Емкостной датчик схема: Емкостной датчик схема своими руками. Собираем датчик движения для включения света. Приступаем к сборке

Емкостной сенсорный датчик, электрическая схема, печатная плата

Емкостной датчик – это один из типов бесконтактных датчиков, принцип работы которого основан на изменении диэлектрической проницаемости среды между двух обкладок конденсатора. Одной обкладкой служит сенсорный датчик схемы в виде металлической пластины или провода, а второй – электропроводящее вещество, например, металл, вода или тело человека.

Вместо предлагаемого в этой статье самодельного емкостного сенсорного датчика в настоящее время целесообразно установить выключатель, сделанный на основе заводского модуля сенсорного датчика. Инструкция по его изготовлению и установке приведена в статье «Как сделать емкостной сенсорный включатель биде из готового модуля».

При разработке системы автоматического включения подачи воды в унитаз для биде возникла необходимость применения емкостного датчика присутствия и выключателя, обладающих высокой надежностью, устойчивостью к изменению внешней температуры, влажности, пыли и питающему напряжению. Хотелось также исключить необходимость прикосновения человека с органами управления системы. Предъявляемые требования могли обеспечить только схемы сенсорных датчиков, работающих на принципе изменения емкости. Готовой схемы удовлетворяющей необходимым требованиям не нашел, пришлось разработать самостоятельно.

Получился универсальный емкостной сенсорный датчик, который не требует настройки и реагирует на приближающиеся электропроводящие предметы, в том числе и человека, на расстояние до 5 см. Область применения предлагаемого сенсорного датчика не ограничена. Его можно применять, например, для включения освещения, систем охранной сигнализации, определения уровня воды и в многих других случаях.

Электрические принципиальные схемы

Для управления подачей воды в биде унитаза понадобилось два емкостных сенсорных датчика. Один датчик нужно было установить непосредственно на унитазе, он должен был выдавать сигнал логического нуля при присутствии человека, а при отсутствии сигнал логической единицы. Второй должен был служить включателем воды и находиться в одном из двух логических состояний.

При поднесении к сенсору руки датчик должен был менять логическое состояние на выходе – из исходного единичного состояния переходить в состояние логического нуля, при повторном прикосновении руки из нулевого состояния переходить в состояние логической единицы. И так до бесконечности, пока на сенсорный включатель поступает разрешающий сигнал логического нуля с датчика присутствия.

Схема емкостного сенсорного датчика

Основой схемы емкостного сенсорного датчика присутствия является задающий генератор прямоугольных импульсов, выполненный по классической схеме на двух логических элементах микросхемы D1.1 и D1.2. Частота генератора определяется номиналами элементов R1 и C1 и выбрана около 50 кГц. Значение частоты на работу емкостного датчика практически не влияет. Я менял частоту от 20 до 200 кГц и влияния на работу устройства визуально не заметил.

С 4 вывода микросхемы D1. 2 сигнал прямоугольной формы через резистор R2 поступает на входы 8, 9 микросхемы D1.3 и через переменный резистор R3 на входы 12,13 D1.4. На вход микросхемы D1.3 сигнал поступает с небольшим изменением наклона фронта импульсов из-за установленного датчика, представляющего собой кусок провода или металлическую пластину. На входе D1.4, из за конденсатора С2, фронт изменяется на время, необходимое для его перезаряда. Благодаря наличию подстроечного резистора R3, есть возможность фронты импульса на входе D1.4, выставить равным фронту импульса на входе D1.3.

Если приблизить к антенне (сенсорному датчику) руку или металлический предмет, то емкость на входе микросхемы DD1.3 увеличится и фронт поступающего импульса задержатся во времени, относительно фронта импульса, поступающего на вход DD1.4. чтобы «уловить» эту задержку про инвертированные импульсы подаются на микросхему DD2.1, представляющую собой D триггер, работающий следующим образом. По положительному фронту импульса, поступающего на вход микросхемы C, на выход триггера передается сигнал, который в тот момент был на входе D. Следовательно, если сигнал на входе D не изменяется, поступающие импульсы на счетный вход C не оказывают влияния на уровень выходного сигнала. Это свойство D триггера и позволило сделать простой емкостной сенсорный датчик.

Когда емкость антенны, из за приближения к ней тела человека, на входе DD1.3 увеличивается, импульс задерживается и это фиксирует D триггер, изменяя свое выходное состояние. Светодиод HL1 служит для индикации наличия питающего напряжения, а HL2 для индикации приближения к сенсорному датчику.

Схема сенсорного включателя

Схему емкостного сенсорного датчика можно использовать и для работы сенсорного включателя, но с небольшой доработкой, так как ему необходимо не только реагировать на приближение тела человека, но и оставаться в установившемся состоянии после удаления руки. Для решения этой задачи пришлось к выходу сенсорного датчика добавить еще один D триггер, DD2.2, включенный по схеме делителя на два.

Схема емкостного датчика была немного доработана. Для исключения ложных срабатываний, так как человек может подносить и удалять руку медленно, из-за наличия помех датчик может выдавать на счетный вход D триггера несколько импульсов, нарушая необходимый алгоритм работы включателя. Поэтому была добавлена RC цепочка из элементов R4 и C5, которая на небольшое время блокировала возможность переключение D триггера.

Триггер DD2.2 работает так же, как и DD2.1, но сигнал на вход D подается не с других элементов, а с инверсного выхода DD2.2. В результате по положительному фронту импульса, приходящего на вход С сигнал на входе D изменяется на противоположный. Например, если в исходном состоянии на выводе 13 был логический ноль, то поднеся руку к сенсору один раз, триггер переключится и на выводе 13 установится логическая единица. При следующем воздействии на сенсор, на выводе 13 опять установится логический ноль.

Для блокировки включателя при отсутствии человека на унитазе, с сенсора на вход R (установка нуля на выходе триггера вне зависимости от сигналов на всех остальных его входах) микросхемы DD2. 2 подается логическая единица. На выходе емкостного выключателя устанавливается логический ноль, который по жгуту подается на базу ключевого транзистора включения электромагнитного клапана в Блоке питания и коммутации.

Резистор R6, при отсутствии блокирующего сигнала с емкостного датчика в случае его отказа или обрыва управляющего провода, блокирует триггер по входу R, тем самым исключает возможность самопроизвольной подачи воды в биде. Конденсатор С6 защищает вход R от помех. Светодиод HL3 служит для индикации подачи воды в биде.

