เซ็นเซอร์วัดระยะและสัมผัส
เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก
เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเป็นหนึ่งในเซ็นเซอร์สองตัวที่มาแทนที่การมองเห็นของหุ่นยนต์ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกช่วยให้หุ่นยนต์มองเห็นและตรวจจับวัตถุ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อให้หุ่นยนต์หลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง ประมาณการและวัดระยะทาง และจับการเคลื่อนไหวของวัตถุได้
การอ่านเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีหน่วยวัดเป็นเซนติเมตรและนิ้ว สามารถวัดระยะทางได้ตั้งแต่ 0 ถึง 255 เซนติเมตร ด้วยความแม่นยำ +/-3 ซม. เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกทำงานบนหลักการเดียวกันกับเครื่องระบุตำแหน่ง ค้างคาว: วัดระยะทางโดยคำนวณเวลาที่คลื่นเสียงกลับมาหลังจากการสะท้อนวัตถุ คล้ายกับเสียงสะท้อน
วัตถุขนาดใหญ่ด้วย พื้นผิวแข็งมีการกำหนดไว้อย่างดีที่สุด วัตถุมงคลจาก วัสดุอ่อนนุ่ม(ผ้า) หรือกลม (ลูกบอล) รวมทั้งบางเกินไป เล็ก ฯลฯ อาจสร้างปัญหาให้กับเซ็นเซอร์เมื่อทำงาน
โปรดจำไว้ว่าเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองตัวขึ้นไปที่ทำงานในห้องเดียวกันอาจรบกวนและลดความแม่นยำของผลลัพธ์
ตัวอย่างการใช้เซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก ได้แก่ การใช้งานในรถยนต์เพื่อเป็นสัญญาณเตือนแก่ผู้ขับขี่ หรือการควบคุมอัตโนมัติตามสัญญาณจากเซ็นเซอร์ที่ระบุ สถานการณ์ที่เป็นอันตรายรวมเข้ากับการเชื่อมต่อเครือข่ายด้วยอินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI)
รูปที่ 1
หลักการล้ำเสียงของการตรวจจับสิ่งกีดขวางนั้นใช้หลักการเสียงก้อง เซ็นเซอร์ประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์สองตัว: ทรานสดิวเซอร์ตัวหนึ่งปล่อยคลื่นอัลตราโซนิก และทรานสดิวเซอร์อื่นหนึ่งตัวหรือมากกว่าตรวจพบคลื่นที่สะท้อน ทรานสดิวเซอร์ตัวเดียวกันที่ส่งคลื่นอัลตราโซนิคสามารถใช้เพื่อตรวจจับคลื่นสะท้อนได้ วัตถุประสงค์หลักของเซ็นเซอร์คือการตรวจจับว่ามีหรือไม่มีสิ่งกีดขวาง แต่หลักการนี้ (เวลาบิน) ยังช่วยให้คำนวณระยะห่างจากวัตถุจากเวลาที่สะท้อนกลับด้วยความเร็วการแพร่กระจายเสียงที่ทราบ .
อัลตราซาวนด์เป็นเพียงการสั่นสะเทือนที่ความถี่ > 20 kHz ตัวแปลงที่มีจำหน่ายในท้องตลาดส่วนใหญ่ทำงานที่ความถี่ในช่วง 40-250 kHz
ความแปรผันของพารามิเตอร์ทางเสียงของเซ็นเซอร์ สภาพแวดล้อม และ วัตถุประสงค์ต่างๆส่งผลอย่างมากต่อการทำงานของอุปกรณ์
ในเซนเซอร์อัลตราโซนิก ทรานสดิวเซอร์จะสร้างพัลส์สั้นๆ ที่ถูกส่งไปยังเป้าหมายและส่งคืนกลับมา
สิ่งสำคัญคือความเร็วของเสียงเป็นหน้าที่ขององค์ประกอบและอุณหภูมิของตัวกลาง (อากาศ) และส่งผลต่อความแม่นยำและความละเอียดของเซ็นเซอร์ ความแม่นยำในการวัดระยะทางเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแม่นยำของความเร็วของเสียงที่ใช้ในการคำนวณ และแปรผันตามสภาวะจริงตั้งแต่ 345 เมตร/วินาที ที่ อุณหภูมิห้องสูงถึงมากกว่า 380 m/s ที่อุณหภูมิประมาณ 70 °C ความยาวคลื่นเสียง
เป็นฟังก์ชันของความเร็วอัลตราซาวนด์ c และสัมพันธ์กับความถี่ ѓ ดังนั้นพารามิเตอร์เหล่านี้ (ความยาวคลื่นและความถี่) จึงส่งผลต่อความละเอียดและความแม่นยำเช่นกัน ขนาดขั้นต่ำเป้าหมายและช่วงระยะทางที่วัดโดยเซ็นเซอร์
การลดทอนเสียงเป็นฟังก์ชันของความถี่และความชื้น ซึ่งส่งผลต่อระยะทางสูงสุดที่เซ็นเซอร์ตรวจพบ คลื่นที่ยาวกว่า (ความถี่ต่ำกว่า) จะมีการลดทอนน้อยลง ที่ความถี่สูงกว่า 125 kHz การลดทอนสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ ความชื้นสัมพัทธ์ 100% ที่ความถี่ 40 kHz - ที่ความชื้น 50% แล้ว เนื่องจากเซ็นเซอร์ต้องทำงานที่ระดับความชื้นใดๆ การคำนวณจึงใช้การลดทอนสูงสุดสำหรับแต่ละความถี่
สัญญาณรบกวนพื้นหลังเป็นหน้าที่ของความถี่และลดลงเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น และยังส่งผลต่อระยะทางที่ตรวจจับได้สูงสุดและขนาดเป้าหมายขั้นต่ำด้วย ความละเอียดและความแม่นยำจะสูงขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น ในขณะที่ช่วงจะสูงขึ้นด้วยความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น
