zvok kapsule monoton, ko se oseba oddalji (ali se približa na razdaljo več kot 1,5 m), kapsula oddaja stabilen, prekinjen zvok v skladu z s spremembo potencialne ravni na izhodu elementa DD1.2 .
Če se kot HA1 uporablja kapsula z vgrajenim generatorjem prekinitev 34, na primer KPI-4332-12, bo zvok podoben sireni na razmeroma veliki razdalji osebe od senzorske antene in prekinitvenem signalu stabilna narava pri maksimalnem pristopu.
Nekatere pomanjkljivosti naprave lahko štejemo za pomanjkanje selektivnosti "prijatelj / sovražnik" - na primer, vozlišče bo signaliziralo pristop katere koli osebe do E1, vključno z lastnikom stanovanja, ki je šel ven "za štruco kruha".
Osnova delovanja enote so električni odjemi in spremembe kapacitivnosti, ki so najbolj uporabni pri delovanju v velikih stanovanjskih območjih z razvito mrežo električnih komunikacij. Možno je, da bo takšna naprava neuporabna v gozdu, na polju in povsod, kjer ni električnih komunikacij. svetlobno omrežje 220 V. To je značilnost naprave.
Z eksperimentiranjem s tem vozliščem in čipom K561TL1 (tudi ko je standardno vklopljen), lahko pridobite neprecenljive izkušnje in resnično, lahko ponovljivo, a v bistvu izvirno in funkcionalne lastnosti elektronske naprave.

Danes ne boste nikogar presenetili z elektronskimi preventivnimi opozorilniki različnih namenov in učinkovitosti, ki obvestijo ljudi ali vklopijo protivlomni alarm veliko pred neposrednim stikom nezaželenega gosta z varovano mejo (teritorijem). Mnoga od teh vozlišč, opisanih v literaturi, na primer v, po mnenju avtorja so zanimiva, a zapletena.

Nasprotno pa so razvili preprosto elektronsko vezje za brezkontaktni kapacitivni senzor (slika 2.2), ki ga lahko sestavi tudi začetnik radioamater. Naprava ima visoko vhodno občutljivost, kar omogoča njeno uporabo za opozarjanje na približevanje osebe senzorju E1.

Načelo delovanja naprave temelji na spremembi kapacitivnosti med senzorsko anteno E1 in "tlemi" (skupna žica: vse, kar ustreza ozemljitveni zanki - v tem primeru so to tla in stene prostora). ). Ko se oseba približa, se ta kapacitivnost bistveno spremeni, kar zadostuje za sprožitev čipa K561TL1.

riž. 2.2. Električni diagram brezkontaktnega kapacitivnega senzorja

Zasnova temelji na dveh elementih mikrovezja K561TL1 (DD1), vključenih kot pretvorniki. To mikrovezje vključuje štiri elemente istega tipa s funkcijo 2I-NOT s Schmittovimi prožilci s histerezo (zakasnitvijo) na vhodu in inverzijo na izhodu.

Uporaba mikrovezja K561TL1 je posledica nizke porabe toka, visoke odpornosti proti hrupu (do 45% ravni napajalne napetosti), delovanja v širokem razponu napajalne napetosti (v območju 3–15 V), vhodne zaščite pred statična elektrika in kratkotrajna prekoračitev vhodnih ravni ter številne druge prednosti, ki omogočajo široko uporabo čipa v radijskih amaterskih izvedbah, ne da bi zahtevali kakršne koli posebne previdnostne ukrepe in zaščito.

Poleg tega mikrovezje K561TL1 omogoča vzporedno povezavo svojih neodvisnih logičnih elementov kot vmesnih elementov, zaradi česar se moč izhodnega signala sorazmerno poveča. Schmittovi sprožilci so bistabilna vezja, ki lahko obravnavajo počasi naraščajoče vhodne signale, vključno s šumom. Istočasno se lahko strme fronte impulzov, ki zagotavljajo izhod, prenesejo na naslednja vozlišča vezja za združitev z drugimi ključnimi elementi in mikrovezji. Čip K561TL (kot tudi K561TL2, mimogrede) lahko dodeli krmilni signal (vključno z digitalnim) za druge naprave iz analognega ali mehkega vhodnega impulza.

Tuji analog K561TL1 - CD4093B.

Preklopno vezje inverterja je klasično, opisano v referenčne knjige. Posebnost predstavljenega razvoja je v oblikovalskih odtenkih. Po vklopu napajanja na vhodu elementa DD1.1 je nedefinirano stanje blizu nizkega logičnega nivoja. Na izhodu DD1.1 - visoka raven, na izhodu DD1.2 - spet nizka. Tranzistor VT1 je zaprt. Piezoelektrična kapsula HAI (z notranjim generatorjem 34) ni aktivna.