Конструкция и детали емкостных сенсорных датчиков

Когда я начал разрабатывать сенсорную систему подачи воды в биде, то наиболее трудной задачей мне казалась разработка емкостного датчика присутствия. Обусловлено это было рядом ограничений по установке и эксплуатации. Не хотелось, чтобы датчик был механически связан с крышкой унитаза, так как ее периодически надо снимать для мойки, и не мешал при санитарной обработке самого унитаза. Поэтому и выбрал в качестве реагирующего элемента емкость.

Конструкция сенсорного датчика присутствия

По выше опубликованной схеме сделал опытный образец. Детали емкостного датчика собраны на печатной плате, плата размещена в пластмассовой коробке и закрывается крышкой. Для подключения антенны в корпусе установлен одноштырьковый разъем, для подачи питающего напряжения и сигнала установлен четырех контактный разъем РШ2Н. Соединена печатная плата с разъемами пайкой медными проводниками в фторопластовой изоляции.

Сенсорный емкостной датчик собран на двух микросхемах КР561 серии, ЛЕ5 и ТМ2. Вместо микросхемы КР561ЛЕ5 можно применить КР561ЛА7. Подойдут и микросхемы 176 серии, импортные аналоги. Резисторы, конденсаторы и светодиоды подойдут любого типа. Конденсатор С2, для стабильной работы емкостного датчика при эксплуатации в условиях больших колебаниях температуры окружающей среды нужно брать с малым ТКЕ.

Установлен датчик под площадкой унитаза, на которой установлен сливной бачок в месте, куда в случае протечки из бачка вода попасть не сможет. К унитазу корпус датчика приклеен с помощью двустороннего скотча.

Антенный датчик емкостного сенсора представляет собой отрезок медного многожильного провода длинной 35 см в изоляции из фторопласта, приклеенного с помощью прозрачного скотча к внешней стенке чаши унитаза на сантиметр ниже плоскости очка. На фотографии сенсор хорошо виден.

Для настройки чувствительности сенсорного датчика необходимо после его установки на унитаз, изменяя сопротивление подстроечного резистора R3 добиться, чтобы светодиод HL2 погас. Далее положить руку на крышку унитаза над местом нахождения сенсора, светодиод HL2 должен загораться, если руку убрать, потухнуть. Так как бедро человека по массе больше руки, то при эксплуатации сенсорный датчик, после такой настройки, будет работать гарантировано.

Конструкция и детали емкостного сенсорного включателя

Схема емкостного сенсорного включателя имеет больше деталей и для их размещения понадобился корпус большего размера, да и по эстетическим соображениям, внешний вид корпуса, в котором был размещен сенсорный датчик присутствия не очень подходил для установки на видном месте. Внимание на себя обратила настенная розетка rj-11 для подключения телефона. По размерам она подходила и имела хороший внешний вид. Удалив из розетки все лишнее, разместил в ней печатную плату емкостного сенсорного выключателя.

Для закрепления печатной платы в основании корпуса была установлена короткая стойка и к ней с помощью винта прикручена печатная плата с деталями сенсорного выключателя.

Датчик емкостного сенсора сделал, приклеив ко дну крышки розетки клеем «Момент» лист латуни, предварительно вырезав в них окошко для светодиодов. При закрывании крышки, пружина (взята от кремниевой зажигалки) соприкасается с латунным листом и таким образом обеспечивается электрический контакт между схемой и сенсором.

Крепится емкостной сенсорный включатель на стену с помощью одного самореза. Для этого в корпусе предусмотрено отверстие. Далее устанавливается плата, разъем и закрепляется защелками крышка.

Настройка емкостного выключателя практически не отличается от настройки сенсорного датчика присутствия, описанного выше. Для настройки нужно подать питающее напряжение и резистором отрегулировать, чтобы светодиод HL2 загорался, когда к датчику подносится рука, и гас, при ее удалении. Далее нужно активировать сенсорный датчик и поднести и удалить руку к сенсору выключателя. Должен мигнуть светодиод HL2 и загореться красный светодиод HL3. При удалении руки красный светодиод должен продолжать светиться. При повторном поднесении руки или удалении тела от датчика, светодиод HL3 должен погаснуть, то есть выключить подачу воды в биде.

Универсальная печатная плата

Представленные выше емкостные датчики собраны на печатных платах, несколько отличающихся от печатной платы приведенной ниже на фотографии. Это связано с объединением обеих печатных плат в одну универсальную. Если собирать сенсорный включатель, то необходимо только перерезать дорожку под номером 2. Если собирать сенсорный датчик присутствия, то удаляется дорожка номер 1 и не все элементы устанавливаются.

Не устанавливаются элементы, необходимые для работы сенсорного включателя, но мешающие работе датчика присутствия, R4, С5, R6, С6, HL2 и R4. Вместо R4 и С6 запаиваются проволочные перемычки. Цепочку R4, С5 можно оставить. Она не будет влиять на работу.

Ниже приведен рисунок печатной платы для накатки при использовании термического метода нанесения на фольгу дорожек.

Достаточно распечатать рисунок на глянцевой бумаге или кальке и шаблон готов для изготовления печатной платы.

Безотказная работа емкостных датчиков для сенсорной системы управления подачи воды в биде подтверждена на практике в течении трех лет постоянной эксплуатации. Сбоев в работе не зафиксировано.

Однако хочу заметить, что схема чувствительна к мощным импульсным помехам. Мне приходило письмо о помощи в настройке. Оказалось, что во время отладки схемы рядом находился паяльник с тиристорным регулятором температуры. После выключения паяльника схема заработала.

Еще был такой случай. Емкостной датчик был установлен в светильник, который подключался в одну розетку с холодильником. При его включении свет включался и при повторном выключался. Вопрос был решен подключением светильника в другую розетку.

Приходило письмо об успешном применении описанной схемы емкостного датчика для регулировки уровня воды в накопительном баке из пластика. В нижней и верхней части было приклеено силиконом по датчику, которые управляли включением и выключением электрического насоса.

Схема емкостного датчика на микросхеме K561TЛ1 (CD4093B)

Сегодня никого не удивишь различными по назначению и эффективности электронными устройствами превентивного предупреждения, которые оповещают людей или включают охранную сигнализацию задолго до непосредственного контакта нежелательного гостя с охраняемым рубежом (территорией). Многие из таких узлов, описанных в литературе, например в [48], по мнению автора, интересны, но усложнены.

В противовес им разработана простая электронная схема бесконтактного емкостного датчика (рис. 2.2), собрать которую по силам даже начинающему радиолюбителю. Устройство имеет высокую чувствительность по входу, что позволяет использовать его для предупреждения о приближении человека к сенсору Е1.