เซ็นเซอร์สัมผัส
เซ็นเซอร์สัมผัสคือปุ่มที่มีสถานะที่เป็นไปได้สองสถานะ - กดแล้วปล่อย โดยทางโปรแกรมเซ็นเซอร์จะจดจำสถานะอื่น: สัมผัส
คุณสามารถดูปฏิกิริยาของเซ็นเซอร์สัมผัสได้บนหน้าจอแสดงผลในโหมดดูภาพ เมื่อไม่ได้กดปุ่มเซ็นเซอร์ 0 จะปรากฏบนจอแสดงผล และเมื่อกด 1 จะปรากฏขึ้น
ด้วยการเพิ่มเซ็นเซอร์สัมผัสในการออกแบบของหุ่นยนต์ (เช่น ในรูปแบบของกันชน) คุณสามารถทำให้หุ่นยนต์เปลี่ยนพฤติกรรมเมื่อเซ็นเซอร์ถูกเปิดใช้งาน
เซ็นเซอร์สัมผัสเป็นหนึ่งในประสาทสัมผัสสำหรับหุ่นยนต์ ซึ่งทำให้จำเป็นเมื่อหุ่นยนต์ต้องการปฏิกิริยาต่อวัตถุ
เซ็นเซอร์สัมผัสช่วยให้หุ่นยนต์สัมผัสได้
เซ็นเซอร์วัดแรงกดสามารถระบุช่วงเวลาที่มีการกดสิ่งใดสิ่งหนึ่ง รวมถึงช่วงเวลาที่ปล่อยออกมา
เซ็นเซอร์สัมผัสจะแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2 เซ็นเซอร์สัมผัส
เครื่องมืออ้างอิงและอุปกรณ์เพิ่มเติมที่ใช้
ไมโครมิเตอร์
สำหรับการวัด ย้ายไม่ได้ใช้งานเซ็นเซอร์สัมผัสต้องใช้ไมโครมิเตอร์ (หรือตัวบ่งชี้การหมุน) ICH-25 ซึ่งจะวัดระยะทางที่เซ็นเซอร์ผ่านจนกว่าจะถูกกระตุ้น
ICh-25 ได้รับการออกแบบมาเพื่อการวัดขนาดเชิงเส้นโดยใช้วิธีสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ กำหนดขนาดความเบี่ยงเบนจากรูปทรงเรขาคณิตที่กำหนดและ ตำแหน่งสัมพัทธ์พื้นผิว
รูปที่ 3 แสดงตัวบ่งชี้หลายประเภท
รูปที่ 3
พารามิเตอร์ของไมโครมิเตอร์ ICH 25:
ช่วงการวัด 0-25 มม.
ค่าการแบ่ง 0.01 มม.
ขนาด 159x85x51 มม.
ในบทความนี้ เราจะมาดูหลักการของไฟฟ้าอย่างใกล้ชิด (แต่ไม่ลึกเกินไป) ที่ช่วยให้เราสามารถตรวจจับการสัมผัสของนิ้วมนุษย์โดยใช้มากกว่าตัวเก็บประจุเพียงเล็กน้อย
ตัวเก็บประจุสามารถไวต่อการสัมผัสได้
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา มันกลายเป็นเรื่องยากอย่างแท้จริงที่จะจินตนาการถึงโลกที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่มีเซ็นเซอร์แบบสัมผัส สมาร์ทโฟนเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนและแพร่หลายมากที่สุดในเรื่องนี้ แต่แน่นอนว่ายังมีอุปกรณ์และระบบอื่นๆ อีกมากมายที่มีเซ็นเซอร์สัมผัส ทั้งความจุและความต้านทานสามารถใช้สร้างเซ็นเซอร์สัมผัสได้ ในบทความนี้เราจะพูดถึงเฉพาะเซนเซอร์แบบ capacitive เท่านั้นซึ่งเป็นที่นิยมในการใช้งานมากกว่า
แม้ว่าการใช้งานที่ใช้เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟอาจค่อนข้างซับซ้อน แต่หลักการพื้นฐานเบื้องหลังเทคโนโลยีนั้นค่อนข้างง่าย ในความเป็นจริงหากคุณเข้าใจสาระสำคัญของความจุและปัจจัยที่กำหนดความจุของตัวเก็บประจุตัวใดตัวหนึ่งแสดงว่าคุณกำลังยืนอยู่บน ทางที่ถูกในการทำความเข้าใจการทำงานของเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟ
เซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: แบบอิงความจุร่วมกันและแบบอิงความจุในตัวเอง อย่างแรกซึ่งตัวเก็บประจุเซ็นเซอร์ประกอบด้วยขั้วต่อสองขั้วที่ทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรดส่งและรับ เป็นที่นิยมมากกว่าสำหรับจอแสดงผลแบบสัมผัส อย่างหลังซึ่งขั้วหนึ่งของตัวเก็บประจุเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับกราวด์ เป็นวิธีโดยตรงที่เหมาะสำหรับปุ่มสัมผัส แถบเลื่อน หรือล้อ ในบทความนี้เราจะดูเซ็นเซอร์ตามความจุที่แท้จริง
ตัวเก็บประจุแบบ PCB
ตัวเก็บประจุก็ได้ หลากหลายชนิด- เราทุกคนคุ้นเคยกับการมองเห็นความจุในรูปแบบของส่วนประกอบที่มีลีดหรือแพ็คเกจ ติดพื้นผิวแต่ในความเป็นจริง สิ่งที่คุณต้องการจริงๆ มีเพียงตัวนำสองตัวที่แยกจากกันด้วยวัสดุฉนวน (เช่น อิเล็กทริก) ดังนั้นจึงค่อนข้างง่ายที่จะสร้างตัวเก็บประจุโดยใช้เพียงชั้นที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเท่านั้นที่แยกออกจากกัน แผงวงจรพิมพ์- ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาดู มุมมองต่อไปนี้มุมมองด้านบนและด้านข้างของตัวเก็บประจุที่พิมพ์ออกมาซึ่งใช้เป็นปุ่มสัมผัสแบบสัมผัส (สังเกตการเปลี่ยนไปใช้เลเยอร์อื่น แผงวงจรพิมพ์ในมุมมองด้านข้าง)