Na senzor E1 je priključena antena - primerna je avtomobilska teleskopska antena. Ko je oseba blizu antene, se kapacitivnost med zatičem antene in tlemi spremeni. Iz tega preklopite elemente DD1.1, DD1.2 v nasprotno stanje. Za preklop vozlišča mora biti oseba povprečne višine (mimo) poleg antene dolžine 35 cm na razdalji do 1,5 m.Na pin 4 mikrovezja se pojavi visoka napetost, zaradi česar se tranzistor VT1 se odpre in zasliši se kapsula HA1.

Z izbiro kapacitivnosti kondenzatorja C1 lahko spremenite način delovanja elementov mikrovezja. Torej, ko se kapacitivnost C1 zmanjša na 82-120 pF, vozlišče deluje drugače. Zdaj se zvočni signal oglasi le, ko je na vhodu DD1.1 prizadeta motnja AC napetosti - človeški dotik.

Električno vezje (slika 2.2) se lahko uporablja tudi kot osnova za sprožilni senzor. Za to so izključeni konstantni upor R1, zaščitena žica, senzorji pa so kontakti mikrovezja 1 in 2.

Oklopljena žica je povezana zaporedno z R1 (kabel RK-50, RK-75, oklopljena žica za AF signale - vse vrste so primerne) dolžine 1-1,5 m, oklop je povezan s skupno žico, sredinsko jedro na konec je priključen na zatič antene.

V skladu s temi priporočili in uporabo vrst in ocen elementov, navedenih na diagramu, vozlišče ustvari zvočni signal s frekvenco približno 1 kHz (odvisno od vrste kapsule HA1), ko se oseba približa antenskemu zatiču na razdalji 1,5–1 m Ni sprožilnega učinka. Takoj, ko se predmet odmakne od antene, senzor preklopi v oborožen način (pripravljenost).

Poskus je bil izveden tudi z živalmi - mačko in psom: vozlišče se ne odzove na njun pristop k senzorski anteni.

Zmogljivosti naprave je težko preceniti. V avtorski izvedbi je nameščena ob okvir vrat; Vhodna vrata- kovina.

Glasnost AF signala, ki ga oddaja kapsula HA1, zadostuje za slišanje na zaprti loži (primerljiva je z glasnostjo hišnega zvonca).

Napajalnik je stabiliziran, z napetostjo 9-15 V, z dobrim filtriranjem valovite napetosti na izhodu. Poraba toka je v stanju pripravljenosti zanemarljiva (nekaj mikroamperov) in se poveča na 22–28 mA, ko oddajnik HA1 aktivno deluje. Vira brez transformatorja ni mogoče uporabiti zaradi verjetnosti električnega udara. Oksidni kondenzator C2 deluje kot dodatni močnostni filter, njegov tip je K50-35 ali podoben, za delovno napetost, ki ni nižja od napajalne napetosti.

Med delovanjem vozlišča so se pokazale zanimive lastnosti. Napajalna napetost vozlišča vpliva na njegovo delovanje: ko se napajalna napetost poveča na 15 V, se kot senzor-antena uporablja samo navadna nasedla neoklopljena električna bakrena žica s prerezom 1-2 mm in dolžino 1 m; v tem primeru zaslon in upor R1 nista potrebna, električna bakrena žica je priključena neposredno na sponki 1 in 2 elementa DD1.1. Učinek je podoben. Ko spremenite faznost omrežnega vtiča napajalnika, vozlišče katastrofalno izgubi občutljivost in lahko deluje le kot senzor (odziva se na dotik E1). To velja za vsako vrednost napajalne napetosti v območju 9-15 V. Očitno je drugi namen tega vezja navaden senzor (ali senzor-sprožilec).

Te nianse je treba upoštevati pri ponavljanju naprave. Vendar pa v primeru pravilno povezavo opisano tukaj, se izkaže za pomemben sestavni del protivlomnega alarma, ki zagotavlja varnost doma in opozori lastnike, še preden pride do nevarnosti.

Elementi so kompaktno nameščeni na ploščo iz steklenih vlaken. Ohišje naprave je kateri koli dielektrični (neprevodni) material. Za nadzor vklopa je lahko naprava opremljena z LED indikatorjem, priključenim vzporedno z virom napajanja.

Prilagoditev s strogim upoštevanjem priporočil ni potrebna. Če eksperimentirate z dolžino zaščitnega kabla, dolžino in površino senzorske antene E1 ter spreminjate napajalno napetost, boste morda morali prilagoditi upornost upora R1 v širokem razponu - od 0,1 do 100 MΩ. Če želite zmanjšati občutljivost, povečajte kapacitivnost kondenzatorja C1. Če to ne prinese rezultatov, se vzporedno s C1 poveže konstantni upor z uporom 5-10 MΩ.

riž. 2.3. kapacitivni senzor

Nepolarni kondenzator C1 - tip KM6. Fiksni upor R2 - MLT-0,25. Upor R1 - tip VS-0,5, VS-1. Tranzistor VT1 je potreben za ojačanje signala iz izhoda elementa DD1.2. Brez tega tranzistorja kapsula HA1 zveni mehko. Tranzistor VT1 lahko zamenjate s KT503, KT940, KT603, KT801 s katerim koli črkovnim indeksom.

