เซ็นเซอร์แรง ความเค้นเชิงกล และการสัมผัส สารานุกรมขนาดใหญ่ของน้ำมันและก๊าซ

เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟเป็นหนึ่งในประเภทของเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัส ซึ่งหลักการนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุสองแผ่น แผ่นหนึ่งเป็นเซ็นเซอร์วงจรในรูปของแผ่นโลหะหรือลวด และแผ่นที่สองเป็นสารนำไฟฟ้า เช่น โลหะ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์

เมื่อพัฒนาระบบ สตาร์ทอัตโนมัติน้ำประปาเข้าห้องน้ำสำหรับโถปัสสาวะหญิงจำเป็นต้องใช้ เซ็นเซอร์ capacitiveการมีอยู่และสวิตช์มี ความน่าเชื่อถือสูง, ทนต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายนอก ความชื้น ฝุ่นละออง และแรงดันไฟฟ้า ฉันยังต้องการขจัดความจำเป็นที่บุคคลต้องสัมผัสส่วนควบคุมของระบบ ข้อกำหนดสามารถทำได้โดยวงจรเซ็นเซอร์ที่ทำงานบนหลักการของการเปลี่ยนแปลงความจุเท่านั้น เสร็จสิ้นโครงการน่าพอใจ ข้อกำหนดที่จำเป็นหาไม่เจอเลยต้องพัฒนาตัวเอง

ผลลัพธ์ที่ได้คือเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive สากลที่ไม่ต้องการการปรับแต่งและตอบสนองต่อการเข้าใกล้วัตถุที่นำไฟฟ้า รวมถึงบุคคล ที่ระยะห่างสูงสุด 5 ซม. ขอบเขตของเซ็นเซอร์สัมผัสที่เสนอนั้นไม่จำกัด ใช้งานได้ เช่น เปิดไฟ ระบบ สัญญาณกันขโมยการกำหนดระดับน้ำและในหลายกรณี

แผนภาพวงจรไฟฟ้า

จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive สองตัวเพื่อควบคุมการไหลของน้ำในโถสุขภัณฑ์ ต้องติดตั้งเซ็นเซอร์หนึ่งตัวโดยตรงในห้องน้ำ โดยจะต้องให้สัญญาณศูนย์แบบลอจิคัลต่อหน้าบุคคล และในกรณีที่ไม่มีสัญญาณหน่วยลอจิคัล เซ็นเซอร์ capacitive ตัวที่สองควรทำหน้าที่เป็นสวิตช์น้ำและอยู่ในสถานะตรรกะอย่างใดอย่างหนึ่ง

เมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์จะต้องเปลี่ยนสถานะตรรกะที่เอาต์พุต - จากสถานะเดียวเริ่มต้นไปยังสถานะของศูนย์ตรรกะเมื่อมือถูกสัมผัสอีกครั้งจากสถานะศูนย์เพื่อไปยังสถานะ ของตรรกะอย่างใดอย่างหนึ่ง และอื่น ๆ จนกระทั่งสวิตช์เซ็นเซอร์ได้รับสัญญาณเปิดใช้งานศูนย์ตรรกะจากเซ็นเซอร์แสดงตน

วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ Capacitive

พื้นฐานของวงจรเซ็นเซอร์ตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive คือเครื่องกำเนิดคลื่นสี่เหลี่ยมหลักซึ่งทำขึ้นตาม โครงการคลาสสิกบนสององค์ประกอบลอจิกของชิป D1.1 และ D1.2 ความถี่ออสซิลเลเตอร์ถูกกำหนดโดยค่าขององค์ประกอบ R1 และ C1 และเลือกที่ประมาณ 50 kHz ค่าความถี่แทบไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟ ฉันเปลี่ยนความถี่จาก 20 เป็น 200 kHz และไม่ได้สังเกตเห็นผลกระทบใด ๆ ต่อการทำงานของอุปกรณ์

ด้วยสัญญาณ D1.2 เอาท์พุทชิป 4 ตัว ทรงสี่เหลี่ยมผ่านตัวต้านทาน R2 เข้าสู่อินพุต 8, 9 ของชิป D1.3 และผ่านตัวต้านทานผันแปร R3 ไปยังอินพุต 12.13 D1.4 สัญญาณมาถึงอินพุตของชิป D1.3 โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความชันของหน้าพัลส์เนื่องจาก ติดตั้งเซ็นเซอร์ซึ่งเป็นชิ้นส่วนของลวดหรือแผ่นโลหะ ที่อินพุต D1.4 เนื่องจากตัวเก็บประจุ C2 ด้านหน้าจะเปลี่ยนไปตามเวลาที่ต้องชาร์จใหม่ เนื่องจากมีตัวต้านทานปรับ R3 จึงเป็นไปได้ที่จะตั้งค่าด้านหน้าของพัลส์ที่อินพุต D1.4 เท่ากับด้านหน้าของพัลส์ที่อินพุต D1.3

ถ้าเอามือหรือ วัตถุที่เป็นโลหะจากนั้นความจุที่อินพุตของไมโครเซอร์กิต DD1.3 จะเพิ่มขึ้น และด้านหน้าของพัลส์ที่เข้ามาจะล่าช้าตามเวลา สัมพันธ์กับด้านหน้าของพัลส์ที่มาถึงอินพุตของ DD1.4 เพื่อ "จับ" ความล่าช้านี้เกี่ยวกับพัลส์คว่ำจะถูกป้อนไปยังชิป DD2.1 ซึ่งเป็น D flip-flop ที่ใช้งานได้ ด้วยวิธีดังต่อไปนี้. บนขอบบวกของพัลส์ที่มาถึงอินพุตของไมโครเซอร์กิต C สัญญาณที่อยู่ที่อินพุต D ในขณะนั้นถูกส่งไปยังเอาต์พุตของทริกเกอร์ ดังนั้น หากสัญญาณที่อินพุต D ไม่เปลี่ยนแปลง พัลส์ขาเข้าที่อินพุตการนับ C ไม่ส่งผลต่อระดับของสัญญาณเอาต์พุต คุณสมบัติของทริกเกอร์ D นี้ทำให้สามารถสร้างเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive อย่างง่ายได้

เมื่อความจุของเสาอากาศเนื่องจากการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์ที่อินพุตของ DD1.3 เพิ่มขึ้นพัลส์จะล่าช้าและสิ่งนี้ได้รับการแก้ไขโดยทริกเกอร์ D ซึ่งเปลี่ยนสถานะเอาต์พุต ไฟ LED HL1 ใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของแรงดันไฟฟ้า และ HL2 เพื่อระบุความใกล้ชิดกับเซ็นเซอร์สัมผัส

วงจรสวิตช์สัมผัส

วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟยังสามารถใช้เพื่อสั่งงานสวิตช์สัมผัสได้ แต่ต้องมีการปรับแต่งเล็กน้อย เนื่องจากไม่เพียงต้องการตอบสนองต่อการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์เท่านั้น แต่ยังต้องอยู่ในสถานะคงที่หลังจากถอดมือออก . ในการแก้ปัญหานี้ จำเป็นต้องเพิ่มทริกเกอร์ D อีกตัวหนึ่ง DD2.2 ไปยังเอาต์พุตของเซ็นเซอร์สัมผัส ซึ่งเชื่อมต่อตามวงจรหารด้วยสอง

วงจรเซ็นเซอร์ capacitive ได้รับการแก้ไขเล็กน้อย เพื่อขจัดผลบวกที่ผิดพลาด เนื่องจากบุคคลสามารถนำและเอามือของเขาออกได้ช้าเนื่องจากการรบกวน เซ็นเซอร์สามารถส่งสัญญาณพัลส์หลาย ๆ อันไปยังอินพุตการนับ D ของทริกเกอร์ ซึ่งละเมิดอัลกอริธึมการทำงานของสวิตช์ที่จำเป็น ดังนั้นจึงเพิ่มห่วงโซ่ RC ขององค์ประกอบ R4 และ C5 ซึ่งบล็อกความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนทริกเกอร์ D ในช่วงเวลาสั้น ๆ