การแยกฉนวนระหว่างปุ่มสัมผัสและทองแดงโดยรอบถูกสร้างขึ้นโดยตัวเก็บประจุ ในกรณีนี้ ทองแดงที่อยู่รอบๆ จะเชื่อมต่อกับกราวด์ และด้วยเหตุนี้ปุ่มสัมผัสของเราจึงสามารถจำลองเป็นตัวเก็บประจุระหว่างแผงสัญญาณสัมผัสและกราวด์ได้
ตอนนี้คุณอาจต้องการทราบว่าเค้าโครง PCB นี้ให้ความจุเท่าใด อีกทั้งเราจะคำนวณให้แม่นยำได้อย่างไร? คำตอบสำหรับคำถามแรกคือความจุมีขนาดเล็กมาก อาจจะประมาณ 10 pF สำหรับคำถามที่สอง: ไม่ต้องกังวลหากคุณลืมเรื่องไฟฟ้าสถิตเพราะว่า ค่าที่แน่นอนความจุของตัวเก็บประจุไม่สำคัญ- เรากำลังมองหาการเปลี่ยนแปลงในความจุเท่านั้น และเราสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้โดยไม่ต้องทราบระดับความจุของตัวเก็บประจุที่พิมพ์ออกมา
อิทธิพลของนิ้ว
แล้วอะไรทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความจุที่ตัวควบคุมเซ็นเซอร์สัมผัสจะตรวจจับ? แน่นอนว่านิ้วของมนุษย์
ก่อนที่เราจะพูดถึงสาเหตุที่นิ้วเปลี่ยนความจุ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าไม่มีการสัมผัสทางไฟฟ้าโดยตรง นิ้วถูกหุ้มฉนวนจากตัวเก็บประจุด้วยการเคลือบเงาบนแผงวงจรพิมพ์และตามกฎแล้วโดยชั้นของพลาสติกที่แยกอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์ออกจาก สภาพแวดล้อมภายนอก- ดังนั้น นิ้วไม่ปล่อยประจุออกจากตัวเก็บประจุและยิ่งกว่านั้น ปริมาณประจุที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ ณ เวลาหนึ่งไม่เป็นที่สนใจ แต่ความจุ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งก็เป็นที่สนใจ
แล้วเหตุใดการมีนิ้วจึงเปลี่ยนความจุ? มีเหตุผลสองประการ: ประการแรกเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติไดอิเล็กทริกของนิ้ว และเหตุผลประการที่สองเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
นิ้วก็เหมือนอิเล็กทริก
เรามักจะคิดว่าตัวเก็บประจุมีค่าคงที่ ซึ่งกำหนดโดยพื้นที่ของแผ่นตัวนำทั้งสอง ระยะห่างระหว่างพวกมัน และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุระหว่างแผ่น เราไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างแน่นอน มิติทางกายภาพตัวเก็บประจุเพียงแค่สัมผัสมันแต่เรา สามารถเปลี่ยนค่าคงที่ไดอิเล็กตริก เนื่องจากนิ้วของมนุษย์มีลักษณะเป็นฉนวนที่แตกต่างจากวัสดุ (น่าจะเป็นอากาศ) ที่นิ้วจะแทนที่ เป็นเรื่องจริงที่นิ้วจะไม่อยู่ในบริเวณอิเล็กทริกจริง เช่น ในพื้นที่ฉนวนโดยตรงระหว่างตัวนำ แต่ไม่จำเป็นต้อง "บุกรุก" เข้าไปในตัวเก็บประจุ:
ดังที่แสดงในรูป เพื่อเปลี่ยนลักษณะอิเล็กทริก ไม่จำเป็นต้องวางนิ้วระหว่างแผ่น เนื่องจาก สนามไฟฟ้าตัวเก็บประจุถูกกระจายออกสู่สิ่งแวดล้อม
ปรากฎว่าเนื้อมนุษย์เป็นอิเล็กทริกที่ค่อนข้างดีเพราะร่างกายของเราประกอบด้วยน้ำเป็นส่วนใหญ่ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสัมพัทธ์ของสุญญากาศคือ 1 และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์ของอากาศจะสูงกว่าเล็กน้อยเท่านั้น (ประมาณ 1.0006 ที่ระดับน้ำทะเลที่อุณหภูมิห้อง) ค่าอนุญาตสัมพัทธ์ของน้ำจะสูงกว่ามาก ประมาณ 80 ดังนั้น ปฏิกิริยาระหว่างนิ้วกับสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจึงแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของค่าอนุญาตสัมพัทธ์ และด้วยเหตุนี้จึงส่งผลให้ค่าความจุเพิ่มขึ้น
นิ้วเป็นแนวทาง
ใครเคยโดน กระแสไฟฟ้ารู้ว่าผิวหนังของมนุษย์นำกระแส ฉันได้กล่าวไปแล้วข้างต้นว่าไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างนิ้วกับปุ่มสัมผัส (นั่นคือสถานการณ์ที่นิ้วปล่อยประจุตัวเก็บประจุที่พิมพ์ออกมา) อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าค่าการนำไฟฟ้าของนิ้วไม่สำคัญ จริงๆ แล้วค่อนข้างสำคัญ เนื่องจากนิ้วกลายเป็นแผ่นสื่อกระแสไฟฟ้าแผ่นที่สองในตัวเก็บประจุเพิ่มเติม:
ในทางปฏิบัติ เราสามารถสรุปได้ว่าฟิงเกอร์คาปาซิเตอร์ตัวใหม่นี้เชื่อมต่อแบบขนานกับคาปาซิเตอร์ที่พิมพ์อยู่ สถานการณ์นี้ซับซ้อนกว่าเล็กน้อยเนื่องจากผู้ที่ใช้อุปกรณ์ตรวจจับไม่ได้เชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับกราวด์บนแผงวงจร ดังนั้นตัวเก็บประจุทั้งสองจึงไม่เชื่อมต่อแบบขนานในลักษณะการวิเคราะห์วงจรตามปกติ