Kapsulni oddajnik HA1 je mogoče zamenjati s podobnim z vgrajenim generatorjem 34 in delovnim tokom, ki ne presega 50 mA, na primer FMQ-2015B, KRX-1212V in podobno.

Zahvaljujoč uporabi kapsule z vgrajenim generatorjem ima enota zanimiv učinek: ko se oseba približa senzorski anteni E1, je zvok kapsule monoton, ko se oseba odmakne (ali približa osebi). , začenši z razdalje 1,5 m do E1), kapsula oddaja prekinjen zvok, ki je po naravi stabilen v skladu s spremembo potencialne ravni na izhodu elementa DD1.2. (Podoben učinek je bil osnova za prvo elektronsko glasbeni inštrument- "teremin".)

Za popolnejšo sliko o lastnostih kapacitivnega senzorja avtor priporoča branje gradiva.

Če se kot HA1 uporablja kapsula z vgrajenim generatorjem AF, na primer KRI-4332-12, bo zvok na relativno veliki razdalji od senzorske antene podoben sireni, pri največjem približevanju pa na prekinjen signal.

Nekatere pomanjkljivosti naprave lahko štejemo za pomanjkanje selektivnosti (sistem za prepoznavanje "prijatelj / sovražnik"), zato bo vozlišče signaliziralo pristop katere koli osebe do E1, vključno z lastnikom stanovanja, ki je šel "za kruh". Osnova delovanja naprave so električni prijemi in spremembe kapacitivnosti, ki so najbolj uporabni pri delovanju v velikih stanovanjskih območjih z razvito mrežo električnih komunikacij; očitno bo naprava neuporabna v gozdu, na polju in povsod tam, kjer ni električnih komunikacij.

Kaškarov A.P. 500 shem za radioamaterje. Elektronski senzorji.

Uporaba napetosti izmeničnega toka na sosednje vodnike prispeva k oddaljenemu kopičenju pozitivnih in negativnih nabojev na njih. Ustvarjajo spremenljivo elektromagnetno polje, ki je občutljivo za mnoge zunanji dejavniki, najprej na razdaljo med vodniki. To lastnost lahko uporabimo za ustvarjanje ustreznih kapacitivnih senzorjev, ki lahko nadzorujejo delovanje različne sisteme nadzor in sledenje.

Napetostne aplikacije drugačen znak, po Ampèrovem zakonu povzroči gibanje vodnikov, na katerih se nahajajo električni delci. To povzroča izmenični tok, ki jih je mogoče zaznati. Količina toka, ki teče, je določena s kapacitivnostjo, ki pa je odvisna od površine vodnikov in razdalje med njimi. Večji, bližji predmeti inducirajo več toka kot manjši, bolj oddaljeni.

Zmogljivost je določena z naslednjimi parametri:

• Narava neprevodnega dielektričnega medija, ki se nahaja med vodniki.
• Velikosti vodnikov.
• Jakost toka.

Par takšnih površin tvori plošče najpreprostejšega kondenzatorja, katerega kapacitivnost je neposredno sorazmerna s površino in dielektrično konstanto delovnega medija ter obratno sorazmerna z razdaljo med ploščama. Ob nespremenjenih dimenzijah plošč in sestavi delovnega medija med njimi bo vsaka sprememba kapacitivnosti posledica spremembe razdalje med dvema objektoma: sondo (senzorjem) in sledinim ciljem. Zadostuje samo pretvorba sprememb kapacitivnosti v fokusirane vrednosti. električna napetost, ki bo nadzoroval nadaljnja dejanja naprave. Te naprave so torej zasnovane za določanje spreminjajoče se razdalje med predmeti, pa tudi za razjasnitev narave in kakovosti površine merjenih izdelkov.

Načelo delovanja kapacitivnega senzorja

Strukturno taka naprava vključuje:

• Vir generiranja referenčne napetosti.
• Primarni krog je sonda, katere površina in dimenzije so določene z namenom merjenja.
• Sekundarno vezje, ki generira potreben električni signal.
• Zaščitno vezje, ki zagotavlja stabilnost odčitkov senzorja ne glede na zunanje moteče dejavnike.
• Elektronski ojačevalnik, katerega gonilnik generira močan krmilni signal za prožilne elemente in zagotavlja natančnost delovanja.

Kapacitivne senzorje delimo na eno in večkanalne. V slednjem primeru lahko naprava vključuje več zgornjih vezij z drugačna oblika sonde.

Gonilnik elektronike je mogoče konfigurirati kot glavni ali podrejeni. V prvi različici zagotavlja sinhronizacijo krmilnih signalov, zato se uporablja predvsem v večkanalnih sistemih. Vse naprave so občutljive na dotik, reagirajo izključno na brezkontaktne parametre.