Принцип действия устройства основан на изменении емкости между сенсором-антенной Е1 и «землей» (общим проводом: всем тем, что соотносится к заземляющему контуру, — в данном случае это пол и стеніі помещения). При приближении человека эта емкость существенно изменяется, что оказывается достаточным для срабатывания микросхемы K561TЛ1.

 

Рис. 2.2. Электрическая схема бесконтактного емкостного датчика

В основе конструкции — два элемента микросхемы K561TЛ1 (DD1), включенные как инверторы. Эта микросхема имеет в своем составе четыре однотипных элемента с функцией 2И-НЕ с триггерами Шмита с гистерезисом (задержкой) на входе и инверсией по выходу.

Применение микросхемы K561TЛ1 обусловлено малым потреблением тока, высокой помехозащищенностью (до 45 % от уровня напряжения питания), работой в широком диапазоне питающего напряжения (в диапазоне 3—15 В), защищенностью по входу от статического электричества и кратковременного превышения входных уровней, и многими другими достоинствами, которые позволяют широко использовать микросхему в радиолюбительских конструкциях, не требуя каких-либо особых мер предосторожности и защиты.

Кроме того, микросхема K561TЛ1 позволяет включать свои независимые логические элементы параллельно, в качестве буферных элементов, вследствие чего мощность выходного сигнала пропорционально увеличивается. Триггеры Шмита—бистабильные схемы, способные работать с медленно возрастающими входными сигналами, в том числе с примесью помех. При этом обеспечивающие по выходу крутые фронты импульсов можно передавать в последующие узлы схемы для стыковки с другими ключевыми элементами и микросхемами. Микросхема K561TЛ (как, впрочем, и K561TЛ2) могут выделять управляющий сигнал (в том числе цифровой) для других устройств из аналогового или нечеткого входного импульса.

Зарубежный аналог К561ТЛ1 — CD4093B.

Схема включения инверторов — классическая, она описана в справочных изданиях. Особенность представленной разработки — в конструктивных нюансах. После включения питания на входе элемента DD1.1 присутствует неопределенное состояние, близкое к низкому логическому уровню. На выходе DD1. 1 — высокий уровень, на выходе DD1.2 — опять низкий. Транзистор VT1 закрыт. Пьезоэлектрический капсюль НАІ (с внутренним генератором ЗЧ) не активен.

К сенсору Е1 подключена антенна — подойдет автомобильная телескопическая. При нахождении человека рядом с антенной изменяется емкость между штырем антенны и полом. От этого переключаются элементы DD1.1, DD1.2 в противоположное состояние. Для переключения узла человек среднего роста должен находиться (проходить) рядом с антенной длиной 35 см на расстоянии до 1,5 м. На выводе 4 микросхемы появляется высокий уровень напряжения, вследствие этого транзистор VT1 открывается и звучит капсюль НА1.

Подбором емкости конденсатора С1 можно изменить режим работы элементов микросхемы. Так, при уменьшении емкости С1 до 82—120 пФ узел работает иначе. Теперь звуковой сигнал звучит только, пока на вход DD1.1 воздействует наводки переменного напряжения — прикосновение человека.

Электрическую схему (рис. 2.2) можно использовать и как основу для триггерного сенсорного датчика. Для этого исключают постоянный резистор R1, экранированный провод, а сенсором являются контакты микросхемы 1 и 2.

Последовательно с R1 подключают экранированный провод (кабель РК-50, РК-75, экранированный провод для сигналов ЗЧ — подходят все типы) длиной 1—1,5 м, экран соединяется с общим проводом, центральная жила на конце соединяется со штырем антенны.

При соблюдении указанных рекомендаций и применении указанных в схеме типов и номиналов элементов, узел генерирует звуковой сигнал частотой около 1 кГц (зависит от типа капсюля НА1) при приближении человека к штырю антенны на расстояние 1,5—1 м. Триггерный эффект отсутствует. Как только объект удаляется от антенны, датчик переходит в режим охраны (ожидания).

Эксперимент проводился также с животными— кошкой и собакой: на их приближение к сенсору-антенне узел не реагирует.

Возможности устройства трудно переоценить. В авторском варианте оно смонтировано рядом с дверной коробкой; входная дверь — металлическая.

Громкость сигнала ЗЧ, излучаемого капсюлем НА1, достаточна для того, чтобы услышать его на закрытой лоджии (она сопоставима с громкостью квартирного звонка).

Источник питания— стабилизированный, с напряжением 9—15 В, с хорошей фильтрацией напряжения пульсаций по выходу. Ток потребления ничтожно мал в режиме ожидания (несколько микроампер) и увеличивается до 22—28 мА при активной работе излучателя НА1. Бестрансформаторный источник применять нельзя из-за вероятности поражения электрическим током. Оксидный конденсатор С2 действует как дополнительный фильтр по питанию, его тип — К50-35 или аналогичный, на рабочее напряжение не ниже напряжения источника питания.

При эксплуатации узла выявлены интересные особенности. Напряжение питания узла влияет на его работу: при увеличении напряжения питания до 15 В в качестве сенсора-антенны используется только обыкновенный многожильный неэкранированный электрический медный провод сечением 1—2 мм длиной 1 м; никакого экрана и резистора R1 в таком случае не надо, электрический медный провод подсоединяется непосредственно к выводам 1 и 2 элемента DD1.1. Эффект аналогичен. При изменении фазировки сетевой вилки источника питания узел катастрофически теряет чувствительность и способен работать только как сенсор (реагирует на прикосновение к Е1). Это актуально при любом значении напряжения источника питания в диапазоне 9—15 В. Очевидно, что второе назначение данной схемы — обыкновенный сенсор (или сенсор-триггер).

Эти нюансы следует учитывать при повторении устройства. Однако в случае правильного подключения, описанного здесь, получается важная составляющая охранной сигнализации, обеспечивающей безопасность жилищу, предупреждающей хозяев еще до возникновения нештатной ситуации.

Монтаж элементов осуществляется компактно на плате из стеклотекстолита. Корпус для устройства — любой из диэлектрического (непроводящего) материала. Для контроля включения питания устройство может быть снабжено индикаторным светодиодом, подключенным параллельно источнику питания.

Налаживание при точном соблюдении рекомендаций не требуется. Если экспериментировать с длиной экранирующего кабеля, длиной и площадью сенсора-антенны Е1 и изменением напряжения питания, возможно потребуется скорректировать сопротивление резистора R1 в широких пределах — от 0,1 до 100 МОм. Для уменьшения чувствительности увеличивают емкость конденсатора С1. Если это не приносит результатов, параллельно С1 включают постоянный резистор сопротивлением 5—10 МОм.