อย่างไรก็ตาม เราสามารถมองว่าร่างกายมนุษย์เป็นผู้จัดหาได้ เสมือนเนื่องจากมีความสามารถในการดูดซับประจุไฟฟ้าได้ค่อนข้างมาก ไม่ว่าในกรณีใด เราไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่แน่นอนระหว่างฟิงเกอร์คาปาซิเตอร์และคาปาซิเตอร์ที่พิมพ์ออกมา จุดสำคัญคือการเชื่อมต่อแบบหลอกเทียมของตัวเก็บประจุสองตัวนี้หมายความว่านิ้วจะเพิ่มความจุรวมเมื่อตัวเก็บประจุถูกเพิ่มแบบขนาน
ดังนั้นเราจะเห็นได้ว่ากลไกที่มีอิทธิพลระหว่างนิ้วและเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟมีส่วนทำให้ความจุเพิ่มขึ้น
ระยะใกล้หรือติดต่อ
การสนทนาก่อนหน้านี้นำเราไปสู่ คุณสมบัติที่น่าสนใจเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive: การเปลี่ยนแปลงความจุที่วัดได้อาจเกิดขึ้นได้ไม่เพียงเท่านั้น ติดต่อระหว่างนิ้วกับเซ็นเซอร์แต่ก็เช่นกัน ระยะใกล้ระหว่างพวกเขา. ฉันมักจะคิดว่าอุปกรณ์สัมผัสมาแทนที่สวิตช์หรือปุ่มเชิงกล แต่จริงๆ แล้วเทคโนโลยีเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟนั้นเป็นเช่นนั้น ระดับใหม่ฟังก์ชั่นทำให้ระบบสามารถกำหนดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับนิ้วได้
กลไกการเปลี่ยนความจุทั้งสองที่อธิบายไว้ข้างต้นมีผลกระทบที่ขึ้นอยู่กับระยะทาง สำหรับกลไกที่ใช้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ปริมาณปฏิกิริยาระหว่างกันของ "เนื้อ" กับสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นเมื่อนิ้วของคุณเข้าใกล้ส่วนนำไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่พิมพ์ออกมา สำหรับกลไกการนำไฟฟ้า ความจุของตัวเก็บประจุแบบฟิงเกอร์ (เช่นเดียวกับตัวเก็บประจุอื่นๆ) จะเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างแผ่นนำไฟฟ้า
โปรดทราบว่าวิธีนี้ไม่เหมาะสำหรับการวัด แน่นอนระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์กับนิ้ว เซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟไม่ได้ให้ข้อมูลที่จำเป็นในการคำนวณระยะทางสัมบูรณ์ที่แม่นยำ ฉันคิดว่ามันเป็นไปได้ที่จะปรับเทียบระบบเซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟสำหรับการวัดระยะทางคร่าวๆ แต่เนื่องจากวงจรเซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจจับ การเปลี่ยนแปลงตามมาว่าเทคโนโลยีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจจับ การเปลี่ยนแปลงในระยะทางเช่น เมื่อนิ้วเข้าใกล้หรือเคลื่อนออกจากเซ็นเซอร์
บทสรุป
ตอนนี้คุณควรเข้าใจอย่างแน่นอน พื้นฐานบนพื้นฐานของระบบเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่ถูกสร้างขึ้น ในบทความถัดไป เราจะดูวิธีการใช้พื้นฐานเหล่านี้เพื่อช่วยให้คุณเปลี่ยนจากทฤษฎีไปสู่การปฏิบัติ
ฉันหวังว่าบทความนี้จะมีประโยชน์ แสดงความคิดเห็น!
ผู้มีสิทธิเลือกตั้งปี 2551 ครั้งที่ 7-8
เซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟทำงานตามความจุไฟฟ้าของร่างกายมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เมื่อนำนิ้วเข้ามาใกล้เซนเซอร์ จะทำให้เกิดความจุไฟฟ้าระหว่างเซนเซอร์กับกราวด์ โดยจะอยู่ในช่วง 30...100 pF เอฟเฟกต์นี้สามารถใช้กับเซนเซอร์จับความใกล้เคียงและสวิตช์ควบคุมแบบสัมผัส
เซ็นเซอร์สัมผัสแบบ Capacitive มี ข้อดีที่ชัดเจนเมื่อเปรียบเทียบกับเซนเซอร์อื่นๆ (เช่น เซนเซอร์ที่ถูกกระตุ้นโดยการรบกวนด้วยความถี่ 50/60 Hz หรือความต้านทานในการวัด) แต่เซนเซอร์เหล่านี้ต้องใช้แรงงานมากกว่าในการดำเนินการ ผู้ผลิตชิป เช่น Microchip ได้สร้าง IC แบบกำหนดเองเพื่อจุดประสงค์นี้ในอดีต อย่างไรก็ตาม ขณะนี้คุณสามารถสร้างเครื่องตรวจจับคาปาซิทีฟที่เชื่อถือได้และ/หรือสวิตช์โดยใช้ส่วนประกอบมาตรฐานจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น
ในวงจรนี้ เราตรวจจับการเปลี่ยนแปลงความกว้างพัลส์ของสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อสัมผัสหน้าสัมผัส ในรูปที่ 1 คุณสามารถพิจารณาโหนดต่อไปนี้ (จากซ้ายไปขวา):