Glavne značilnosti obravnavanih naprav so:

• Dimenzije in narava tarče – predmeta sondiranja. Zlasti ustvarja električno polje naj v obliki stožca, za katerega dimenzije mora biti vsaj 30 % večji od ustreznih dimenzij primarnega kroga;
• Merilno območje. Največja vrzel, pri kateri odčitki naprave dajejo zahtevano natančnost, je približno 40%. uporabno površino primarni krog;
• Natančnost meritev. Kalibracija odčitka običajno zmanjša obseg, vendar poveča natančnost. Zato, manjši kot je senzor, bližje ga je treba namestiti nadzorovanemu objektu.

Lastnosti senzorjev niso odvisne od materiala predmeta, pa tudi od njegove debeline

Kako kondenzator postane senzor?

V tem primeru sta vzrok in posledica obratna. Ko na vodnik deluje napetost, se na vsaki površini oblikuje električno polje. Pri kapacitivnem senzorju se merilna napetost dovaja na občutljivo območje sonde, za natančne meritve pa mora biti električno polje iz sondiranega območja vsebovano natančno v prostoru med sondo in tarčo.

Za razliko od običajnega kondenzatorja se lahko pri delovanju kapacitivnih senzorjev električno polje razširi na druge predmete (ali na njihova ločena področja). Rezultat tega bo, da bo sistem tako sestavljeno polje prepoznal kot več ciljev. Da se to ne bi zgodilo, sta hrbtna in stranska stran občutljivega območja obdana z drugim vodnikom, ki se vzdržuje na enaki napetosti kot občutljivo območje samo.

Ko je uporabljena referenčna napajalna napetost, ločeno vezje uporabi popolnoma enako napetost za zaščito senzorja. Če med območjem občutljivosti in zaščitnim območjem ni razlike v vrednostih napetosti, med njima ni električnega polja. Tako lahko izvorni signal prihaja le z nezaščitenega roba primarnega vezja.

Za razliko od kondenzatorja bo na delovanje kapacitivnega senzorja vplivala gostota materiala predmeta, saj bo to motilo enakomernost generiranega električnega polja.

Težave z merjenjem

Za predmete kompleksna konfiguracija Zahtevano natančnost je mogoče doseči pod številnimi pogoji. Na primer, pri večkanalnem sondiranju mora biti vzbujevalna napetost za vsako sondo sinhronizirana, sicer se bosta sondi medsebojno motili: ena sonda bo poskušala povečati električno polje, druga pa ga bo zmanjšala, kar bo dalo napačno branja. Zato je pomemben omejitveni pogoj zahteva, da se meritve izvajajo pod enakimi pogoji, v katerih je bil senzor tovarniško umerjen. Če vrednotimo signal s spreminjanjem razdalje med sondo in tarčo, morajo imeti vsi ostali parametri konstantne vrednosti.

Te težave se premagajo z naslednjimi metodami:

• Optimiziranje velikosti merjenega predmeta: manjša kot je tarča, večja je verjetnost, da se bo občutljivost polja razširila vstran, kar bo povzročilo povečanje merilne napake.
• Izvajanje kalibracije samo na tarči z ravnimi dimenzijami.
• Zmanjšanje hitrosti ciljnega skeniranja, zaradi česar sprememba narave površine ne bo vplivala na končne odčitke.
• Med kalibracijo mora biti sonda nameščena enako oddaljeno od ciljne površine (vzporedno z ravne površine); to je pomembno za visoko občutljive senzorje.
• Država zunanje okolje: večina kapacitivnih senzorjev na dotik deluje stabilno v temperaturnem območju 22 ... 35 0 С: v tem primeru so napake minimalne
  ny in ne presegajo 0,5 % celotne merilne lestvice.

Vendar pa obstajajo težave, ki jih ni mogoče odpraviti. Med njimi je faktor toplotnega raztezanja/krčenja materiala, tako senzorja kot nadzorovanega predmeta. Drugi dejavnik je električni šum senzorja, ki ga povzroči nihanje napetosti gonilnika naprave.

Blokovni diagram delovanja

Ker kapacitivni senzor ni usmerjen, meri nekaj kapacitivnosti predmetov, ki so stalno prisotni v okolju. Zato neznane predmete zazna kot povečanje te zmogljivosti v ozadju. Je veliko večja od zmogljivosti predmeta in se nenehno spreminja v velikosti. Zato se obravnavane naprave uporabljajo za zaznavanje sprememb v okolju in ne za zaznavanje absolutne prisotnosti ali odsotnosti neznanega predmeta.

Ko se tarča približa sondi, vrednost električni naboj ali spremembe kapacitivnosti, ki jih določi elektronski del senzorja. Rezultat se lahko prikaže na zaslonu ali plošči na dotik.

Za merjenje je naprava priključena na tiskano vezje s krmilnikom na dotik. Senzorji so opremljeni z gumbi za upravljanje. S katerim lahko vklopite več sond hkrati.