ทริกเกอร์ DD2.2 ทำงานในลักษณะเดียวกับ DD2.1 แต่สัญญาณไปยังอินพุต D ไม่ได้มาจากองค์ประกอบอื่น แต่มาจากเอาต์พุตผกผันของ DD2.2 เป็นผลให้บนขอบบวกของพัลส์มาถึงอินพุต C สัญญาณที่อินพุต D จะเปลี่ยนไปเป็นตรงกันข้าม ตัวอย่างเช่น หากในสถานะเริ่มต้นมีศูนย์ตรรกะที่พิน 13 เมื่อนำมือของคุณไปที่เซ็นเซอร์หนึ่งครั้ง ทริกเกอร์จะเปลี่ยนและหน่วยลอจิคัลจะถูกตั้งค่าที่พิน 13 ในครั้งถัดไปที่เซ็นเซอร์ถูกดำเนินการ ค่าศูนย์ตรรกะจะถูกตั้งค่าที่พิน 13 อีกครั้ง

ในการปิดกั้นสวิตช์ในกรณีที่ไม่มีบุคคลอยู่ในห้องน้ำ หน่วยลอจิคัลจะถูกจ่ายจากเซ็นเซอร์ไปยังอินพุต R (ตั้งค่าเป็นศูนย์ที่เอาต์พุตทริกเกอร์ โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณที่อินพุตอื่น ๆ ทั้งหมด) ของไมโครเซอร์กิต DD2.2 . ที่เอาต์พุตของสวิตช์ capacitive มีการตั้งค่าศูนย์ตรรกะซึ่งป้อนผ่านสายรัดไปยังฐานของทรานซิสเตอร์สวิตช์สวิตช์ โซลินอยด์วาล์วในหน่วยจ่ายไฟและหน่วยสวิตชิ่ง

ตัวต้านทาน R6 ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณปิดกั้นจากเซ็นเซอร์ capacitive ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวหรือการแตกในสายควบคุม จะบล็อกทริกเกอร์ที่อินพุต R ซึ่งจะช่วยขจัดความเป็นไปได้ที่การจ่ายน้ำตามธรรมชาติไปยังโถปัสสาวะหญิง ตัวเก็บประจุ C6 ปกป้องอินพุต R จากการรบกวน LED HL3 ทำหน้าที่ระบุปริมาณน้ำประปาในโถปัสสาวะหญิง

โครงสร้างและรายละเอียดของเซ็นเซอร์สัมผัส capacitive

เมื่อฉันเริ่มออกแบบระบบเซ็นเซอร์โถปัสสาวะหญิง งานที่ยากที่สุดสำหรับฉันดูเหมือนจะเป็นการพัฒนาเซ็นเซอร์วัดระยะแบบประจุไฟฟ้า เนื่องจากข้อจำกัดหลายประการในการติดตั้งและการใช้งาน ฉันไม่ต้องการให้เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับฝาชักโครกเนื่องจากต้องถอดออกเป็นระยะเพื่อซักและไม่รบกวน การฆ่าเชื้อห้องน้ำเอง ดังนั้นฉันจึงเลือกความจุเป็นองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยา

เซ็นเซอร์การแสดงตน

ตามโครงการที่เผยแพร่ข้างต้น ฉันสร้างต้นแบบ รายละเอียดของเซ็นเซอร์ capacitive ประกอบอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ บอร์ดวางอยู่ในกล่องพลาสติกและปิดฝา ในการเชื่อมต่อเสาอากาศ มีการติดตั้งคอนเน็กเตอร์แบบขาเดียวในตัวเครื่อง และติดตั้งคอนเน็กเตอร์ RSh2N สี่พินเพื่อจ่ายแรงดันไฟและสัญญาณของแหล่งจ่าย PCB เชื่อมต่อกับขั้วต่อบัดกรี ตัวนำทองแดงในฉนวนไฟเบอร์

เซ็นเซอร์ capacitive แบบสัมผัสถูกประกอบบนไมโครเซอร์กิตสองวงจรของ KR561 ซีรีส์, LE5 ​​​​และ TM2 คุณสามารถใช้ KR561LA7 แทนชิป KR561LE5 ได้ ชิปของซีรีส์ 176 ซึ่งเป็นแอนะล็อกนำเข้าก็เหมาะสมเช่นกัน ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไฟ LED จะพอดีกับทุกประเภท Capacitor C2 สำหรับการทำงานที่มั่นคงของเซ็นเซอร์ capacitive เมื่อทำงานในสภาวะที่มีอุณหภูมิผันผวนมาก สิ่งแวดล้อมคุณต้องใช้ TKE ขนาดเล็ก

เซ็นเซอร์ถูกติดตั้งไว้ใต้ฐานของโถส้วมซึ่งติดตั้งอยู่ ถังระบายน้ำในสถานที่ซึ่งในกรณีที่มีการรั่วไหลจากถังน้ำไม่สามารถเข้าไปได้ ตัวเซ็นเซอร์ติดอยู่ที่โถชักโครกโดยใช้เทปกาวสองหน้า

เซ็นเซอร์เสาอากาศของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟคือชิ้นส่วนของลวดทองแดงพันเกลียวยาว 35 ซม. ในฉนวน PTFE ติดกาวด้วยเทปใสที่ผนังด้านนอกของโถชักโครก 1 ซม. ใต้ระนาบของแว่นตา เซ็นเซอร์มองเห็นได้ชัดเจนในภาพถ่าย

ในการปรับความไวของเซ็นเซอร์สัมผัส หลังจากติดตั้งบนโถสุขภัณฑ์แล้ว จำเป็นต้องเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่า R3 เพื่อให้ LED HL2 ดับลง ถัดไป วางมือบนฝาชักโครกเหนือตำแหน่งของเซ็นเซอร์ ไฟ LED HL2 จะสว่างขึ้น หากคุณเอามือออก ให้ออกไป ตั้งแต่ต้นขามนุษย์โดยมวล มือมากขึ้นจากนั้นในระหว่างการใช้งานเซ็นเซอร์สัมผัสหลังจากการตั้งค่าดังกล่าวจะรับประกันการทำงาน

การออกแบบและรายละเอียดของสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive

วงจรสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive มี รายละเอียดเพิ่มเติมและต้องมีที่อยู่อาศัยเพื่อรองรับพวกเขา ขนาดใหญ่ขึ้นและด้วยเหตุผลด้านสุนทรียภาพ รูปร่างตัวเรือนที่วางเซ็นเซอร์วัดระยะไม่เหมาะมากสำหรับการติดตั้งในที่ที่เห็นได้ชัดเจน เต้ารับติดผนัง rj-11 สำหรับเชื่อมต่อโทรศัพท์ดึงความสนใจไปที่ตัวเอง มันพอดีกับขนาดจริงและดูดี หลังจากนำทุกสิ่งที่ไม่จำเป็นออกจากเต้าเสียบแล้ว ฉันจึงวางแผงวงจรพิมพ์ของสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive เข้าไป

สำหรับซ่อม แผงวงจรพิมพ์มีการติดตั้งชั้นวางสั้นที่ฐานของเคสและแผงวงจรพิมพ์ที่มีชิ้นส่วนสวิตช์สัมผัสถูกขันด้วยสกรู

เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟทำขึ้นโดยการติดแผ่นทองเหลืองที่ด้านล่างของฝาปิดซ็อกเก็ตด้วยกาว Moment หลังจากตัดหน้าต่างสำหรับไฟ LED ในนั้นออก เมื่อปิดฝา สปริง (ที่นำมาจากไฟแช็กหินเหล็กไฟ) จะสัมผัสกับแผ่นทองเหลือง ดังนั้นจึงให้หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างวงจรกับเซ็นเซอร์

สวิตช์สัมผัสแบบ capacitive ติดอยู่กับผนังโดยใช้สกรูเกลียวปล่อยหนึ่งตัว ด้วยเหตุนี้จึงจัดให้มีรูในร่างกาย ถัดไป มีการติดตั้งบอร์ด คอนเน็กเตอร์ และฝาครอบถูกยึดด้วยสลัก

การตั้งค่าสวิตช์คาปาซิทีฟแทบจะเหมือนกับการตั้งค่าของเซ็นเซอร์วัดระยะที่อธิบายข้างต้น สำหรับการปรับจูน คุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้าและปรับตัวต้านทานเพื่อให้ HL2 LED สว่างขึ้นเมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์ และดับลงเมื่อถอดออก ถัดไป คุณต้องเปิดใช้งานเซ็นเซอร์สัมผัสและนำและเอามือของคุณไปที่เซ็นเซอร์สวิตช์ ไฟ LED HL2 ควรกะพริบและไฟ LED HL3 สีแดงจะสว่างขึ้น เมื่อนำมือออก ไฟ LED สีแดงจะยังคงสว่างอยู่ เมื่อยกมือขึ้นอีกครั้งหรือถอดร่างกายออกจากเซ็นเซอร์ ไฟ LED HL3 ควรดับ นั่นคือปิดการจ่ายน้ำในโถปัสสาวะหญิง