Рис. 2.3. Емкостной датчик

Неполярный конденсатор С1 — типа КМ6. Постоянный резистор R2— МЛТ-0,25. Резистор R1 — типа ВС-0,5, ВС-1. Транзистор VT1 необходим для усиления сигнала с выхода элемента DD1.2. Без этого транзистора капсюль НА1 звучит негромко. Транзистор VT1 можно заменить на КТ503, КТ940, КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом.

Капсюль-излучатель НА1 может быть заменен на аналогичный с встроенным генератором ЗЧ и рабочим током не более 50 мА, например FMQ-2015B, КРХ-1212В и аналогичными.

Благодаря применению капсюля с встроенным генератором узел проявляет интересный эффект: при близком приближении человека к сенсору-антенне Е1 звук капсюля монотонный, а при удалении (или приближении человека, начиная с расстояния 1,5 м до Е1) — капсюль издает стабильный по характеру прерывистый звук в соответствии с изменением уровня потенциала на выходе элемента DD1. 2. (Подобный эффект лег в основу первого электронного музыкального инструмента — «Терменвокса».)

Для более полного представления о свойствах емкостного датчика автор рекомендует ознакомиться с материалом [53].

Если в качестве НА1 применить капсюль со встроенным гене-ратбром ЗЧ, например КРІ-4332-12, то при сравнительно большом удалении человека от сенсора-антенны звук будет напоминать сирену, а при максимальном приближении — прерывистый сигнал.

Некоторым минусом устройства можно считать отсутствие избирательности (системы распознавания «свой/чужой»), так узел будет сигнализировать о приближении к Е1 любого лица, в том числе вышедшего «за хлебом» хозяина квартиры. Основа работы устройства — электрические наводки и изменение емкости максимально полезны при эксплуатации в больших жилых массивах с развитой сетью электрических коммуникаций; очевидно, прибор будет бесполезен в лесу, в поле и везде, где нет электрических коммуникаций.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

Принцип работы, диапазоны и технические характеристики

Промышленные датчики, такие как емкостный датчик приближения, используются для измерения положения, смещения или приближения объекта. Они обычно используются в ряде приложений управления производственными предприятиями. Эти датчики могут применяться для осмотра и мониторинга продуктов и инструментов, управления системами машин и позиционирования движущихся частей. Датчики приближения, которые измеряют смещение и угловое или линейное движение, также часто используются в качестве датчиков безопасности и для настройки оперативного контроля в литье, упаковке, полиграфии, пищевой и химической промышленности. Эти устройства способны обнаруживать и отслеживать близость объекта к заданной границе без физического прикосновения к объекту. Поэтому такие устройства называются бесконтактными датчиками. Чтобы узнать больше о других типах датчиков приближения, вы можете ознакомиться с нашим общим руководством по датчикам приближения или, чтобы получить более широкое представление, ознакомьтесь с соответствующим руководством Датчики — полное руководство (типы, области применения и поставщики).

Емкостные бесконтактные датчики по функциям аналогичны индуктивным датчикам, но имеют определенные уникальные конструктивные характеристики и рабочие параметры. Они основаны на принципе емкости для обнаружения мелких объектов и могут работать как с проводящими (металлическими), так и с неметаллическими материалами, включая неподготовленные механические поверхности и предметы, движущиеся по конвейеру. Обычный стиль упаковки в виде небольшого цилиндра с электродами и проводами на концах. Выходной сигнал емкостного датчика приближения обычно передается в виде замыкания контакта или импульса, который активируется, когда объект достигает определенного порога расстояния.

Принцип работы емкостных датчиков приближения

Емкостные датчики приближения полагаются на способность объектов удерживать электрический заряд, даже если объект не проводит электричество. Емкость является мерой количества заряда, который может быть сохранен при приложении приложенного напряжения. Датчик работает, отмечая изменение емкости, которое происходит, когда объект (обычно называемый «целью») приближается к датчику.

Типичный конденсатор состоит из двух пластин, разделенных изолятором, также известным как диэлектрик. Изолирующий диэлектрик может быть из различных материалов, включая керамику, бумагу, пластик или даже воздух. В емкостном датчике приближения одна пластина конденсатора — цель служит другой пластиной. Воздушный зазор между датчиком и мишенью выполняет функцию диэлектрика. Пластина внутри датчика подключена к цепи генератора, которая используется для создания электростатического поля. При отсутствии цели схема генератора не срабатывает. Когда цель приближается к датчику, амплитуда колебаний увеличивается, поскольку датчик обнаруживает цель, это вызывает изменение количества заряда, который может храниться на внутренней пластине, что изменяет значение этой емкости. Как только колебания превышают порог, устанавливается триггер, который генерирует выходной сигнал от датчика, указывающий, что цель приблизилась в пределах установленного диапазона активации.

Способность накапливать заряд зависит от расстояния между этими двумя пластинами, которое можно отрегулировать для установки определенного диапазона активации. В датчике приближения одна пластина служит переключателем, другая — объектом обнаружения, а поверхность датчика — изолятором. Уровни тока уменьшаются по мере увеличения расстояния, что является обратным параметром индуктивного датчика. Многие датчики имеют винт или регулировку, с помощью которых можно установить чувствительность устройства, что может быть полезно, например, для определения полных и пустых контейнеров.

Для получения дополнительной информации о физике конденсаторов посетите страницу конденсаторов Университета штата Джорджия.

Конструкция емкостного датчика приближения

Подобно индуктивным датчикам, емкостные датчики приближения обычно состоят из четырех групп компонентов: датчика, схемы генератора, схемы детектора и полупроводниковой выходной схемы. Хотя эти компоненты могут быть расположены в нескольких различных конфигурациях, цилиндрический формат является наиболее распространенным. Он состоит из двух концентрических электродов, прикрепленных к торцу цилиндра, и двух концентрических металлических колец на активной чувствительной поверхности, с выходным сигналом, выраженным в виде напряжения, замыкания контакта или аналоговых сигналов. Когда объект приближается к датчику, связь между электродами увеличивается, запуская цепь генератора. Колебание регистрируется в схеме детектора, которая активирует полупроводниковую схему для создания выходного сигнала в соответствии с уровнем амплитуды. Проводящие объекты одинакового размера обычно обнаруживаются на одном и том же расстоянии, в то время как диапазон обнаружения изолирующих объектов зависит от диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость измеряет, сколько электрической энергии может хранить материал. Более мощный датчик будет использовать материал с высокой диэлектрической проницаемостью для обнаружения целевого объекта, хотя площадь пластин и пространство между электродами также повышают его мощность.