Zasloni na dotik uporabljajo senzorje z elektrodami, razporejenimi v vrsticah in stolpcih. Nahajajo se na nasprotnih straneh glavne plošče ali na ločenih ploščah, ki so med seboj ločene z dielektričnimi elementi. Krmilnik kroži skozi različne sonde, da najprej ugotovi, katere vrstice se je dotaknil (smer Y) in nato katerega stolpca (smer X). Sonde so pogosto izdelane iz prozorne plastike, kar poveča informativnost merilnega rezultata.

Uporaba LC filtrov

Namenski analogni vmesnik pretvori signal iz kapacitivnega senzorja v digitalno vrednost, primerno za nadaljnjo obdelavo. To občasno meri izhod senzorja in ustvari pogonski signal za polnjenje senzorske plošče. Hitrost vzorčenja na izhodu senzorja je relativno nizka, manj kot 500 vzorcev na sekundo, vendar je potrebna ločljivost A/D pretvorbe, da se zajamejo majhne razlike v kapacitivnosti.

V kapacitivnem merilniku stopničasta valovna oblika vzbujanja napolni senzorsko elektrodo. Nato se naboj prenese v vezje in meri z analogno-digitalnim pretvornikom.

Ena od težav s kapacitivnim zaznavanjem (kot že omenjeno) je prisotnost tujega šuma. Učinkovit način Izboljšanje odpornosti proti hrupu je sprememba senzorja s priključitvijo frekvenčno občutljive komponente. Poleg elementa spremenljivega kondenzatorja sta senzorju dodana dodaten kondenzator in induktor, ki tvorita resonančno vezje. Ozkopasovni odziv omogoča zatiranje električnega šuma. Kljub preprostosti LC vezja njegova prisotnost zagotavlja številne operativne prednosti. Prvič, zaradi svojih inherentnih ozkopasovnih značilnosti LC resonator zagotavlja odlično odpornost na elektromagnetne motnje. Drugič, če je znano frekvenčno območje, v katerem obstaja hrup, potem lahko zamik delovne frekvence senzorja filtrira te vire hrupa brez uporabe zunanjega vezja.

LC filtri se pogosteje uporabljajo v večkanalnih senzorjih.

Aplikacije

Te naprave se uporabljajo za naslednje namene:

• Za odkrivanje plastike in drugih izolatorjev.
• V alarmnih sistemih pri ugotavljanju dejstva gibanja v nadzorovanem območju.
• kot komponento varnostne naprave avtomobili.
• Za določitev površinske obdelave materialov po strojni obdelavi.
• Za določitev nivoja tekočih ali plinastih medijev v zaprtih rezervoarjih.
• Pri nameščanju sistemov za samodejni vklop / izklop svetilk.

V vseh primerih so kapacitivni senzorji predmet obvezne kalibracije v tovarni ali drugih specializiranih pogojih.

Sheme naredi sam

Za organizacijo upravljanja na dotik je enostavno ustvariti kapacitivni senzor na osnovi kondenzatorja in para uporov. Ob dotiku žic se nabira električni naboj, s prilagajanjem vrednosti katerega lahko spremenite čas polnjenja/praznjenja. Ta shema se lahko uporablja za nadzor namizna svetilka ali drugo svetilko. Vezje mora vsebovati elektronski komparator, ki bo čas polnjenja kondenzatorja primerjal z referenčno (pražno) vrednostjo in izdal ustrezen krmilni signal.

Elektronska vezja, krmiljena na dotik, so za uporabnika bolj interaktivna kot tradicionalna, zato jih je mogoče učinkovito uporabiti za preklapljanje moči. Kapacitivnost kondenzatorja določa raven občutljivosti: ko se kapacitivnost povečuje, se občutljivost povečuje, vendar je za napajanje naprave potrebna večja moč in krajši odzivni čas. Za indikacijo lahko uporabite običajno LED.

Senzorji bližine so kapacitivni, ultrazvočni, optični. Avtor Instrictables pod vzdevkom Electro maker se je domislil preprostega optičnega senzorja bližine. Neprijetno je samo zato, ker tok skozi infrardečo LED ni na noben način moduliran, fotodioda pa se ustrezno odziva na neprekinjeno sevanje in zahteva zaščito pred drugimi svetlobnimi viri (na primer cev). Diagram naprave je prikazan spodaj:

Mojster izbere komponente za domače. Infrardeča LED in fotodioda:

Fiksni upori:

Trimer upor:

Operacijski ojačevalnik LM358:

Vidna LED:

Plošča za mikrovezje (izbirno):

Namesto LED lahko priključite brenčalo z vgrajenim generatorjem, potem ustrezen upor postane nepotreben:

Visokotonec brez vgrajenega generatorja je primeren tudi, če z lastnimi rokami sestavite zunanji generator zvočne frekvence. Na takšni plošči, kot je perfboard, je dovolj prostora:

Če ste obšli več fiksnih cen in so vsi ostali brez večnih gibalcev, boste morali uporabiti enostavnejši vir energije:

Po namestitvi komponent na ploščo jih poveljnik poveže po shemi spajkanja:

Fotodioda in obe LED diodi ter baterija (ali napajalnik) morajo biti priključeni v polarnosti, ki je navedena na diagramu, mikrovezje mora biti pravilno usmerjeno. Razvijalec je naletel na prozorno infrardečo LED in črno fotodiodo, vendar se zgodi obratno. Baterija, upor in kateri koli telefon s kamero bodo pomagali ugotoviti, kateri je kateri.