PCB สากล

เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่แสดงด้านบนประกอบอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ ซึ่งแตกต่างจากแผงวงจรพิมพ์ที่แสดงในภาพด้านล่างเล็กน้อย นี่เป็นเพราะการรวมกันของแผงวงจรพิมพ์ทั้งสองแบบเป็นแผ่นเดียวสากล หากคุณประกอบสวิตช์สัมผัส คุณจะต้องตัดหมายเลขแทร็ก 2 เท่านั้น หากคุณประกอบเซ็นเซอร์การมีอยู่ แทร็กหมายเลข 1 จะถูกลบออกและติดตั้งองค์ประกอบบางอย่าง

ไม่ได้ติดตั้งองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการทำงานของสวิตช์สัมผัส แต่ขัดขวางการทำงานของเซ็นเซอร์แสดงสถานะ R4, C5, R6, C6, HL2 และ R4 แทนที่จะเป็น R4 และ C6 จัมเปอร์ลวดจะถูกบัดกรี ปล่อยโซ่ R4, C5 ได้ จะไม่กระทบต่องาน

ด้านล่างเป็นภาพวาดของแผงวงจรพิมพ์สำหรับทำเป็นสันโดยใช้วิธีทางความร้อนในการติดรางบนฟอยล์

การพิมพ์ภาพวาดบนกระดาษมันหรือกระดาษลอกลายก็เพียงพอแล้วและเทมเพลตก็พร้อมสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์

การทำงานที่ปราศจากปัญหาของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟสำหรับระบบควบคุมแบบสัมผัสของการจ่ายน้ำในโถปัสสาวะหญิงได้รับการพิสูจน์แล้วในทางปฏิบัติเป็นเวลาสามปีของการทำงานอย่างต่อเนื่อง ไม่มีการบันทึกความล้มเหลว

อย่างไรก็ตาม ฉันต้องการทราบว่าวงจรมีความไวต่อสัญญาณรบกวนอันทรงพลัง ฉันได้รับอีเมลขอความช่วยเหลือเกี่ยวกับการตั้งค่า ปรากฎว่าในระหว่างการดีบักของวงจรมีหัวแร้งพร้อมตัวควบคุมอุณหภูมิไทริสเตอร์ในบริเวณใกล้เคียง หลังจากปิดหัวแร้ง วงจรก็ทำงาน

มีอีกกรณีหนึ่ง ติดตั้งเซ็นเซอร์ capacitive ในหลอดไฟซึ่งเชื่อมต่อกับเต้าเสียบเดียวกันกับตู้เย็น เมื่อคุณเปิดเครื่อง ไฟจะเปิดขึ้นและเมื่อคุณปิดเครื่องอีกครั้ง ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยการเชื่อมต่อหลอดไฟกับเต้ารับอื่น

มีจดหมายฉบับหนึ่งเกี่ยวกับความสำเร็จของการประยุกต์ใช้วงจรเซ็นเซอร์ capacitive ที่อธิบายไว้เพื่อปรับระดับน้ำใน ถังเก็บน้ำจากพลาสติก ในส่วนล่างและส่วนบน เซ็นเซอร์จะติดซิลิโคนด้วยซิลิโคน ซึ่งควบคุมการเปิดและปิดของปั๊มไฟฟ้า

เซ็นเซอร์สัมผัสสำหรับ Arduino

โมดูลเป็นปุ่มสัมผัสสัญญาณดิจิตอลจะถูกสร้างขึ้นที่เอาต์พุตซึ่งแรงดันไฟฟ้านั้นสอดคล้องกับระดับของตรรกะและศูนย์ หมายถึงเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive เราพบอุปกรณ์อินพุตดังกล่าวเมื่อทำงานกับการแสดงผลของแท็บเล็ต, iPhone หรือจอภาพแบบสัมผัส หากบนจอภาพเรากดไอคอนด้วยสไตลัสหรือนิ้วสำหรับสิ่งนี้เราใช้พื้นที่ของบอร์ดที่มีขนาดของไอคอน Windows ซึ่งถูกสัมผัสด้วยนิ้วเท่านั้นไม่รวมสไตลัส พื้นฐานของโมดูลคือชิป TTP223-BA6 มีไฟแสดงสถานะเพาเวอร์

การควบคุมจังหวะการเล่นเมโลดี้

เมื่อติดตั้งในอุปกรณ์ พื้นที่เซ็นเซอร์ของพื้นผิวบอร์ดโมดูลจะหุ้มด้วยไฟเบอร์กลาส พลาสติก แก้ว หรือไม้บางๆ ข้อดีของปุ่มสัมผัสแบบ capacitive ได้แก่ อายุการใช้งานที่ยาวนานและความเป็นไปได้ในการปิดผนึกแผงด้านหน้าของอุปกรณ์ คุณสมบัติป้องกันการก่อกวน ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เซ็นเซอร์สัมผัสในเครื่องใช้ภายนอกอาคารเมื่อสัมผัสหยดน้ำโดยตรง ตัวอย่างเช่น ปุ่มกริ่งประตูหรือ เครื่องใช้ไฟฟ้า. แอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจในอุปกรณ์ สมาร์ทเฮาส์- เปลี่ยนสวิตช์ไฟ

ลักษณะเฉพาะ

แรงดันไฟจ่าย 2.5 - 5.5 V
สัมผัสเวลาตอบสนองในโหมดการบริโภคในปัจจุบันต่างๆ
ต่ำ 220 ms
ปกติ 60 ms
สัญญาณเอาท์พุต
แรงดันไฟฟ้า
บันทึกสูง ระดับ 0.8 X แรงดันไฟจ่าย
บันทึกต่ำ ระดับ 0.3 X แรงดันไฟจ่าย
กระแสไฟที่ระดับการจ่ายและลอจิก 3 V, mA
ต่ำ8
สูง -4
ขนาดกระดาน 28 x 24 x 8 mm

ติดต่อและสัญญาณ

ไม่มีการสัมผัส - สัญญาณเอาต์พุตมีระดับลอจิกต่ำ สัมผัส - หน่วยลอจิคัลที่เอาต์พุตเซ็นเซอร์

ทำไมมันถึงได้ผลหรือทฤษฎีบางอย่าง

ร่างกายของมนุษย์ก็เหมือนกับทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเรา ลักษณะไฟฟ้า. เมื่อเซ็นเซอร์สัมผัสถูกกระตุ้น ความจุ ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำของเราจะปรากฏขึ้น ที่ด้านล่างของบอร์ดโมดูลมีส่วนของฟอยล์ที่เชื่อมต่อกับอินพุตของไมโครเซอร์กิต ระหว่างนิ้วของผู้ปฏิบัติงานกับฟอยล์ที่ด้านล่างมีชั้นอิเล็กทริก - วัสดุของฐานพาหะของแผงวงจรพิมพ์โมดูล ในขณะที่สัมผัสกัน ร่างกายมนุษย์จะถูกชาร์จด้วยกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กที่ไหลผ่านตัวเก็บประจุที่เกิดจากแผ่นฟอยล์และนิ้วของมนุษย์ ในมุมมองแบบง่าย กระแสจะไหลผ่านตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม: ฟอยล์ นิ้วหนึ่งที่อยู่บนพื้นผิวตรงข้ามของบอร์ด และร่างกายมนุษย์ ดังนั้นหากพื้นผิวของบอร์ดถูกปกคลุมด้วยฉนวนบาง ๆ สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความหนาของชั้นอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุแบบฟอยล์และจะไม่รบกวนการทำงานของโมดูล
ไมโครเซอร์กิต TTP223-BA6 จับพัลส์กระแสไฟขนาดเล็กและลงทะเบียนการสัมผัส ด้วยคุณสมบัติของไมโครเซอร์กิต เทคโนโลยีนี้จึงไม่เป็นอันตรายต่อการทำงานกับกระแสดังกล่าว เมื่อเราสัมผัสกรณีของทีวีหรือจอภาพที่ใช้งานได้ กระแสไฟขนาดเล็กจะทะลุผ่านเรา