ข้าว. 1. ไอซี1 - 561TL1
เครื่องกำเนิดพัลส์สี่เหลี่ยมตามทริกเกอร์ Schmitt (IC CD4093);
วงจร RC ที่มีไดโอดปราบปรามตามด้วยทริกเกอร์ Schmitt/แผ่นสัมผัสที่มีตัวเก็บประจุแบบแยก 470 pF
- วงจร RC แบบรวมที่แปลงการเปลี่ยนแปลงความกว้างพัลส์เป็นแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้อยู่ในช่วง 2.9...3.2 โวลต์เมื่อสัมผัสแผ่น และ 2.6 โวลต์หากเป็นอย่างอื่น
- เครื่องเปรียบเทียบ LM 339 ใช้สำหรับเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่จุด C กับแรงดันอ้างอิงที่จุด D โดยค่าหลังมีค่าประมาณ 2.8 V และกำหนดโดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า
ทันทีที่สัมผัสแผ่นสัมผัส เอาต์พุตของวงจรจะทำงาน เพื่ออธิบายการทำงานของวงจร รูปที่ 2 แสดงออสซิลโลแกรมของสัญญาณต่างๆ จุดที่แตกต่างกัน- เส้นประแสดงสถานะเมื่อมีการสัมผัสแผ่นเซ็นเซอร์ เส้นทึบ - เมื่อไม่ได้สัมผัส
ข้าว. 2. ออสซิลโลแกรมของสัญญาณที่จุดต่างๆ
แรงดันอ้างอิงที่จุด D จะถูกปรับหนึ่งครั้งโดยใช้ตัวแบ่ง R4/R5 (เปลี่ยนค่าของ R4) ขนาดของแรงดันไฟฟ้านี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ผิวของแผ่นเซ็นเซอร์อย่างมาก (โดยปกติจะเป็นหลายตารางเซนติเมตร) จัตุรัสใหญ่พื้นผิวของแผ่นจะเพิ่มความจุและแรงดันไฟฟ้าที่จุด C จะยังคงสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าเมื่อแผ่นไม่ได้สัมผัส ควรตั้งค่าแรงดันอ้างอิงที่จุด D ให้ใกล้กับ 3.4 V เซ็นเซอร์สัมผัสยังสามารถทำงานกับเพลตได้ พื้นที่ขนาดใหญ่(เช่น คุณสามารถใช้ทั้งร่างกายเป็นเซ็นเซอร์ได้)
สัญญาณเอาท์พุตสามารถใช้เพื่อเปิดโหลดต่างๆ ได้ ในหลายกรณี ขอแนะนำให้เพิ่มทริกเกอร์ Schmitt หนึ่งตัวไปที่เอาต์พุต โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากเอาต์พุตเชื่อมต่อกับอินพุตดิจิทัล
วิม อาบูอิส
ข้าว. 4. การจัดเรียงส่วนประกอบบนแผงวงจรพิมพ์
ข้าว. 5. แผงวงจรพิมพ์
ข้าว. 6. แผงวงจรพิมพ์ (มุมมองกระจก)
ที่นี่เราจะพิจารณาเซ็นเซอร์เสียงและการสัมผัสซึ่งส่วนใหญ่มักใช้เป็นส่วนหนึ่งของระบบเตือนภัย
โมดูลเซ็นเซอร์สัมผัส KY-036
โมดูลนี้เป็นปุ่มสัมผัสเป็นหลัก ตามที่ผู้เขียนเข้าใจหลักการทำงานของอุปกรณ์นั้นขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าเมื่อสัมผัสหน้าสัมผัสของเซ็นเซอร์บุคคลจะกลายเป็นเสาอากาศเพื่อรับสัญญาณรบกวนที่ความถี่ เครือข่ายในครัวเรือน กระแสสลับ- สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งไปยังเครื่องเปรียบเทียบ LM393YD
ขนาดของโมดูลคือ 42 x 15 x 13 มม. น้ำหนัก 2.8 กรัม บอร์ดโมดูลมีรูสำหรับติดตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. กำลังไฟแสดงโดย LED L1
เมื่อเซ็นเซอร์ถูกกระตุ้น LED L2 จะสว่างขึ้น (กะพริบ) การสิ้นเปลืองกระแสไฟคือ 3.9 mA ในโหมดสแตนด์บาย และ 4.9 mA เมื่อถูกกระตุ้น
ยังไม่ชัดเจนว่าเกณฑ์ความไวของเซ็นเซอร์ควรถูกควบคุมโดยตัวต้านทานแบบแปรผันเท่าใด โมดูลเหล่านี้ที่มีตัวเปรียบเทียบ LM393YD เป็นมาตรฐานและเซ็นเซอร์ต่างๆ ได้รับการบัดกรี ดังนั้นจึงได้รับโมดูล เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ- ขั้วต่อจ่ายไฟ “G” – สายทั่วไป, “+” – แหล่งจ่ายไฟ +5V มีระดับลอจิกต่ำที่อินพุตดิจิตอล "D0" เมื่อเซ็นเซอร์ถูกกระตุ้น พัลส์ที่มีความถี่ 50 Hz จะปรากฏขึ้นที่เอาต์พุต ที่ขา “A0” จะมีสัญญาณกลับด้านสัมพันธ์กับ “D0” โดยทั่วไป โมดูลจะทำงานแยกกันเหมือนกับปุ่ม ซึ่งสามารถตรวจสอบได้โดยใช้โปรแกรม LED_with_button
เซ็นเซอร์สัมผัสช่วยให้คุณใช้ปุ่มใดก็ได้เป็นปุ่มควบคุม พื้นผิวโลหะการไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวควรส่งผลดีต่อความทนทานและความน่าเชื่อถือ
โมดูลเซ็นเซอร์เสียง KY-037
โมดูลจะต้องถูกกระตุ้นด้วยเสียงที่มีระดับเสียงเกินขีดจำกัดที่กำหนด องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของโมดูลคือไมโครโฟนที่ทำงานร่วมกับตัวเปรียบเทียบบนชิป LM393YD