Fotodioda in upor 10 kΩ tvorita delilnik napetosti. Pri osvetlitvi s fotodiodo infrardeči žarki, ki se odraža, na primer z roko, se poveča napetost na mestu povezave operacijskega ojačevalnika z delilnikom. Op-amp je povezan tako, da deluje kot primerjalnik. Primerja napetost, ki prihaja iz delilnika, z napetostjo, ki prihaja iz gibljivega zatiča prirezovalnika. Tako je mogoče prilagoditi prag senzorja, po eni strani odpraviti lažne pozitivne rezultate, po drugi strani pa zagotoviti zanesljivo zaznavanje bližine.

Z nastavitvijo praga čarovnik preveri delovanje senzorja.

Kapacitivni senzor je ena od vrst brezkontaktnih senzorjev, katerih princip delovanja temelji na spremembi dielektrične konstante medija med dvema kondenzatorskima ploščama. Ena plošča je senzor vezja v obliki kovinske plošče ali žice, druga pa je električno prevodna snov, kot je kovina, voda ali človeško telo.

Pri razvoju sistema za samodejni vklop dovoda vode v straniščno školjko za bide je postalo potrebno uporabiti kapacitivni senzor prisotnosti in stikalo z visoko zanesljivostjo, odpornostjo na spremembe zunanje temperature, vlažnosti, prahu in napajalne napetosti. Prav tako sem želel odpraviti potrebo, da se oseba dotakne kontrolnikov sistema. Zahteve bi lahko zagotovili le senzorska vezja, ki delujejo na principu spremembe kapacitivnosti. Nisem našel pripravljene sheme, ki bi izpolnjevala potrebne zahteve, moral sem jo razviti sam.

Rezultat je bil univerzalni kapacitivni senzor na dotik, ki ne zahteva prilagajanja in se odziva na približevanje električno prevodnih predmetov, vključno z osebo, na razdalji do 5 cm, obseg predlaganega senzorja na dotik pa ni omejen. Uporablja se lahko na primer za vklop razsvetljave, alarmnih sistemov, zaznavanje nivoja vode in v številnih drugih primerih.

Sheme električnih vezij

Za nadzor pretoka vode v straniščnem bideju sta bila potrebna dva kapacitivna senzorja na dotik. En senzor je bilo treba namestiti neposredno na stranišče, v prisotnosti osebe je moral oddajati signal logične ničle, v odsotnosti pa signal logične enote. Drugi kapacitivni senzor naj bi služil kot vodno stikalo in bil v enem od dveh logičnih stanj.

Ko je bila roka približana senzorju, je moral senzor na izhodu spremeniti logično stanje - iz začetnega enojnega stanja v stanje logične ničle, ob ponovnem dotiku roke iz ničelnega stanja v stanje logičnega enega. In tako naprej do neskončnosti, dokler senzorsko stikalo ne prejme signala omogočitve logične ničle od senzorja prisotnosti.

Kapacitivno vezje senzorja na dotik

Osnova vezja kapacitivnega senzorja prisotnosti na dotik je glavni pravokotni generator, izdelan po klasična shema na dveh logičnih elementih čipa D1.1 in D1.2. Frekvenca oscilatorja je določena z vrednostmi elementov R1 in C1 in je izbrana pri približno 50 kHz. Vrednost frekvence praktično ne vpliva na delovanje kapacitivnega senzorja. Spremenil sem frekvenco iz 20 na 200 kHz in vizualno nisem opazil nobenega vpliva na delovanje naprave.

Z izhodnim D1.2 signalom s 4 čipi pravokotne oblike skozi upor R2 vstopi v vhode 8, 9 čipa D1.3 in skozi spremenljivi upor R3 na vhode 12.13 D1.4. Signal prispe na vhod čipa D1.3 z rahlo spremembo naklona impulzne fronte zaradi nameščenega senzorja, ki je kos žice ali kovinske plošče. Na vhodu D1.4 se zaradi kondenzatorja C2 fronta spremeni za čas, potreben za ponovno polnjenje. Zaradi prisotnosti nastavitvenega upora R3 je možno nastaviti impulzne fronte na vhodu D1.4 enake impulzni fronti na vhodu D1.3.

Če roko ali kovinski predmet približate anteni (senzorju), se bo kapacitivnost na vhodu mikrovezja DD1.3 povečala in sprednji del dohodnega impulza bo časovno zakasnjen glede na sprednji del impulza prihaja na vhod DD1.4. da bi "ujeli" to zakasnitev, se v čip DD2.1, ki je D flip-flop, dovaja približno invertirane impulze, ki delujejo na naslednji način. Na pozitivnem robu impulza, ki pride na vhod mikrovezja C, se signal, ki je bil v tistem trenutku na vhodu D, prenese na izhod sprožilca.Če se torej signal na vhodu D ne spremeni, se vhodni impulzi na štetnem vhodu C ne vplivajo na nivo izhodnega signala. Ta lastnost sprožilca D je omogočila izdelavo preprostega kapacitivnega senzorja na dotik.