โหมดพลังงานต่ำ

หลังจากจ่ายไฟแล้ว เซ็นเซอร์สัมผัสจะอยู่ในโหมดพลังงานต่ำ หลังจากทริกเกอร์เป็นเวลา 12 วินาที โมดูลจะเข้าสู่โหมดปกติ หากไม่มีการติดต่อเพิ่มเติม โมดูลจะกลับสู่โหมดลดการใช้กระแสไฟ ความเร็วในการตอบสนองของโมดูลที่จะสัมผัสในโหมดต่างๆ ระบุไว้ในข้อกำหนดด้านบน

ทำงานกับ Arduino UNO

ดาวน์โหลดโปรแกรมต่อไปนี้ไปยัง Arduino UNO

#define ctsPin 2 // ติดต่อเพื่อต่อสายสัญญาณเซ็นเซอร์สัมผัส
int ledPin = 13; // ปักหมุดสำหรับ LED

การตั้งค่าเป็นโมฆะ() (
Serial.begin(9600);
โหมดพิน (ledPin, เอาต์พุต);
pinMode(ctsPin, INPUT);
}

วงเป็นโมฆะ () (
int ctsValue = digitalRead (ctsPin);
ถ้า (ctsValue == สูง)(
digitalWrite (ledPin, สูง);
Serial.println("สัมผัส");
}
อื่น(
digitalWrite (ledPin ต่ำ);
Serial.println("ไม่ได้สัมผัส");
}
ล่าช้า (500);
}

เชื่อมต่อเซ็นเซอร์สัมผัสและ Arduino UNO ตามที่แสดง วงจรสามารถเสริมด้วย LED ที่เปิดขึ้นเมื่อสัมผัสเซ็นเซอร์ โดยเชื่อมต่อผ่านตัวต้านทาน 430 โอห์มเพื่อพิน 13 ปุ่มสัมผัสมักติดตั้งตัวแสดงสถานะการสัมผัส ทำให้ผู้ปฏิบัติงานทำงานได้ง่ายขึ้น เมื่อกดปุ่มแบบกลไก เราจะรู้สึกถึงการคลิกโดยไม่คำนึงถึงปฏิกิริยาของระบบ ความแปลกใหม่ของเทคโนโลยีนี้ค่อนข้างน่าแปลกใจเล็กน้อยเนื่องจากทักษะยนต์ของเราที่พัฒนาขึ้นตลอดหลายปีที่ผ่านมา ตัวบ่งชี้ความดันช่วยเราให้พ้นจากความรู้สึกแปลกใหม่

ผู้มีสิทธิเลือกตั้ง 2008 №7-8

การทำงานของเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive ขึ้นอยู่กับความจุไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เมื่อนำนิ้วเข้าใกล้เซ็นเซอร์ จะเป็นการสร้างความจุระหว่างเซ็นเซอร์กับพื้น ซึ่งอยู่ในช่วง 30 ... 100 pF สามารถใช้เอฟเฟกต์นี้กับเซ็นเซอร์ความใกล้ชิดและสวิตช์สัมผัส

เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนกว่าเซ็นเซอร์อื่นๆ (เช่น ถูกกระตุ้นโดยสัญญาณรบกวน 50/60 Hz หรือความต้านทานในการวัด) แต่จะใช้งานยากกว่า ผู้ผลิตชิปเช่น Microchip ได้สร้าง IC แบบกำหนดเองเพื่อจุดประสงค์นี้ในอดีต อย่างไรก็ตาม แม้กระทั่งตอนนี้ก็ยังสามารถสร้างเครื่องตรวจจับตัวเก็บประจุและ/หรือสวิตช์ที่เชื่อถือได้โดยใช้ส่วนประกอบมาตรฐานเพียงไม่กี่ชิ้น

ในวงจรนี้ เราตรวจพบการเปลี่ยนแปลงความกว้างพัลส์ของสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสที่สัมผัส ในรูปที่ 1 โหนดต่อไปนี้สามารถพิจารณาได้ (จากซ้ายไปขวา):

ข้าว. 1. IC1 - 561TL1

เครื่องกำเนิดพัลส์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าสร้างขึ้นจากทริกเกอร์ชมิตต์ (IC CD4093);
วงจร RC ที่มีไดโอดดับตามด้วย Schmitt trigger/terminal plate พร้อมตัวเก็บประจุแยก 470 pF;
- การรวมวงจร RC ที่แปลงการเปลี่ยนแปลงความกว้างพัลส์เป็นแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้อยู่ในพื้นที่ 2.9 ... 3.2 โวลต์เมื่อสัมผัสเพลตและ 2.6 โวลต์ไม่เช่นนั้น
- เครื่องเปรียบเทียบ LM 339 ใช้เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟที่จุด C กับแรงดันอ้างอิงที่จุด D ส่วนหลังมีค่าประมาณ 2.8 V และกำหนดโดยตัวแบ่งแรงดัน

ทันทีที่สัมผัสแผ่นเซ็นเซอร์ เอาต์พุตของวงจรจะทำงาน เพื่ออธิบายการทำงานของวงจร รูปที่ 2 แสดงรูปคลื่นของสัญญาณใน จุดต่างๆ. เส้นประแสดงสถานะเมื่อสัมผัสแผ่นเซ็นเซอร์ เส้นทึบแสดงเมื่อไม่มีการแตะ

ข้าว. 2. ออสซิลโลแกรมของสัญญาณที่จุดต่างๆ

แรงดันอ้างอิงที่จุด D จะถูกปรับหนึ่งครั้งโดยใช้ตัวแบ่ง R4/R5 (โดยการเปลี่ยนค่าของ R4) ขนาดของแรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของแผ่นเซ็นเซอร์อย่างมาก (โดยปกติคือสองสามตารางเซนติเมตร) สี่เหลี่ยมใหญ่พื้นผิวของเพลตจะเพิ่มความจุและแรงดันไฟที่จุด C จะมากกว่าแรงดันเมื่อเพลตไม่สัมผัส แรงดันอ้างอิงที่จุด D ควรตั้งค่าให้ใกล้กับ 3.4 V มากขึ้น เซ็นเซอร์สัมผัสสามารถทำงานกับเพลตได้เช่นกัน พื้นที่ขนาดใหญ่(เช่น คุณสามารถใช้ทั้งตัวเป็นเซ็นเซอร์ได้)

สัญญาณเอาท์พุตสามารถใช้เพื่อเปิดโหลดต่างๆ ในหลายกรณี ขอแนะนำให้เพิ่มทริกเกอร์ Schmitt หนึ่งตัวไปยังเอาต์พุต โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเอาต์พุตเชื่อมต่อกับอินพุตดิจิทัล

วิม อบูย์ส

ข้าว. 4. ตำแหน่งของส่วนประกอบบนแผงวงจรพิมพ์

ข้าว. 5. พีซีบี

ข้าว. 6. แผงวงจรพิมพ์ (กระจกมองหลัง)

เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟเป็นหนึ่งในประเภทของเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัส ซึ่งหลักการนั้นขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุสองแผ่น แผ่นหนึ่งเป็นเซ็นเซอร์วงจรในรูปของแผ่นโลหะหรือลวด และแผ่นที่สองเป็นสารนำไฟฟ้า เช่น โลหะ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์

เมื่อพัฒนาระบบสำหรับเปิดการจ่ายน้ำอัตโนมัติไปยังโถสุขภัณฑ์สำหรับโถสุขภัณฑ์ จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์วัดระยะแบบ capacitive และสวิตช์ที่มีความเชื่อถือได้สูง ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายนอก ความชื้น ฝุ่น และแรงดันไฟฟ้า ฉันยังต้องการขจัดความจำเป็นที่บุคคลต้องสัมผัสส่วนควบคุมของระบบ ข้อกำหนดสามารถทำได้โดยวงจรเซ็นเซอร์ที่ทำงานบนหลักการของการเปลี่ยนแปลงความจุเท่านั้น ฉันไม่พบรูปแบบสำเร็จรูปที่ตรงตามข้อกำหนดที่จำเป็นฉันต้องพัฒนาด้วยตัวเอง