ขนาดของโมดูลคือ 42 x 15 x 13 มม. น้ำหนัก 3.4 กรัม เช่นเดียวกับกรณีก่อนหน้า บอร์ดโมดูลมีรูสำหรับติดตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. ไฟแสดงสถานะพลังงานมีให้โดย LED L1 ขั้วต่อจ่ายไฟ “G” – สายทั่วไป, “+” – แหล่งจ่ายไฟ +5V
การใช้กระแสไฟคือ 4.1 mA ในโหมดสแตนด์บาย และ 5 mA เมื่อทริกเกอร์
ที่พิน “A0” แรงดันไฟฟ้าจะเปลี่ยนไปตามระดับเสียงของสัญญาณที่ไมโครโฟนได้รับ เมื่อระดับเสียงเพิ่มขึ้น ค่าที่อ่านได้จะลดลง สามารถตรวจสอบได้โดยใช้โปรแกรม AnalogInput2
มีระดับลอจิกต่ำที่อินพุตดิจิตอล “D0” เมื่อเกินเกณฑ์ที่ระบุ ระดับต่ำการเปลี่ยนแปลงที่สูง เกณฑ์การตอบสนองสามารถปรับได้ด้วยตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ ในกรณีนี้ LED L2 จะสว่างขึ้น พร้อมเสียงดังแหลมมีดีเลย์ 1-2 วินาทีในการสลับกลับ
โดยรวมแล้วเป็นเซ็นเซอร์ที่มีประโยชน์สำหรับการจัดระบบ บ้านอัจฉริยะหรือการเตือน
โมดูลเซ็นเซอร์เสียง KY-038
เมื่อมองแวบแรกโมดูลจะดูเหมือนคล้ายกับโมดูลก่อนหน้า องค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนของโมดูลคือไมโครโฟน ควรสังเกตว่าไม่มีข้อมูลมากนักในโมดูลนี้บนเครือข่าย
ขนาดของโมดูลคือ 40 x 15 x 13 มม. น้ำหนัก 2.8 กรัม คล้ายกับกรณีก่อนหน้า บอร์ดโมดูลมีรูสำหรับติดตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. กำลังไฟแสดงโดย LED L1 ขั้วต่อจ่ายไฟ “G” – สายทั่วไป, “+” – แหล่งจ่ายไฟ +5V
เมื่อเปิดใช้งานสวิตช์กก LED L2 จะสว่างขึ้น การใช้กระแสไฟคือ 4.2 mA ในโหมดสแตนด์บาย และสูงถึง 6 mA เมื่อถูกกระตุ้น
ที่พิน “A0” เมื่อระดับเสียงเพิ่มขึ้น การอ่านค่าจะเพิ่มขึ้น (ใช้โปรแกรม AnalogInput2)
มีระดับลอจิกต่ำที่พิน "D0" เมื่อเซ็นเซอร์ถูกกระตุ้นเซ็นเซอร์จะเปลี่ยนเป็นสูง เกณฑ์การตอบสนองถูกปรับโดยใช้ตัวต้านทานการตัดแต่ง (โดยใช้โปรแกรม LED_with_button)
เซ็นเซอร์นี้แทบไม่แตกต่างจากรุ่นก่อนหน้าเลย แต่ความสามารถในการเปลี่ยนแทนกันนั้นไม่สามารถทำได้เสมอไปเพราะว่า เมื่อระดับเสียงเปลี่ยนแปลง ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงระดับจะทำให้แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตแบบอะนาล็อกแตกต่างออกไป
ข้อสรุป
นี่เป็นการสรุปการทบทวนชุดเซ็นเซอร์ต่างๆ จำนวนมากสำหรับแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ Arduino โดยทั่วไป ชุดนี้สร้างความประทับใจที่หลากหลายให้กับผู้เขียน ชุดนี้มีทั้งเซ็นเซอร์ที่ค่อนข้างซับซ้อนและสมบูรณ์ การออกแบบที่เรียบง่าย- และถ้ามีตัวต้านทานจำกัดกระแส ไฟ LED ฯลฯ บนบอร์ด ผู้เขียนพร้อมที่จะยอมรับถึงประโยชน์ของโมดูลดังกล่าวแล้วส่วนเล็ก ๆ ของโมดูลคือองค์ประกอบวิทยุตัวเดียวบนบอร์ด เหตุใดจึงจำเป็นต้องใช้โมดูลดังกล่าวจึงยังไม่ชัดเจน (เห็นได้ชัดว่าการติดตั้งบนบอร์ดมาตรฐานมีจุดประสงค์ในการรวมเข้าด้วยกัน) โดยรวมแล้ว ชุดนี้เป็นวิธีที่ดีในการทำความคุ้นเคยกับเซ็นเซอร์ทั่วไปส่วนใหญ่ที่ใช้ในโปรเจ็กต์ Arduino
ลิงค์ที่เป็นประโยชน์
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-kasaniya
- http://www.zi-zi.ru/module/module-ky036
- http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka
- http://www.zi-zi.ru/module/module-ky037
- http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka_
- http://smart-boards.ml/module-audiovideo-4.php
เซ็นเซอร์ capacitive เป็นเซ็นเซอร์แบบไม่สัมผัสประเภทหนึ่งซึ่งมีหลักการทำงานขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของตัวกลางระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุสองตัว ปกหนึ่งทำหน้าที่ เซ็นเซอร์สัมผัสวงจรในรูปของแผ่นโลหะหรือลวด และวงจรที่สอง เป็นสารนำไฟฟ้า เช่น โลหะ น้ำ หรือร่างกายมนุษย์
เมื่อมีการพัฒนาระบบ เปิดอัตโนมัติการจ่ายน้ำเข้าโถสุขภัณฑ์สำหรับโถชำระล้าง จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์และสวิตช์แบบคาปาซิทีฟซึ่งมีความน่าเชื่อถือสูง ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายนอก ความชื้น ฝุ่น และแรงดันไฟฟ้า ฉันยังต้องการขจัดความจำเป็นที่บุคคลจะต้องสัมผัสส่วนควบคุมของระบบด้วย ข้อกำหนดที่นำเสนอสามารถทำได้โดยวงจรเซ็นเซอร์สัมผัสที่ทำงานบนหลักการของการเปลี่ยนแปลงความจุเท่านั้น โครงการพร้อมน่าพอใจ ข้อกำหนดที่จำเป็นหาไม่เจอต้องพัฒนาตัวเอง