Ko se kapacitivnost antene, zaradi pristopa človeškega telesa k njej, na vhodu DD1.3 poveča, se impulz zakasni in to se določi s sprožilcem D, ki spremeni njegovo izhodno stanje. LED HL1 služi za prikaz prisotnosti napajalne napetosti, HL2 pa za prikaz bližine senzorja za dotik.

Vezje stikala na dotik

Vezje kapacitivnega senzorja na dotik se lahko uporablja tudi za upravljanje stikala na dotik, vendar z malo izboljšave, saj se mora ne samo odzvati na približevanje človeškega telesa, ampak tudi ostati v stabilnem stanju po odstranitvi roke. . Da bi rešili to težavo, je bilo treba na izhod senzorja za dotik dodati še en D sprožilec, DD2.2, povezan po vezju delilnika na dva.

Vezje kapacitivnega senzorja je nekoliko spremenjeno. Za odpravo lažnih pozitivnih rezultatov, saj lahko oseba počasi prinese in odstrani roko, zaradi prisotnosti motenj lahko senzor oddaja več impulzov na štetni vhod D sprožilca, kar krši potreben algoritem delovanja stikala. Zato je bila dodana RC veriga elementov R4 in C5, ki je za kratek čas blokirala možnost preklopa D sprožilca.

Sprožilec DD2.2 deluje na enak način kot DD2.1, vendar se signal na vhod D ne dovaja iz drugih elementov, temveč iz inverznega izhoda DD2.2. Posledično se na pozitivnem robu impulza, ki pride na vhod C, signal na vhodu D spremeni v nasprotno. Na primer, če je bila v začetnem stanju na pin 13 logična ničla, se bo sprožilec preklopil, ko enkrat približate roko senzorju in na pin 13 bo nastavljena logična enota. Ko naslednjič ukrepamo na senzor, bo na pin 13 spet nastavljena logična ničla.

Za blokiranje stikala v odsotnosti osebe na stranišču se logična enota napaja iz senzorja na vhod R (nastavitev ničle na izhodu sprožilca, ne glede na signale na vseh njegovih drugih vhodih) mikrovezja DD2.2 . Na izhodu kapacitivnega stikala je nastavljena logična ničla, ki se skozi snop napaja na osnovo ključnega tranzistorja za vklop elektromagnetnega ventila v napajalni in stikalni enoti.

Upor R6 v odsotnosti blokirnega signala kapacitivnega senzorja v primeru njegove okvare ali prekinitve krmilne žice blokira sprožilec na vhodu R in s tem odpravi možnost spontanega dovoda vode v bide. Kondenzator C6 ščiti vhod R pred motnjami. LED HL3 služi za prikaz dotoka vode v bideju.

Zgradba in podrobnosti kapacitivnih senzorjev na dotik

Ko sem začel načrtovati bide senzorski sistem, se mi je zdela najtežja naloga razvoj kapacitivnega senzorja prisotnosti. To je bilo posledica številnih omejitev glede namestitve in delovanja. Nisem želel, da bi bil senzor mehansko povezan s straniščnim pokrovom, saj ga je treba občasno odstraniti za pranje in ni motil sanacija samo stranišče. Zato sem za reakcijski element izbral kapacitivnost.

Senzor prisotnosti

Po zgoraj objavljeni shemi sem naredil prototip. Detajli kapacitivnega senzorja so sestavljeni na tiskanem vezju, plošča je nameščena v plastični škatli in zaprta s pokrovom. Za priključitev antene je v ohišju nameščen enopolni konektor, za napajanje napajalne napetosti in signala pa štiripolni konektor RSh2N. PCB je povezan s spajkanimi konektorji bakrenih vodnikov v izolaciji iz PTFE.

Kapacitivni senzor na dotik je sestavljen na dveh mikrovezjih serije KR561, LE5 ​​​​in TM2. Namesto čipa KR561LE5 lahko uporabite KR561LA7. Primerni so tudi čipi serije 176, uvoženi analogi. Upori, kondenzatorji in LED bodo ustrezali kateri koli vrsti. Kondenzator C2, za stabilno delovanje kapacitivnega senzorja pri delovanju v pogojih velikih temperaturnih nihanj okolju morate vzeti z majhnim TKE.

Senzor je nameščen pod straniščno ploščadjo, na katero je nameščen cisterna na mestu, kamor v primeru puščanja iz rezervoarja voda ne more priti. Telo senzorja se na straniščno školjko prilepi z dvostranskim lepilnim trakom.