Основные характеристики емкостных датчиков

Как для емкостных, так и для индуктивных бесконтактных датчиков гистерезис является важной рабочей характеристикой. Гистерезис определяется разницей между воспринимающей поверхностью и расстоянием обнаружения цели, а также расстоянием обнаружения чувствительной поверхности и цели. Эти черты диктуют разграничительную линию между обнаружением объекта и необнаружением. Но, несмотря на сходство с индуктивными датчиками, емкостные датчики имеют ряд отличительных особенностей, в том числе:

• Способность обнаруживать неметаллические объекты.

• Способность обнаруживать небольшие легкие предметы, которые не могут быть подняты механическими концевыми выключателями.

• Полупроводниковый выход, который не отражает сигнал контакта.

• Высокая скорость переключения, обеспечивающая быструю реакцию в приложениях для подсчета объектов.

• Возможность обнаружения жидких целей через определенные преграды.

• Долгий срок службы.

Хотя емкостные датчики приближения полезны для целого ряда приложений, на них может негативно повлиять повышенный уровень влажности и влажности. Кроме того, их поле восприятия должно быть относительно широким, чтобы обеспечить эффективное обнаружение.

Емкостный диапазон измерения

Емкостные бесконтактные датчики обычно имеют большее расстояние срабатывания, чем их индуктивные аналоги, и обычно оно составляет от 5 до 40 миллиметров. Диапазон обнаружения зависит от диаметра пластины, так как емкостные датчики измеряют диэлектрические зазоры.

Многие емкостные датчики приближения оснащены элементами управления регулировкой чувствительности для расстояния срабатывания, что позволяет им компенсировать целевой объект и условия применения.

Основные характеристики

Емкостные бесконтактные датчики

обычно определяются на основе основных характеристик и параметров, показанных ниже. Спецификации будут различаться в зависимости от производителя, и поставщики могут использовать несколько разные спецификации для описания своих продуктов. Информация, представленная ниже, предназначена для общего ознакомления и должна позволить спецификатору подготовиться к дальнейшим обсуждениям с поставщиками, сосредоточенными на потребностях приложения.

• Расстояние обнаружения — указывает диапазон, на котором устройство будет обнаруживать цель.

• Тип или стиль монтажа — описывает метод, с помощью которого датчик предназначен для монтажа в рабочей среде. Примеры типов монтажа: крепление на кронштейне, скрытое крепление, крепление на кабеле, крепление на панели, крепление на штекер или винт. Типы резьбы включают конфигурации резьбы M5, M8, M12, M18, M20 и M30.

• Конфигурация выхода — указывает параметры выхода датчика. Общие доступные варианты включают нормально закрытый (NC), нормально открытый (NO), I2C, аналоговый ток, аналоговое напряжение, NPN, PNP или SCR (см. также терминологию и определения ниже).

• Материал корпуса — описывает материал, используемый для изготовления корпуса датчика, который может включать полимер, такой как АБС, ПВХ, ПА, ПТФЭ, или металлы, такие как алюминий, латунь, никелированная латунь, нержавеющая сталь или цинковая матрица. -В ролях.

• Напряжение питания — указывает рабочее напряжение устройства и тип входного питания: переменный или постоянный ток.

• Диапазон рабочих температур — предоставляет минимальное и максимальное значения температуры, на которые рассчитан датчик.

• Тип корпуса — указывает тип корпуса, в котором размещается датчик. Обычно доступные типы корпусов включают цилиндры с резьбой, шайбы и SMD (устройства, монтируемые на поверхность).

• Тип клеммы — указывает тип клеммных соединений на датчике для входной мощности и выходного сигнала. Винтовые клеммы, USB-порт, кабельные вводы или соединительный кабель являются примерами опций.

• Код защиты от проникновения (IP) — также известный как международный рейтинг защиты, этот код представляет собой двузначный код, следующий за буквами IP, с дополнительной буквой, следующей за ней. Система кодов предназначена для отражения степени защиты, которую механическая упаковка или электрические корпуса обеспечивают устройству, от проникновения твердых и жидких веществ из окружающей среды, включая случайный контакт персонала. Первая цифра означает защиту от твердых тел, а вторая цифра означает защиту от жидкостей. Более высокие цифры в каждом случае означают более высокие степени защиты. В таблице ниже показан номер IP и описание уровня защиты, связанного с каждым уникальным кодом.

IP-номер	Первая цифра — Защита от твердых частиц	Вторая цифра — Защита от жидкостей
IP00	Без защиты от твердых частиц.	Не защищен от жидкостей.
IP01	Без защиты от твердых частиц.	Защита от конденсата.
IP02	Без защиты от твердых частиц.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP03	Без защиты от твердых частиц.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP04	Без защиты от твердых частиц.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP05	Без защиты от твердых частиц.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP06	Без защиты от твердых частиц.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP07	Без защиты от твердых частиц.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP08	Без защиты от твердых частиц.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP10	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Не защищен от жидкостей.
IP11	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от конденсата.
IP12	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP13	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP14	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP15	Защита от прикосновения руками более 50 миллиметров.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP16	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP17	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP18	Защита от прикосновения руками более 50 мм.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP20	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Не защищен от жидкостей.
ИП21	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от конденсата.
ИП22	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP23	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP24	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP25	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP26	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP27	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP28	Защита от прикосновения пальцами и предметами размером более 12 миллиметров.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP30	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Не защищен от жидкостей.
IP31	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от конденсата.
IP32	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP33	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP34	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP35	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP36	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP37	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP38	Защита от инструментов и проводов диаметром более 2,5 мм.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP40	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Не защищен от жидкостей.
IP41	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от конденсата.
IP42	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP43	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP44	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP45	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP46	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP47	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP48	Защита от инструментов и небольших проводов более 1 миллиметра.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP50	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP51	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от конденсата.
IP52	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP53	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP54	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP55	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP56	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP57	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP58	Защита от ограниченного проникновения пыли.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP60	Защищен от полного проникновения пыли.	Не защищен от жидкостей.
IP61	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от конденсата.
IP62	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг под углом менее 15 градусов от вертикали.
IP63	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг под углом менее 60 градусов от вертикали.
IP64	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от водяных брызг с любого направления.
IP65	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от водяных струй низкого давления с любого направления.
IP66	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от водяных струй высокого давления с любого направления.
IP67	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от погружения на глубину от 15 сантиметров до 1 метра.
IP68	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от длительного погружения до определенного давления.
IP69K	Защищен от полного проникновения пыли.	Защита от пароструйной очистки.