ผลลัพธ์ที่ได้คือเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟสากลที่ไม่ต้องการการกำหนดค่าและตอบสนองต่อวัตถุนำไฟฟ้าที่เข้าใกล้ รวมถึงบุคคล ในระยะห่างสูงสุด 5 ซม. ขอบเขตการใช้งานของเซ็นเซอร์สัมผัสที่นำเสนอนั้นไม่จำกัด สามารถใช้เพื่อเปิดไฟส่องสว่างระบบต่างๆ สัญญาณกันขโมยการกำหนดระดับน้ำและในกรณีอื่นๆ อีกมากมาย
แผนภาพวงจรไฟฟ้า
เพื่อควบคุมการจ่ายน้ำในโถสุขภัณฑ์โถชำระล้าง จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟสองตัว ต้องติดตั้งเซ็นเซอร์ตัวหนึ่งบนโถส้วมโดยตรง โดยจะต้องสร้างสัญญาณตรรกะเป็นศูนย์ต่อหน้าบุคคล และในกรณีที่ไม่มีสัญญาณตรรกะ เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟตัวที่สองควรทำหน้าที่เป็นสวิตช์น้ำและอยู่ในสถานะลอจิคัลหนึ่งในสองสถานะ
เมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์ เซ็นเซอร์จะต้องเปลี่ยนสถานะลอจิคัลที่เอาท์พุต - จากสถานะเริ่มต้นเป็นสถานะลอจิคัลเป็นศูนย์ เมื่อสัมผัสมืออีกครั้ง จากสถานะศูนย์ไปเป็นสถานะลอจิคัลหนึ่งสถานะ และอื่นๆ อย่างไม่สิ้นสุด ตราบใดที่สวิตช์สัมผัสได้รับสัญญาณเปิดใช้งานโลจิคัลเป็นศูนย์จากเซ็นเซอร์แสดงตน
วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟ
พื้นฐานของวงจรเซ็นเซอร์แสดงตนแบบสัมผัสแบบ capacitive คือเครื่องกำเนิดพัลส์สี่เหลี่ยมหลักซึ่งสร้างขึ้นตามรูปแบบคลาสสิกในองค์ประกอบลอจิคัลสองประการของวงจรไมโคร D1.1 และ D1.2 ความถี่ของเครื่องกำเนิดถูกกำหนดโดยการจัดอันดับขององค์ประกอบ R1 และ C1 และเลือกประมาณ 50 kHz ค่าความถี่แทบไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟ ฉันเปลี่ยนความถี่จาก 20 เป็น 200 kHz และไม่เห็นผลกระทบใด ๆ ต่อการทำงานของอุปกรณ์
จากพิน 4 ของชิป D1.2 รูปร่างสี่เหลี่ยมผ่านตัวต้านทาน R2 ไปยังอินพุต 8, 9 ของไมโครวงจร D1.3 และผ่านตัวต้านทานปรับค่า R3 ไปยังอินพุต 12,13 ของ D1.4 สัญญาณมาถึงที่อินพุตของวงจรไมโคร D1.3 โดยมีการเปลี่ยนแปลงความชันของพัลส์ด้านหน้าเล็กน้อยเนื่องจาก เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งซึ่งเป็นชิ้นส่วนของลวดหรือ แผ่นเหล็ก- ที่อินพุต D1.4 เนื่องจากตัวเก็บประจุ C2 ด้านหน้าจะเปลี่ยนตามเวลาที่ต้องใช้ในการชาร์จใหม่ เนื่องจากมีตัวต้านทานทริมเมอร์ R3 ทำให้สามารถตั้งค่าขอบพัลส์ที่อินพุต D1.4 เท่ากับขอบพัลส์ที่อินพุต D1.3 ได้
หากคุณนำมือหรือวัตถุโลหะเข้าใกล้เสาอากาศ (เซ็นเซอร์สัมผัส) ความจุที่อินพุตของไมโครวงจร DD1.3 จะเพิ่มขึ้นและด้านหน้าของพัลส์ที่เข้ามาจะล่าช้าตามเวลาเมื่อเทียบกับด้านหน้าของพัลส์ มาถึงอินพุต DD1.4 เพื่อที่จะ "จับ" ความล่าช้านี้ พัลส์กลับด้านจะถูกป้อนไปที่ชิป DD2.1 ซึ่งเป็นฟลิปฟล็อป D ที่ทำงานดังต่อไปนี้ ตามขอบบวกของพัลส์ที่มาถึงอินพุตของวงจร C สัญญาณที่อยู่ ณ ขณะนั้นที่อินพุต D จะถูกส่งไปยังเอาต์พุตของทริกเกอร์ ดังนั้นหากสัญญาณที่อินพุต D ไม่เปลี่ยนแปลง พัลส์ขาเข้าที่ อินพุตการนับ C ไม่ส่งผลต่อระดับสัญญาณเอาท์พุต คุณสมบัติของทริกเกอร์ D นี้ทำให้สามารถสร้างเซ็นเซอร์สัมผัสแบบ capacitive อย่างง่ายได้
เมื่อความจุของเสาอากาศเนื่องจากการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์ที่อินพุตของ DD1.3 เพิ่มขึ้นพัลส์จะล่าช้าและนี่เป็นการแก้ไขทริกเกอร์ D โดยเปลี่ยนสถานะเอาต์พุต LED HL1 ใช้เพื่อระบุถึงแรงดันไฟฟ้าที่จ่าย และ LED HL2 ใช้เพื่อระบุความใกล้ชิดกับเซ็นเซอร์สัมผัส
วงจรสวิตช์สัมผัส
วงจรเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟยังสามารถใช้เพื่อควบคุมสวิตช์สัมผัสได้ แต่ต้องมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อย เนื่องจากไม่เพียงต้องตอบสนองต่อการเข้าใกล้ของร่างกายมนุษย์เท่านั้น แต่ยังต้องคงอยู่ในสถานะคงที่หลังจากถอดมือออกแล้ว เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราต้องเพิ่มทริกเกอร์ D อีกตัวหนึ่ง DD2.2 ให้กับเอาต์พุตของเซนเซอร์สัมผัส ซึ่งเชื่อมต่อโดยใช้ตัวแบ่งด้วยสองวงจร