ผลลัพธ์ที่ได้คือเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive สากลที่ไม่ต้องการการปรับแต่งและตอบสนองต่อการเข้าใกล้วัตถุที่นำไฟฟ้า รวมถึงบุคคล ที่ระยะห่างสูงสุด 5 ซม. ขอบเขตของเซ็นเซอร์สัมผัสที่เสนอนั้นไม่จำกัด สามารถใช้ ตัวอย่างเช่น เพื่อเปิดไฟ ระบบเตือนภัย ตรวจจับระดับน้ำ และในกรณีอื่น ๆ อีกมากมาย

แผนภาพวงจรไฟฟ้า

จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive สองตัวเพื่อควบคุมการไหลของน้ำในโถสุขภัณฑ์ ต้องติดตั้งเซ็นเซอร์หนึ่งตัวโดยตรงในห้องน้ำ โดยจะต้องให้สัญญาณศูนย์แบบลอจิคัลต่อหน้าบุคคล และในกรณีที่ไม่มีสัญญาณหน่วยลอจิคัล เซ็นเซอร์ capacitive ตัวที่สองควรทำหน้าที่เป็นสวิตช์น้ำและอยู่ในสถานะตรรกะอย่างใดอย่างหนึ่ง

เมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์จะต้องเปลี่ยนสถานะตรรกะที่เอาต์พุต - จากสถานะเดียวเริ่มต้นไปยังสถานะของศูนย์ตรรกะเมื่อมือถูกสัมผัสอีกครั้งจากสถานะศูนย์เพื่อไปยังสถานะ ของตรรกะอย่างใดอย่างหนึ่ง และอื่น ๆ จนกระทั่งสวิตช์เซ็นเซอร์ได้รับสัญญาณเปิดใช้งานศูนย์ตรรกะจากเซ็นเซอร์แสดงตน

วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ Capacitive

พื้นฐานของวงจรเซ็นเซอร์ตรวจจับการสัมผัสแบบ capacitive คือเครื่องกำเนิดพัลส์สี่เหลี่ยมต้นแบบ ซึ่งสร้างขึ้นตามรูปแบบคลาสสิกบนองค์ประกอบลอจิกสององค์ประกอบของไมโครเซอร์กิต D1.1 และ D1.2 ความถี่ออสซิลเลเตอร์ถูกกำหนดโดยค่าขององค์ประกอบ R1 และ C1 และเลือกที่ประมาณ 50 kHz ค่าความถี่แทบไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟ ฉันเปลี่ยนความถี่จาก 20 เป็น 200 kHz และไม่ได้สังเกตเห็นผลกระทบใด ๆ ต่อการทำงานของอุปกรณ์

จากเอาต์พุต 4 ตัวของชิป D1.2 สัญญาณสี่เหลี่ยมจะถูกป้อนผ่านตัวต้านทาน R2 ไปยังอินพุต 8, 9 ของชิป D1.3 และผ่านตัวต้านทานผันแปร R3 ไปยังอินพุต 12.13 D1.4 สัญญาณมาถึงอินพุตของชิป D1.3 โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความชันของด้านหน้าพัลส์เนื่องจากเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งซึ่งเป็นชิ้นส่วนของลวดหรือแผ่นโลหะ ที่อินพุต D1.4 เนื่องจากตัวเก็บประจุ C2 ด้านหน้าจะเปลี่ยนไปตามเวลาที่ต้องชาร์จใหม่ เนื่องจากมีตัวต้านทานปรับ R3 จึงเป็นไปได้ที่จะตั้งค่าด้านหน้าของพัลส์ที่อินพุต D1.4 เท่ากับด้านหน้าของพัลส์ที่อินพุต D1.3

หากคุณนำมือหรือวัตถุที่เป็นโลหะเข้ามาใกล้เสาอากาศมากขึ้น (เซ็นเซอร์สัมผัส) ความจุที่อินพุตของวงจรไมโคร DD1.3 จะเพิ่มขึ้น และด้านหน้าของพัลส์ที่เข้ามาจะล่าช้าตามเวลาที่สัมพันธ์กับด้านหน้าของ ชีพจรมาที่อินพุตของ DD1.4 เพื่อ "จับ" ความล่าช้านี้เกี่ยวกับพัลส์ที่กลับด้านจะถูกป้อนไปยังชิป DD2.1 ซึ่งเป็น D flip-flop ที่ทำงานดังนี้ บนขอบบวกของพัลส์ที่มาถึงอินพุตของไมโครเซอร์กิต C สัญญาณที่อยู่ที่อินพุต D ในขณะนั้นถูกส่งไปยังเอาต์พุตของทริกเกอร์ ดังนั้น หากสัญญาณที่อินพุต D ไม่เปลี่ยนแปลง พัลส์ขาเข้าที่อินพุตการนับ C ไม่ส่งผลต่อระดับของสัญญาณเอาต์พุต คุณสมบัติของทริกเกอร์ D นี้ทำให้สามารถสร้างเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive อย่างง่ายได้

เมื่อความจุของเสาอากาศเนื่องจากการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์ที่อินพุตของ DD1.3 เพิ่มขึ้นพัลส์จะล่าช้าและสิ่งนี้ได้รับการแก้ไขโดยทริกเกอร์ D ซึ่งเปลี่ยนสถานะเอาต์พุต ไฟ LED HL1 ใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของแรงดันไฟฟ้า และ HL2 เพื่อระบุความใกล้ชิดกับเซ็นเซอร์สัมผัส

วงจรสวิตช์สัมผัส

วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟยังสามารถใช้เพื่อสั่งงานสวิตช์สัมผัสได้ แต่ต้องมีการปรับแต่งเล็กน้อย เนื่องจากไม่เพียงต้องการตอบสนองต่อการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์เท่านั้น แต่ยังต้องอยู่ในสถานะคงที่หลังจากถอดมือออก . ในการแก้ปัญหานี้ จำเป็นต้องเพิ่มทริกเกอร์ D อีกตัวหนึ่ง DD2.2 ไปยังเอาต์พุตของเซ็นเซอร์สัมผัส ซึ่งเชื่อมต่อตามวงจรหารด้วยสอง

วงจรเซ็นเซอร์ capacitive ได้รับการแก้ไขเล็กน้อย เพื่อขจัดผลบวกที่ผิดพลาด เนื่องจากบุคคลสามารถนำและเอามือของเขาออกได้ช้าเนื่องจากการรบกวน เซ็นเซอร์สามารถส่งสัญญาณพัลส์หลาย ๆ อันไปยังอินพุตการนับ D ของทริกเกอร์ ซึ่งละเมิดอัลกอริธึมการทำงานของสวิตช์ที่จำเป็น ดังนั้นจึงเพิ่มห่วงโซ่ RC ขององค์ประกอบ R4 และ C5 ซึ่งบล็อกความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนทริกเกอร์ D ในช่วงเวลาสั้น ๆ

ทริกเกอร์ DD2.2 ทำงานในลักษณะเดียวกับ DD2.1 แต่สัญญาณไปยังอินพุต D ไม่ได้มาจากองค์ประกอบอื่น แต่มาจากเอาต์พุตผกผันของ DD2.2 เป็นผลให้บนขอบบวกของพัลส์มาถึงอินพุต C สัญญาณที่อินพุต D จะเปลี่ยนไปเป็นตรงกันข้าม ตัวอย่างเช่น หากในสถานะเริ่มต้นมีศูนย์ตรรกะที่พิน 13 เมื่อนำมือของคุณไปที่เซ็นเซอร์หนึ่งครั้ง ทริกเกอร์จะเปลี่ยนและหน่วยลอจิคัลจะถูกตั้งค่าที่พิน 13 ในครั้งถัดไปที่เซ็นเซอร์ถูกดำเนินการ ค่าศูนย์ตรรกะจะถูกตั้งค่าที่พิน 13 อีกครั้ง

ในการปิดกั้นสวิตช์ในกรณีที่ไม่มีบุคคลอยู่ในห้องน้ำ หน่วยลอจิคัลจะถูกจ่ายจากเซ็นเซอร์ไปยังอินพุต R (ตั้งค่าเป็นศูนย์ที่เอาต์พุตทริกเกอร์ โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณที่อินพุตอื่น ๆ ทั้งหมด) ของไมโครเซอร์กิต DD2.2 . ศูนย์ตรรกะถูกตั้งค่าไว้ที่เอาต์พุตของสวิตช์ capacitive ซึ่งถูกป้อนผ่านสายรัดไปยังฐานของทรานซิสเตอร์ที่สำคัญสำหรับการเปิดโซลินอยด์วาล์วใน Power and Switching Unit