Кредит таблицы: http://www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/

Емкостные датчики против индуктивных датчиков

Индуктивные и емкостные датчики обнаруживают объекты с помощью аналогичных методов, но в то время как емкостный датчик способен обнаруживать любой материал, в том числе сквозь неметаллические объекты, такие как стенки резервуара, индуктивный датчик может обнаруживать только металлы. Недостатком емкостных датчиков является то, что, хотя они обнаруживают все, они менее точны и медленнее; их необходимо размещать осторожно, чтобы избежать ложных срабатываний. Индуктивные датчики, хотя и имеют меньшее расстояние срабатывания, являются лучшим выбором, если объекты, которые они должны обнаруживать, содержат металл, и они обнаруживают объекты быстрее.

В то время как оба типа датчиков обнаруживают объекты посредством колебаний магнитного поля, индуктивный датчик обнаруживает что-то, что мешает его колебаниям, в то время как емкостный датчик начинает колебаться, когда объект появляется в его поле. Это связано с тем, что индуктивные датчики генерируют магнитное поле через ферритовый сердечник с катушками, а емкостные датчики используют две проводящие пластины, которые действуют как открытый конденсатор, а воздух между ними действует как изолятор. Когда что-то проходит между внешней и внутренней пластиной, это увеличивает емкость.

Терминология и определения

Ниже приводится краткое изложение соответствующей терминологии и определений, связанных с емкостными датчиками приближения.

• Нормально разомкнутый (НО) датчик, выходное состояние которого является разомкнутой цепью при отсутствии цели в зоне обнаружения и замкнутым при обнаружении цели.

• Нормально замкнутый (НЗ) – датчик, выход которого закрыт, позволяя протекать току, когда в зоне детектирования нет цели, который переключается в разомкнутое состояние при обнаружении цели.

• NPN-выход, также называемый токоотводящим или токоприемным выходом, представляет собой выход, в котором обнаружение цели запускает переключение общего или отрицательного напряжения на нагрузку, так что ток течет от нагрузки через выход к земле, когда выход переключателя включен.

• Выход

  PNP, также известный как источник тока или выход источника, представляет собой выход, в котором обнаружение цели приводит к протеканию тока через выход устройства, через нагрузку на землю, когда выход переключателя включен.

• Расстояние срабатывания (рабочее расстояние) Sn – определяется как максимальное расстояние от датчика до квадратного куска железа толщиной 1 мм, стороны которого параллельны поверхности датчика, при котором датчик срабатывает.

• Повторяемость – представляет изменчивость наблюдаемых измерений расстояния срабатывания или рабочего расстояния, сделанных в течение 8-часового периода при рабочей температуре от 15°C до 30°C и при отклонении напряжения питания ≤ 5%.

• Гистерезис – мера расстояния между точкой, в которой датчик срабатывает при обнаружении цели при ее приближении, и точкой, в которой датчик отключается при отступлении цели.

Сводка

В этой статье представлена ​​информация о емкостных датчиках приближения, в том числе о том, что они из себя представляют, о принципе работы, особенностях и основных характеристиках. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. http://www.fargocontrols.com/sensors/capacitive_op.html#:~:text=Capacitive%20Operating%20Principles&text=Capacitive%20proximity%20датчики%20используются%20, а%20%20объект%20%20обнаружен.
2. https://www.pc-control.co.uk/Capacitive.htm
3. https://www.motioncontroltips.com/what-are-capacitive-proximity-sensors/
4. https://automation-insights.blog/2017/06/07/what-is-a-capacitive-sensor/#:~:text=Capacitive%20proximity%20sensors%20are%20non,active%20face%20of%20the %20датчик.
5. http://www.dsmt.com/resources/ip-rating-chart/
6. https://www.alliedelec.com/proximity-sensors/capacitive-proximity-sensors/
7. https://www.automationdirect.com/adc/overview/catalog/sensors_-z-_encoders/capacitive_proximity_sensors/12mm_round_industrial_automation
8. https://www.machinedesign.com/automation-iiot/sensors/article/21831577/proximity-sensors-compared-inductive-capacitive-photoelectric-and-ultrasonic
9. https://passive-components. eu/the-dielectric-constant-and-its-effects-on-the-properties-of-a-capacitor/

Другие датчики Артикул

• Типы элементов управления и контроллеров — Руководство для покупателей ThomasNet
• Как работают солнечные панели и датчики света
• Типы датчиков температуры
• Ведущие биосенсорные компании в США и за рубежом
• Датчики угла поворота вала
• Основные датчики
• Ведущие поставщики и производители датчиков приближения в США и во всем мире
• Анализаторы выхлопных газов
• Лучшие производители и поставщики датчиков температуры
• Бесконтактные датчики
• Индуктивные датчики приближения
• Регистраторы данных и оборудование для регистрации данных
• Сигналы датчика сбора данных
• Датчики давления поршня собственного груза
• Лучшие производители и поставщики датчиков в США
• Световые датчики движения
• Контактные датчики
• Датчики давления с мембранной ячейкой
• Лучшие поставщики и производители датчиков давления в США
Рекомендации по датчику температуры
• Типы датчиков давления — Руководство
• Различные типы датчиков и их применение (например, электрические датчики)

Больше из Приборы и элементы управления

Емкостное зондирование | Хакадей

4 октября 2022 г. Арья Воронова

Можно купить небольшие модули с емкостными микросхемами обнаружения касания — чаще всего это TTP223, однокнопочная емкостная модель с настраиваемыми режимами вывода. Они предназначены для сопряжения с микроконтроллером или каким-либо простым входом логического уровня, но [Ален Мауэр] хотел, чтобы сенсорное управление было реализовано на простой светодиодной ленте. Чтобы не останавливаться, он собрал простую плату коммутатора на основе TTP223.

Сначала он сделал прототип, используя в качестве модуля одну из обычных плат TTP223, но затем перенес полную схему на одну плату. В последней плате используется NPN-транзистор, способный выдерживать до 3 ампер для коммутации, и стабилизация на основе Зенера для обеспечения 5 В для самого TTP223 от входа 12 В. [Ален] поделился схемой, а также спецификацией вместе с файлами Gerber для панели 2×3 на случай, если вы захотите добавить несколько таких удобных плат в свою корзину деталей.