Senzor antene kapacitivnega senzorja je kos bakra nasedla žica 35 cm dolžine v PTFE izolaciji prilepljen s prozornim lepilnim trakom na zunanjo steno WC školjke centimeter pod ravnino stekel. Senzor je dobro viden na fotografiji.

Če želite prilagoditi občutljivost senzorja na dotik, morate po namestitvi na stranišče spremeniti upornost nastavitvenega upora R3, da LED HL2 ugasne. Nato položite roko na straniščni pokrov nad lokacijo senzorja, LED HL2 mora zasvetiti, če odstranite roko, ugasnite. Ker človeško stegno po masi več rok, potem bo med delovanjem senzor na dotik po takšni nastavitvi deloval zagotovljeno.

Zasnova in podrobnosti kapacitivnega stikala na dotik

Vezje kapacitivnega stikala na dotik ima več podrobnosti in za njihovo namestitev je bilo potrebno večje ohišje, iz estetskih razlogov pa videz ohišje, v katerem je bil nameščen senzor prisotnosti, ni bilo preveč primerno za namestitev na vidno mesto. Nase je opozorila stenska vtičnica za priklop telefona rj-11. Prilega se velikosti in dobro izgleda. Ko sem iz vtičnice odstranil vse odvečno, sem vanjo položil tiskano vezje kapacitivnega stikala na dotik.

Za pritrditev tiskano vezje na dno ohišja smo namestili kratko stojalo in nanj z vijakom privili tiskano vezje z deli stikala na dotik.

Senzor kapacitivnega senzorja je bil izdelan tako, da je bil medeninast list prilepljen na dno pokrova vtičnice z lepilom Moment, potem ko je bil v njih izrezan okno za LED. Ko je pokrov zaprt, pride vzmet (iz vžigalnika na kresilni kamen) v stik z medeninasto pločevino in tako zagotovi električni stik med vezjem in senzorjem.

Kapacitivno stikalo na dotik je pritrjeno na steno z enim samoreznim vijakom. Za to je v telesu predvidena luknja. Nato se namesti plošča, konektor in pritrdi pokrov z zapahi.

Nastavitev kapacitivnega stikala je praktično enaka nastavitvi zgoraj opisanega senzorja prisotnosti. Za konfiguracijo morate uporabiti napajalno napetost in prilagoditi upor, tako da LED HL2 zasveti, ko roko približate senzorju, in ugasne, ko jo odstranite. Nato morate aktivirati senzor za dotik in prinesti in odstraniti roko do senzorja stikala. LED HL2 bi morala utripati, rdeča LED HL3 pa bi morala svetiti. Ko roko odstranite, mora rdeča LED lučka ostati prižgana. Ko ponovno dvignete roko ali telo odstranite s senzorja, mora LED HL3 ugasniti, to je izklopiti dovod vode v bideju.

Univerzalni PCB

Zgoraj predstavljeni kapacitivni senzorji so sestavljeni na tiskanih vezjih, ki se nekoliko razlikujejo od tiskanega vezja, prikazanega na spodnji fotografiji. To je posledica kombinacije obeh tiskanih vezij v eno univerzalno. Če sestavite stikalo na dotik, morate izrezati le tir številka 2. Če sestavite senzor prisotnosti, se tir številka 1 odstrani in vsi elementi niso nameščeni.

Elementi, ki so potrebni za delovanje stikala na dotik, a motijo ​​delovanje senzorja prisotnosti, R4, C5, R6, C6, HL2 in R4, niso vgrajeni. Namesto R4 in C6 so spajkani žični mostički. Veriga R4, C5 lahko ostane. To ne bo vplivalo na delo.

Spodaj je prikazana risba tiskanega vezja za narebričenje s termično metodo nanašanja tirnic na folijo.

Dovolj je, da risbo natisnete na sijajni papir ali pavs papir in predloga je pripravljena za izdelavo tiskanega vezja.

Nemoteno delovanje kapacitivnih senzorjev za sistem krmiljenja dotoka vode v bideju na dotik je dokazano v praksi s tremi leti neprekinjenega delovanja. Zabeležene niso bile nobene napake.

Vendar želim opozoriti, da je vezje občutljivo na močan impulzni hrup. Prejel sem e-poštno sporočilo s prošnjo za pomoč pri nastavitvi. Izkazalo se je, da je bil med odpravljanjem napak vezja v bližini spajkalnik s tiristorskim regulatorjem temperature. Po izklopu spajkalnika je vezje delovalo.

Bil je še en primer. Kapacitivni senzor je bil nameščen v svetilki, ki je bila priključena na isto vtičnico kot hladilnik. Ko ga prižgeš se lučka prižge in ko ga ugasneš spet. Težavo smo rešili s priključitvijo svetilke na drugo vtičnico.

Prišlo je pismo o uspešni uporabi opisanega kapacitivnega senzorskega vezja za uravnavanje nivoja vode v plastičnem hranilniku. V spodnjem in zgornjem delu je bila polepljena s silikonom po senzorju, ki je krmilil vklop in izklop električne črpalke.