ตัวต้านทาน R6 ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณปิดกั้นจากเซ็นเซอร์ capacitive ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวหรือการแตกในสายควบคุม จะบล็อกทริกเกอร์ที่อินพุต R ซึ่งจะช่วยขจัดความเป็นไปได้ที่การจ่ายน้ำตามธรรมชาติไปยังโถปัสสาวะหญิง ตัวเก็บประจุ C6 ปกป้องอินพุต R จากการรบกวน LED HL3 ทำหน้าที่ระบุปริมาณน้ำประปาในโถปัสสาวะหญิง

โครงสร้างและรายละเอียดของเซ็นเซอร์สัมผัส capacitive

เมื่อฉันเริ่มออกแบบระบบเซ็นเซอร์โถปัสสาวะหญิง งานที่ยากที่สุดสำหรับฉันดูเหมือนจะเป็นการพัฒนาเซ็นเซอร์วัดระยะแบบประจุไฟฟ้า เนื่องจากข้อจำกัดหลายประการในการติดตั้งและการใช้งาน ฉันไม่ต้องการให้เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับฝาชักโครกแบบกลไก เนื่องจากต้องถอดเซ็นเซอร์ออกเป็นระยะเพื่อซัก และไม่รบกวนการฆ่าเชื้อของโถส้วมเอง ดังนั้นฉันจึงเลือกความจุเป็นองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยา

เซ็นเซอร์การแสดงตน

ตามโครงการที่เผยแพร่ข้างต้น ฉันสร้างต้นแบบ รายละเอียดของเซ็นเซอร์ capacitive ประกอบอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ บอร์ดวางอยู่ในกล่องพลาสติกและปิดฝา ในการเชื่อมต่อเสาอากาศ มีการติดตั้งคอนเน็กเตอร์แบบขาเดียวในตัวเครื่อง และติดตั้งคอนเน็กเตอร์ RSh2N สี่พินเพื่อจ่ายแรงดันไฟและสัญญาณของแหล่งจ่าย แผงวงจรพิมพ์เชื่อมต่อกับขั้วต่อโดยการบัดกรีด้วยตัวนำทองแดงในฉนวนฟลูออโรเรซิ่น

เซ็นเซอร์ capacitive แบบสัมผัสถูกประกอบบนไมโครเซอร์กิตสองวงจรของ KR561 ซีรีส์, LE5 ​​​​และ TM2 คุณสามารถใช้ KR561LA7 แทนชิป KR561LE5 ได้ ชิปของซีรีส์ 176 ซึ่งเป็นแอนะล็อกนำเข้าก็เหมาะสมเช่นกัน ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไฟ LED จะพอดีกับทุกประเภท Capacitor C2 สำหรับการทำงานที่มั่นคงของเซ็นเซอร์ capacitive เมื่อทำงานภายใต้สภาวะที่มีความผันผวนสูงในอุณหภูมิแวดล้อม ต้องใช้ TKE ขนาดเล็ก

มีการติดตั้งเซ็นเซอร์ใต้แท่นชักโครกซึ่งติดตั้งถังระบายน้ำในสถานที่ที่น้ำไม่สามารถเข้าไปได้ในกรณีที่มีการรั่วไหลจากถัง ตัวเซ็นเซอร์ติดอยู่ที่โถชักโครกโดยใช้เทปกาวสองหน้า

เซ็นเซอร์เสาอากาศของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟคือชิ้นส่วนของลวดทองแดงพันเกลียวยาว 35 ซม. ในฉนวน PTFE ติดกาวด้วยเทปใสที่ผนังด้านนอกของโถชักโครก 1 ซม. ใต้ระนาบของแว่นตา เซ็นเซอร์มองเห็นได้ชัดเจนในภาพถ่าย

ในการปรับความไวของเซ็นเซอร์สัมผัส หลังจากติดตั้งบนโถสุขภัณฑ์แล้ว จำเป็นต้องเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานปรับค่า R3 เพื่อให้ LED HL2 ดับลง ถัดไป วางมือบนฝาชักโครกเหนือตำแหน่งของเซ็นเซอร์ ไฟ LED HL2 จะสว่างขึ้น หากคุณเอามือออก ให้ออกไป เนื่องจากต้นขาของมนุษย์มีมวลมากกว่าแขน ดังนั้นในระหว่างการใช้งาน เซ็นเซอร์สัมผัสจะรับประกันการทำงานหลังจากการตั้งค่าดังกล่าว

การออกแบบและรายละเอียดของสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive

วงจรสวิตช์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟมีรายละเอียดมากขึ้นและจำเป็นต้องมีเคสขนาดใหญ่เพื่อรองรับ และด้วยเหตุผลด้านสุนทรียภาพ รูปลักษณ์ของเคสที่วางเซ็นเซอร์วัดระยะไม่เหมาะมากสำหรับการติดตั้งในที่ที่เห็นได้ชัดเจน เต้ารับติดผนัง rj-11 สำหรับเชื่อมต่อโทรศัพท์ดึงความสนใจไปที่ตัวเอง มันพอดีกับขนาดจริงและดูดี หลังจากนำทุกสิ่งที่ไม่จำเป็นออกจากเต้าเสียบแล้ว ฉันจึงวางแผงวงจรพิมพ์ของสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive เข้าไป

ในการซ่อมแผงวงจรพิมพ์นั้น ได้มีการติดตั้งเสาแบบสั้นที่ฐานของเคส และแผงวงจรพิมพ์ที่มีชิ้นส่วนสวิตช์สัมผัสถูกขันด้วยสกรู

เซ็นเซอร์เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟทำขึ้นโดยการติดแผ่นทองเหลืองที่ด้านล่างของฝาปิดซ็อกเก็ตด้วยกาว Moment หลังจากตัดหน้าต่างสำหรับไฟ LED ในนั้นออก เมื่อปิดฝา สปริง (ที่นำมาจากไฟแช็กหินเหล็กไฟ) จะสัมผัสกับแผ่นทองเหลือง ดังนั้นจึงให้หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างวงจรกับเซ็นเซอร์

สวิตช์สัมผัสแบบ capacitive ติดอยู่กับผนังโดยใช้สกรูเกลียวปล่อยหนึ่งตัว ด้วยเหตุนี้จึงจัดให้มีรูในร่างกาย ถัดไป มีการติดตั้งบอร์ด คอนเน็กเตอร์ และฝาครอบถูกยึดด้วยสลัก

การตั้งค่าสวิตช์คาปาซิทีฟแทบจะเหมือนกับการตั้งค่าของเซ็นเซอร์วัดระยะที่อธิบายข้างต้น สำหรับการปรับจูน คุณต้องใช้แรงดันไฟฟ้าและปรับตัวต้านทานเพื่อให้ HL2 LED สว่างขึ้นเมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์ และดับลงเมื่อถอดออก ถัดไป คุณต้องเปิดใช้งานเซ็นเซอร์สัมผัสและนำและเอามือของคุณไปที่เซ็นเซอร์สวิตช์ ไฟ LED HL2 ควรกะพริบและไฟ LED HL3 สีแดงจะสว่างขึ้น เมื่อนำมือออก ไฟ LED สีแดงจะยังคงสว่างอยู่ เมื่อยกมือขึ้นอีกครั้งหรือถอดร่างกายออกจากเซ็นเซอร์ ไฟ LED HL3 ควรดับ นั่นคือปิดการจ่ายน้ำในโถปัสสาวะหญิง

PCB สากล

เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่แสดงด้านบนประกอบอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ ซึ่งแตกต่างจากแผงวงจรพิมพ์ที่แสดงในภาพด้านล่างเล็กน้อย นี่เป็นเพราะการรวมกันของแผงวงจรพิมพ์ทั้งสองแบบเป็นแผ่นเดียวสากล หากคุณประกอบสวิตช์สัมผัส คุณจะต้องตัดหมายเลขแทร็ก 2 เท่านั้น หากคุณประกอบเซ็นเซอร์การมีอยู่ แทร็กหมายเลข 1 จะถูกลบออกและติดตั้งองค์ประกอบบางอย่าง

ไม่ได้ติดตั้งองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการทำงานของสวิตช์สัมผัส แต่ขัดขวางการทำงานของเซ็นเซอร์แสดงสถานะ R4, C5, R6, C6, HL2 และ R4 แทนที่จะเป็น R4 และ C6 จัมเปอร์ลวดจะถูกบัดกรี ปล่อยโซ่ R4, C5 ได้ จะไม่กระทบต่องาน