TTP223 — вездесущий и вполне работоспособный чип — мы видели, как он использовался для создания мыши с кнопками с малым усилием срабатывания, программным выключателем питания и даже талисманом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению, который в равной степени состоит из миниатюрной электроники и очаровательной металлоконструкции.

Продолжить чтение «TTP223 привносит простое сенсорное управление в светодиодную лампу» →

Posted in LED Hacks, PartsTagged емкостное восприятие, емкостное касание, hackaday.io, TTP 223, TTP223

31 января 2021 г. Эл Уильямс

[CuriousMarc] любит ходить в магазины с излишками, даже если их меньше. Во время недавней поездки он нашел коробку, в которой были некоторые детали, которые, по его мнению, подошли бы для проекта регулятора температуры. Он имел пометку Dial-A-Level и с гордостью заявлял, что на него заявлен патент. Коробка была из 1970-х годов, и [Марку] было интересно, для чего предназначено это устройство.

Устройство было чем-то вроде головоломки, так как имело три входа для датчиков со странной маркировкой. Поиск в базе данных патентов показал, что это устройство было «емкостным зондом для обнаружения влаги с очень длинными кабелями». Идея заключалась в том, чтобы создать конденсатор на конце кабеля и использовать жидкость в качестве диэлектрика. Датчик создает синусоидальную волну частотой 10 кГц, которую он использует для возбуждения пробника, а операционный усилитель измеряет относительную емкостную реактивность пробника по сравнению с эталонным конденсатором. Остальная часть схемы представляет собой компаратор, реагирующий на пороговое значение уровня.

Нам нравится смотреть на старые нарисованные от руки доски той эпохи. Обозначения компонентов нанесены медью, паяльная маска не видна. [Марк] объясняет, что было искусное применение управляемых кремнием выпрямителей и реле для создания типа триггера.

Интересно, что компания Expo Instruments, которая сделала это устройство, все еще существует, и [Марк] связался с ними. Фактический владелец патента ответил и был поражен тем, что [Марк] владеет этим антиквариатом. Вы можете только задаться вопросом, будет ли что-то, что вы создаете сегодня, через три или четыре десятилетия окажется на том, что пройдет для YouTube.

Емкостные датчики достаточно универсальны. Конечно, есть и много других способов определить уровень жидкости.

Продолжить чтение «Загадочная коробка раскрывает свои запатентованные секреты» →

Posted in TeardownTagged емкостное зондирование, излишек

17 ноября 2019 г. Эл Уильямс

Сейчас многие потребительские гаджеты используют сенсорные датчики. Это дешевый и надежный способ заменить различные ручки и переключатели на всем, от наушников до автомобилей. Однако создание пользовательского сенсорного контроллера для разового проекта может быть сложной задачей. В недавней статье ACM показано, как почти любой емкостной датчик может работать как датчик мультитач, используя не что иное, как Arduino, хотя компьютер, выполняющий обработку, интерпретирует данные для функций более высокого уровня.

Суть в том, что Arduino возбуждает сеть с помощью ШИМ, а затем проверяет сигнал, выходящий из сети. Прикосновение пальцем немного изменяет отклик, и Arduino может почувствовать это с помощью встроенных аналого-цифровых преобразователей. Вы можете найти актуальный комплект программного обеспечения в Интернете. Учебный документ, вероятно, более интересен, чем документ ACM, если вы хотите использовать только комплект.

Оптимальная частота привода составляет 10 МГц. Примеры полагаются на гармоники низкочастотного ШИМ-сигнала. Аналоговое преобразование, конечно, не такое быстрое, но, поскольку скорость касания вашего пальца относительно низкая, они обрабатывают сигнал как амплитудно-модулированный ввод, который очень легко декодировать.

Датчики могут представлять собой проводящие чернила, нить или медные полоски. Есть несколько примеров приложений, в том числе напечатанный на 3D-принтере кролик, которого можно погладить, панель управления на рукаве и интерактивная поздравительная открытка.

Датчик формирует изображение, и OpenCV определяет фактическую конфигурацию касания. Похоже, вы также можете использовать необработанные данные с Arduino, но это может быть немного сложнее.

Мы предполагаем, что алюминиевая фольга подойдет для этой техники. Если вы дойдете до разводки печатной платы, это может пригодиться.

Posted in Arduino HacksTagged arduino, емкостная клавиатура, емкостное восприятие, обработка

16 сентября 2019 г. Тед Япо

В наши дни создавать емкостные сенсорные кнопки несложно; многие микроконтроллеры имеют встроенное аппаратное обеспечение Cap-Sense. Это будет работать для простого управления включением/выключением, но что, если вам нужен линейный, чувствительный к положению ввод, как на сенсорной панели компьютера или на экране вашего смартфона? Не так просто — по крайней мере, до сих пор. Trill — это семейство емкостных сенсорных датчиков, которые вы можете добавить в свои проекты в качестве линейного слайдера, квадратной сенсорной панели или создать собственную сенсорную поверхность.

Trill был создан той же командой, которая разработала Bela, встроенную платформу для интерактивных приложений с малой задержкой, особенно со звуком. Новое трио датчиков Trill основано на емкостном считывании для отслеживания движения пальцев и связи по I2C с выбранным вами микроконтроллером или отладочной платой. Библиотека Trill I2C предназначена для Arduino и Bela, но ее легко портировать на любой хост I2C.

Программное и аппаратное обеспечение имеют открытый исходный код — или будут открытыми, поскольку Kickstarter, запущенный сегодня утром, уже достиг своей цели. Прошивка для контроллера Cypress CY8C20636A (PDF), который питает эти датчики, будет выпущена под лицензией CC-BY-NC-SA. Но, начиная с самого контроллера, похоже, что Trill уже проделал за вас много работы, поэтому давайте посмотрим на то, что мы знаем до сих пор, а также на здоровую дозу предположений.

Продолжить чтение «Trill: простые позиционные сенсорные датчики для ваших проектов» →

Опубликовано в Краудфандинг, Колонки Hackaday, Микроконтроллеры, Новостипомеченный Бела, емкостное зондирование, емкостной датчик, емкостный слайдер, capsense, CY8C20636A, кипарис, i2c, кикстартер, слайдер, Трель

2 мая 2019 г. , Левин Дэй

Год от года микроконтроллеры и платформы для разработки поставляются с постоянно растущим набором функций. В далеком прошлом, если вам нужен был аналого-цифровой преобразователь или ШИМ-драйвер, вам приходилось добавлять в свою конструкцию дополнительные микросхемы. В настоящее время все это выпекается на заводе. Конечно, вы все еще можете работать с платформой, в которой отсутствуют емкостные сенсорные входы. Однако это не проблема — вы все равно можете делать все это без специального оборудования!