ด้านล่างเป็นภาพวาดของแผงวงจรพิมพ์สำหรับทำเป็นสันโดยใช้วิธีทางความร้อนในการติดรางบนฟอยล์

การพิมพ์ภาพวาดบนกระดาษมันหรือกระดาษลอกลายก็เพียงพอแล้วและเทมเพลตก็พร้อมสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์

การทำงานที่ปราศจากปัญหาของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟสำหรับระบบควบคุมแบบสัมผัสของการจ่ายน้ำในโถปัสสาวะหญิงได้รับการพิสูจน์แล้วในทางปฏิบัติเป็นเวลาสามปีของการทำงานอย่างต่อเนื่อง ไม่มีการบันทึกความล้มเหลว

อย่างไรก็ตาม ฉันต้องการทราบว่าวงจรมีความไวต่อสัญญาณรบกวนอันทรงพลัง ฉันได้รับอีเมลขอความช่วยเหลือเกี่ยวกับการตั้งค่า ปรากฎว่าในระหว่างการดีบักของวงจรมีหัวแร้งพร้อมตัวควบคุมอุณหภูมิไทริสเตอร์ในบริเวณใกล้เคียง หลังจากปิดหัวแร้ง วงจรก็ทำงาน

มีอีกกรณีหนึ่ง ติดตั้งเซ็นเซอร์ capacitive ในหลอดไฟซึ่งเชื่อมต่อกับเต้าเสียบเดียวกันกับตู้เย็น เมื่อคุณเปิดเครื่อง ไฟจะเปิดขึ้นและเมื่อคุณปิดเครื่องอีกครั้ง ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยการเชื่อมต่อหลอดไฟกับเต้ารับอื่น

จดหมายฉบับหนึ่งแจ้งถึงความสำเร็จในการใช้วงจรเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่อธิบายไว้เพื่อปรับระดับน้ำในถังเก็บพลาสติก ในส่วนล่างและส่วนบน เซ็นเซอร์จะติดซิลิโคนด้วยซิลิโคน ซึ่งควบคุมการเปิดและปิดของปั๊มไฟฟ้า

แรง ความเครียดทางกล และเซ็นเซอร์สัมผัส

ในระบบ SI หลักหน่วย คือ มวล ความยาว และเวลา ส่วนแรงและความเร่งเป็น อนุพันธ์หน่วย ในระบบหน่วยของอังกฤษและอเมริกา หน่วยพื้นฐานคือ แรง ความยาว และเวลา หน่วยของแรงเป็นหนึ่งในปัจจัยพื้นฐาน ปริมาณทางกายภาพ. การวัดแรงยังดำเนินการในระหว่างการวิจัยเครื่องกล และในงานวิศวกรรมโยธา และเมื่อชั่งน้ำหนักวัตถุ และในการผลิตอวัยวะเทียม เป็นต้น เมื่อกำหนดความดัน จำเป็นต้องมีการวัดแรงด้วย เป็นที่เชื่อกันว่าเมื่อทำงานกับวัตถุที่เป็นของแข็ง แรงจะถูกวัด และเมื่อทำงานกับของเหลวและก๊าซ ความดันจะถูกกำหนด ซึ่งหมายความว่าจะพิจารณาแรงเมื่อมีการกระทำไปยังจุดใดจุดหนึ่ง และความดันจะถูกกำหนดเมื่อแรงกระจายไปทั่วพื้นที่ที่ค่อนข้างใหญ่

เซ็นเซอร์แรงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ เซ็นเซอร์เชิงปริมาณจะวัดแรงและแสดงค่าในหน่วยไฟฟ้า ตัวอย่างของเซ็นเซอร์ดังกล่าว ได้แก่ ทอร์กเซลล์และสเตรนเกจ เซ็นเซอร์คุณภาพเป็นอุปกรณ์ธรณีประตูที่ไม่ทำงาน การหาปริมาณค่าแรง แต่ในการตรวจจับแรงกระทำเกินระดับที่กำหนด ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าวคือแป้นพิมพ์คอมพิวเตอร์ซึ่งแต่ละปุ่มจะปิดหน้าสัมผัสที่เกี่ยวข้องเมื่อกดด้วยแรงบางอย่างเท่านั้น เซ็นเซอร์คุณภาพสูงมักใช้เพื่อตรวจจับการเคลื่อนไหวและตำแหน่งของวัตถุ พรมเช็ดเท้าที่ตอบสนองต่อแรงกดและสายเคเบิลเพียโซอิเล็กทริกเป็นตัวอย่างของเซ็นเซอร์แรงดันคุณภาพ

วิธีการวัดแรงสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้:

1. การปรับสมดุลแรงที่ไม่รู้จักด้วยแรงโน้มถ่วงของวัตถุที่มีมวลที่รู้จัก

2. การวัดความเร่งของวัตถุมวลที่ทราบซึ่งใช้แรงไม่ทราบค่า

3. การปรับสมดุลแรงที่ไม่รู้จักด้วยแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

4. แปลงแรงเป็นแรงดันของเหลวและวัดความดันนี้

5. การวัดความผิดปกติขององค์ประกอบยืดหยุ่นของระบบที่เกิดจากแรงที่ไม่รู้จัก

ในเซ็นเซอร์สมัยใหม่ มักใช้วิธีที่ 5 และวิธีที่ 3 และ 4 ใช้ค่อนข้างน้อย

เซ็นเซอร์ส่วนใหญ่ไม่ การแปลงโดยตรงบังคับเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยปกติต้องมีขั้นตอนกลางหลายขั้นตอน ดังนั้นตามกฎแล้ว เซ็นเซอร์แรงคือ อุปกรณ์ประกอบ. ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์แรงมักจะเป็นการรวมกันของทรานสดิวเซอร์การกระจัดกระจายแรงและตัวตรวจจับตำแหน่ง (การกระจัด) นี่อาจเป็นคอยล์สปริงธรรมดา ซึ่งความยาวที่ลดลงซึ่งเกิดจากแรงอัดที่ใช้ไป จะเป็นสัดส่วนกับค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นของมัน

รูปที่ 1A แสดงเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยสปริงและตัวตรวจจับการเคลื่อนที่ตามหม้อแปลงไฟฟ้าแบบปรับค่าเชิงเส้น (LRDT) ในช่วงการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของความยาวของสปริง แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของ LVDT จะเป็นสัดส่วนกับแรงที่ใช้ ในรูป 1B แสดงอีกเวอร์ชันหนึ่งของเซ็นเซอร์วัดแรง ซึ่งประกอบด้วยเมมเบรนลูกฟูกที่บรรจุของเหลว ซึ่งได้รับผลกระทบโดยตรงจากแรง และเซ็นเซอร์ความดัน เมมเบรนลูกฟูกที่กระจายแรงที่อินพุตเหนือพื้นผิวขององค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของเซ็นเซอร์ความดัน ทำหน้าที่เป็นตัวแปลงแรงดัน

โหลดเซลล์เป็นองค์ประกอบการตรวจวัดค่าความต้านทานที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งมีความต้านทานเป็นสัดส่วนกับความเค้นทางกลที่ใช้ (ค่าความเครียด) เกจวัดความเครียดทั้งหมดขึ้นอยู่กับผลกระทบ piezoresistive ที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ โหลดเซลล์แบบลวดคือตัวต้านทานที่ติดกาวกับซับสเตรตที่ยืดหยุ่น ซึ่งจะติดกับวัตถุที่วัดแรงหรือแรงดันไฟ ในกรณีนี้ จะต้องมีการเชื่อมต่อทางกลที่เชื่อถือได้ระหว่างวัตถุกับองค์ประกอบตรวจจับความเครียด ในขณะที่ลวดต้านทานจะต้องแยกทางไฟฟ้าจากวัตถุ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของพื้นผิวและลวดต้องตรงกัน เพื่อให้ได้ความไวที่ดี เซ็นเซอร์ต้องมีส่วนที่ยาวและยาวตามขวาง (รูปที่ 2) ทำเช่นนี้เพื่อให้ความไวในทิศทางตามขวางไม่เกิน 2% ของความไวตามยาว สำหรับวัดแรงดันไฟฟ้าใน ทิศทางต่างๆเปลี่ยนการกำหนดค่าของเซ็นเซอร์ ควรสังเกตว่าองค์ประกอบการตรวจจับความเครียดของเซมิคอนดักเตอร์ค่อนข้างไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ดังนั้นในวงจรอินเทอร์เฟซหรือในตัวเซ็นเซอร์จึงจำเป็นต้องจัดเตรียมวงจรชดเชยอุณหภูมิ

เซ็นเซอร์สัมผัส- นี่คือทรานสดิวเซอร์แรงหรือแรงดันระดับพิเศษซึ่งมีความหนาเล็กน้อย เซ็นเซอร์เหล่านี้มีประโยชน์เมื่อวัดแรงหรือแรงดันระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวที่อยู่ใกล้กัน เซ็นเซอร์ดังกล่าวมักใช้ในวิทยาการหุ่นยนต์ เช่น ติดตั้งบน "นิ้ว" ของตัวกระตุ้นเชิงกลเพื่อให้แน่ใจว่า ข้อเสนอแนะเมื่อสัมผัสกับวัตถุ - นี่เป็นการเตือนให้รู้ว่าเซ็นเซอร์สัมผัสผิวหนังของมนุษย์ทำงานอย่างไร เซ็นเซอร์สัมผัสใช้ในจอสัมผัส คีย์บอร์ด และอุปกรณ์อื่นๆ ที่ต้องตอบสนองต่อการสัมผัสทางกายภาพ เซ็นเซอร์สัมผัสถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ชีวภาพ เพื่อตรวจสอบการกัดของฟันและการติดตั้งครอบฟันที่ถูกต้องในการปฏิบัติทางทันตกรรม ตลอดจนในการศึกษาแรงกดบนขาของบุคคลขณะเดิน บางครั้งในระหว่างการทำเทียมจะติดตั้งในข้อต่อเทียมเพื่อปรับตำแหน่ง ฯลฯ ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและเครื่องจักรกล เซ็นเซอร์สัมผัสถูกใช้เพื่อกำหนดแรงที่กระทำต่ออุปกรณ์แบบอยู่กับที่

มีการใช้วิธีการหลายวิธีในการผลิตองค์ประกอบการรับสัมผัส ในบางส่วนของพวกเขาเป็นพิเศษ ชั้นบางวัสดุที่ไวต่อความเครียดทางกล ในรูป 3 แสดงเซ็นเซอร์สัมผัสแบบธรรมดาที่มีฟังก์ชันเปิด-ปิด ซึ่งประกอบด้วยแผ่นฟอยล์สองแผ่นและตัวเว้นระยะ รูกลม (หรือรูปทรงอื่นๆ ที่จำเป็น) ถูกทำขึ้นภายในปะเก็น แผ่นฟอยล์แผ่นหนึ่งต่อสายดินและอีกแผ่นเชื่อมต่อกับตัวต้านทานโหลด หากจำเป็นต้องควบคุมโซนอ่อนไหวหลายๆ โซน จะใช้มัลติเพล็กเซอร์ เมื่อใช้แรงภายนอกกับตัวนำด้านบนเหนือรูในปะเก็น มันจะโค้งงอและสัมผัสกับตัวนำด้านล่าง ซึ่งจะทำให้มีการสัมผัสทางไฟฟ้ากับตัวนำด้านบน โดยจะต่อสายดินกับตัวต้านทานโหลด ในกรณีนี้ สัญญาณเอาท์พุตจะกลายเป็น ศูนย์แสดงถึงแรงที่ใช้ ตัวนำด้านบนและด้านล่างสามารถพิมพ์สกรีนด้วยหมึกนำไฟฟ้าบนวัสดุพิมพ์ โซนที่ละเอียดอ่อนของเซ็นเซอร์ดังกล่าวถูกกำหนดโดยแถวและคอลัมน์ของตัวนำที่มีหมึกพิมพ์ การสัมผัสในบางพื้นที่ของพื้นผิวที่ละเอียดอ่อนจะนำไปสู่การปิดแถวและคอลัมน์ที่เกี่ยวข้องซึ่งแสดงการแปลของแรงที่ใช้ เซ็นเซอร์สัมผัสที่ดีได้มาจากฟิล์มเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งใช้ทั้งในโหมดพาสซีฟและแอคทีฟ เซ็นเซอร์สัมผัสหลายตัวทำหน้าที่เป็นสวิตช์สัมผัส ซึ่งแตกต่างจากสวิตช์ทั่วไป ความน่าเชื่อถือของหน้าสัมผัสซึ่งจะลดลงอย่างมากเมื่อความชื้นและฝุ่นเกาะ สวิตช์ piezoelectric เนื่องจากการออกแบบเสาหิน สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย

เซ็นเซอร์สัมผัสอีกประเภทหนึ่งคือ piezoresistiveองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน ทำจากวัสดุที่มีความต้านทานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับการใช้งาน ความเค้นทางกลหรือกดดัน วัสดุดังกล่าวรวมถึงอีลาสโตเมอร์นำไฟฟ้าหรือเพสต์ที่ไวต่อแรงกด อิลาสโตเมอร์นำไฟฟ้าทำจากยางซิลิโคน โพลียูรีเทน และวัสดุอื่นๆ ที่มีอนุภาคหรือเส้นใยนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ยางนำไฟฟ้าได้มาจากการนำผงคาร์บอนมาใส่ในยางธรรมดา หลักการทำงานของเซ็นเซอร์แบบอิลาสโตเมอร์ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่สัมผัสเมื่อมีการบีบอีลาสโตเมอร์ระหว่างเพลตนำไฟฟ้าสองแผ่น หรือจากการเปลี่ยนแปลงความหนาของชั้นอีลาสโตเมอร์ ขึ้นอยู่กับขนาด แรงภายนอกการกระทำกับเซ็นเซอร์พื้นที่ของโซนสัมผัสระหว่างอุปกรณ์จับยึดและอีลาสโตเมอร์จะเปลี่ยนไปอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้า

เซ็นเซอร์สัมผัสแบบเพียโซรีซิสทีฟที่บางกว่าทำจากโพลีเมอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งความต้านทานจะขึ้นอยู่กับแรงกดด้วยเช่นกัน การออกแบบเซ็นเซอร์ดังกล่าวคล้ายกับสวิตช์เมมเบรน เซนเซอร์แบบเพียโซรีซิสทีฟมีช่วงไดนามิกที่กว้างกว่าเมื่อเทียบกับเกจสเตรนเกจ

เพียโซอิเล็กทริก ฟอร์ซ เซนเซอร์

เซ็นเซอร์สัมผัสแบบเพียโซอิเล็กทริกที่พิจารณาแล้วไม่ได้มีไว้สำหรับการวัดแรงที่แม่นยำ อย่างไรก็ตาม ตามเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริกเดียวกัน ยังสามารถใช้เซ็นเซอร์แรงที่แม่นยำ ทั้งแบบแอกทีฟและพาสซีฟ เมื่อออกแบบเซ็นเซอร์ดังกล่าว ควรจำไว้เสมอว่าอุปกรณ์เพียโซอิเล็กทริกไม่สามารถวัดได้ กระบวนการอยู่กับที่. ซึ่งหมายความว่าเซ็นเซอร์แรงแบบเพียโซอิเล็กทริกจะแปลงการเปลี่ยนแปลงของแรงเป็นสัญญาณไฟฟ้าสลับกัน แต่ไม่ตอบสนองต่อแรงภายนอกที่คงที่แต่อย่างใด เนื่องจากแรงที่ใช้สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติบางอย่างของวัสดุได้ การออกแบบเซ็นเซอร์แบบแอคทีฟจึงต้องคำนึงถึงอิทธิพลที่ครอบคลุมของสัญญาณกระตุ้นด้วย ในรูป 4 แสดงตัวแปรของเซ็นเซอร์วัดแรงแอกทีฟ เมื่อทำการวัดเชิงปริมาณด้วยเซ็นเซอร์ดังกล่าว ควรจำไว้ว่าช่วงการวัดนั้นขึ้นอยู่กับความถี่เรโซแนนซ์ทางกลของคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกที่ใช้ หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ดังกล่าวขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าภายใต้ภาระทางกลของผลึกควอทซ์ของบางส่วนที่ใช้เป็นเครื่องสะท้อนเสียงในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ความถี่เรโซแนนซ์จะเปลี่ยนไป