Емкостное распознавание касания работает путем создания RC-генератора и позволяет пользователю влиять на емкость в цепи посредством прикосновения или приближения. Улавливая изменения частоты генератора, можно определить, касаются ли объекта или подушечки или нет. Поскольку изменения емкости могут быть небольшими, иногда желательно использовать высокочастотный генератор, а затем пропускать выходной сигнал через делитель частоты, что позволяет легче измерять изменения более медленным микроконтроллером.

[Габриэль] проделал отличную работу, объясняя теорию, а также предлагая практический способ достижения этого с помощью базового оборудования. Если вам нужно добавить сенсорную чувствительность к существующей или иным образом ограниченной платформе, это простой способ сделать это. В конце концов, с этой технологией определенно можно сделать кое-что интересное.

Posted in classic hacksTagged емкостное восприятие, емкостное прикосновение

17 ноября 2017 г., Дональд Папп

Угловые энкодеры имеют решающее значение для многих приложений, даже на уровне любителей. Обдумывая свои собственные потребности в ротационном кодировании для предстоящих проектов, [Ян Мразек] решил попробовать сделать свой собственный емкостный поворотный кодер своими руками. В случае успеха такой кодировщик может быть дешевым и очень быстрым; это также может быть частично сделано непосредственно на печатной плате.

Первый прототип, две травленые пластины с прозрачной лентой в качестве диэлектрического материала. Диск диаметром 15 мм.

В конструкции энкодера [Jan] остановился на простом регулируемом пластинчатом конденсаторе с использованием элементов печатной платы с прозрачной лентой в качестве диэлектрического материала. Это использовалось в качестве элемента синхронизации для таймера 555 в нестабильном режиме. Таким образом, 555 в этой конфигурации генерирует прямоугольную волну, которая изменяется пропорционально тому, насколько пластины в простом конденсаторе перекрываются. Поверните пластину, и период прямоугольной волны изменится в ответ. Время отклика будет быстрым, а 555 и немного места на печатной плате, безусловно, дешевы с точки зрения материалов.

Первый прототип дал положительные результаты, но имел много проблем, включая шум и, возможно, чувствительность к температуре и влажности. Вторая попытка улучшила дизайн и дала гораздо лучшие результаты: ESP32 надежно считывал 140 дискретных позиций с частотой 100 кГц. Кажется, что есть компромисс между разрешением и скоростью; снижение скорости позволяет надежно обнаруживать больше позиций. Есть еще проблемы, но в конечном итоге [Ян] считает, что высокоскоростные емкостные энкодеры, требующие немного больше, чем некоторое пространство на печатной плате и некоторые 555, вероятно, осуществимы.

Этот проект является напоминанием о том, что FR4 (будь то плакированный медью, травленый или пустой) проявляется в умных приложениях: медную ленту и чистый FR4 можно использовать для быстрого создания прототипа ВЧ-фильтров, PocketNC построил целый небольшой станок с ЧПУ на основе FR4, а наш [Voja] написал полный гайд по созданию красивых корпусов из FR4.

Опубликовано в оборудование, Разное ХакиTagged 555, емкостное зондирование, конденсатор, диэлектрик, сделай сам, конденсатор DIY, fr4, конструкция FR4, высокая скорость, печатная плата, поворотный энкодер, датчик

16 июня 2017 г., Боб Баддели

Музейные экспонаты сложно сделать, и они постоянно ломаются; особенно интерактивные. Это сочетание бюджета, одноразового строительства и невероятно жестокого обращения с детьми.

Мой первый экспонат – это интерактивное лазерное шоу, которое превращает волны из музыки в лазерные узоры, а у разных типов музыки очень разные узоры. Из разговоров с сотрудниками музея я знал, что промышленные пуговицы были необходимостью, но оказалось, что промышленные пуговицы делаются в расчете на то, что крошечные существа не будут постоянно мять, крутить и (тьфу-тьфу-тьфу) лизать пуговицы. Через некоторое время кнопки (и бедная ручка) были разбиты.

Лицевая сторона кнопки была удалена, и ручка свободно вращается. Кнопки на уровне малыша находятся в уязвимом положении.

Второй экспонат тоже интерактивный, но в данном случае это обычная кнопка, которая на время включает что-то, а потом выключает. Подробнее о Периодической таблице движения можно прочитать на странице проекта. Вот я и подумал; давайте использовать емкостное касание, поместите датчик за два слоя акрила для защиты, и тогда не будет никаких движущихся частей, которые могли бы сломаться. Я построил кучу блоков, тестировал их в течение нескольких недель, а затем установил. Мгновенный провал, несмотря на мое усердие.

Установка отличается от моей тестовой среды. Это может быть второй слой акрила. Возможно, это источник питания и странная проблема с заземлением. Возможно, флуоресцентные лампы в комнате создают электромагнитное поле, которое прерывает работу датчика, или ковер вызывает накопление статического электричества, которое каким-то образом заставляет мидихлорианы менять полярность и разряжаться через опорную пластину из сборного алюминита. В некоторых ячейках кнопка не работает. В других клетках он чрезвычайно чувствителен. В одном столбце таблицы (столбцы имеют общий кусок акрила среди 5 ячеек) одно касание активирует все 5.

Схема представляет собой ATtiny с резистором 2,2 МОм между двумя контактами, один из которых соединяется коротким проводом с паяным соединением с куском медной ленты на нижней стороне акрилового элемента. ATtiny использует библиотеку capsense, в которой есть функции автоматической повторной калибровки. Из-за того, как он установлен, я не могу перепрограммировать их, чтобы отрегулировать их чувствительность, находясь внутри корпуса, поэтому настройка их после установки невозможна. Я думал, что смогу изолировать проблему и использовать существующий емкостной датчик касания AT42QT1010, подключенный только к источнику питания, но у него была точно такая же проблема, то есть либо источник питания, либо корпус, либо помещение.

Параллельные тесты медной ленты+Arduino и AT42QT1010 показали схожие проблемы.

Теперь я могу пойти тремя путями:

1. Найти проблему и решить ее
2. Переключатель на фоторезистор
3. Петиция Hackaday за лучшее решение

Поиск проблемы и ее решение будут долгим и трудным путем, тем более что музейная среда каким-то образом и необъяснимым образом отличается от тестовой среды. Вариант с фоторезистором многообещающий; когда пользователь кладет руку на бумажную кнопку, уровень освещенности меняется.