วงจรเซ็นเซอร์ capacitive ได้รับการแก้ไขเล็กน้อย เพื่อไม่รวมการแจ้งเตือนที่ผิดพลาด เนื่องจากบุคคลสามารถดึงและเอามือออกช้าๆ เนื่องจากมีสัญญาณรบกวน เซ็นเซอร์จึงสามารถส่งพัลส์หลายจังหวะไปยังอินพุตการนับ D ของทริกเกอร์ ซึ่งรบกวน อัลกอริธึมที่จำเป็นการทำงานของสวิตช์ ดังนั้นจึงมีการเพิ่ม RC chain ขององค์ประกอบ R4 และ C5 ซึ่งปิดกั้นความสามารถในการสลับทริกเกอร์ D ในช่วงเวลาสั้น ๆ
ทริกเกอร์ DD2.2 ทำงานในลักษณะเดียวกับ DD2.1 แต่สัญญาณไปยังอินพุต D ไม่ได้มาจากองค์ประกอบอื่น แต่มาจากเอาต์พุตผกผันของ DD2.2 เป็นผลให้ตามขอบบวกของพัลส์ที่มาถึงอินพุต C สัญญาณที่อินพุต D จะเปลี่ยนไปในทางตรงกันข้าม ตัวอย่างเช่น หากในสถานะเริ่มต้นมีศูนย์ตรรกะที่พิน 13 จากนั้นยกมือของคุณไปที่เซ็นเซอร์หนึ่งครั้ง ทริกเกอร์จะเปลี่ยนและทริกเกอร์แบบลอจิคัลจะถูกตั้งค่าที่พิน 13 ครั้งต่อไปที่คุณโต้ตอบกับเซ็นเซอร์ พิน 13 จะถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ตรรกะอีกครั้ง
เพื่อปิดกั้นสวิตช์ในกรณีที่ไม่มีคนอยู่ในโถส้วม หน่วยลอจิคัลจะถูกจ่ายจากเซ็นเซอร์ไปยังอินพุต R (ตั้งค่าเป็นศูนย์ที่เอาต์พุตของทริกเกอร์ โดยไม่คำนึงถึงสัญญาณที่อินพุตอื่น ๆ ทั้งหมด) ศูนย์ลอจิคัลถูกตั้งค่าไว้ที่เอาต์พุตของสวิตช์คาปาซิทีฟ ซึ่งจ่ายผ่านสายรัดไปยังฐานของทรานซิสเตอร์คีย์สวิตช์เปิด โซลินอยด์วาล์วในหน่วยจ่ายไฟและสวิตชิ่ง
ตัวต้านทาน R6 ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณปิดกั้นจากเซ็นเซอร์ capacitive ในกรณีที่เกิดความล้มเหลวหรือขาดสายควบคุมจะบล็อกทริกเกอร์ที่อินพุต R ซึ่งจะช่วยขจัดความเป็นไปได้ของการจ่ายน้ำตามธรรมชาติในโถชำระล้าง ตัวเก็บประจุ C6 ปกป้องอินพุต R จากการรบกวน LED HL3 ทำหน้าที่ระบุน้ำประปาในโถชำระล้าง
การออกแบบและรายละเอียดของเซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟ
เมื่อฉันเริ่มพัฒนาระบบเซ็นเซอร์สำหรับการจ่ายน้ำในโถสุขภัณฑ์ งานที่ยากที่สุดสำหรับฉันดูเหมือนจะเป็นการพัฒนาเซ็นเซอร์ตรวจจับการเข้าพักแบบคาปาซิทีฟ นี่เป็นเพราะข้อจำกัดในการติดตั้งและการใช้งานหลายประการ ฉันไม่ต้องการให้เซ็นเซอร์เชื่อมต่อทางกลไกกับฝาชักโครกเนื่องจากต้องถอดเซ็นเซอร์ออกเป็นระยะเพื่อซักและจะไม่รบกวน การฆ่าเชื้อห้องน้ำนั่นเอง นั่นเป็นเหตุผลที่ฉันเลือกคอนเทนเนอร์เป็นองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยา
เซ็นเซอร์แสดงตน
จากแผนภาพที่เผยแพร่ข้างต้น ฉันได้สร้างต้นแบบขึ้นมา ชิ้นส่วนของเซ็นเซอร์ capacitive ประกอบอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ วางบอร์ดไว้ในกล่องพลาสติกและปิดด้วยฝา ในการเชื่อมต่อเสาอากาศ มีการติดตั้งตัวเชื่อมต่อแบบพินเดียวในเคส โดยติดตั้งตัวเชื่อมต่อสี่พิน RSh2N เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าและสัญญาณ แผงวงจรพิมพ์เชื่อมต่อกับขั้วต่อโดยการบัดกรีด้วยตัวนำทองแดงในฉนวนฟลูออโรเรซิ่น
เซ็นเซอร์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟประกอบอยู่บนวงจรไมโครซีรีส์ KR561 สองชุด ได้แก่ LE5 และ TM2 แทนที่จะเป็นไมโครวงจร KR561LE5 คุณสามารถใช้ KR561LA7 ได้ ไมโครวงจรซีรีส์ 176 และอะนาล็อกที่นำเข้าก็เหมาะสมเช่นกัน ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และไฟ LED จะเหมาะกับทุกประเภท ตัวเก็บประจุ C2 สำหรับการทำงานที่เสถียรของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟเมื่อทำงานในสภาวะที่มีความผันผวนของอุณหภูมิมาก สิ่งแวดล้อมจำเป็นต้องดำเนินการด้วย TKE ขนาดเล็ก
ติดตั้งเซ็นเซอร์ไว้ใต้แท่นชักโครกที่ติดตั้งไว้ ถังน้ำในสถานที่ซึ่งในกรณีที่น้ำรั่วจากถังน้ำไม่สามารถเข้าไปได้ ตัวเซนเซอร์ติดอยู่กับโถสุขภัณฑ์โดยใช้เทปสองหน้า
เซ็นเซอร์เสาอากาศของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟนั้นเป็นทองแดง ลวดควั่นหุ้มด้วยฟลูออโรเรซิ่นยาว 35 ซม. ติดกาวด้วยเทปใสที่ผนังด้านนอกของโถสุขภัณฑ์หนึ่งเซนติเมตรใต้ระนาบของแก้ว เซ็นเซอร์มองเห็นได้ชัดเจนในภาพถ่าย
หากต้องการปรับความไวของเซ็นเซอร์สัมผัส หลังจากติดตั้งไว้ในห้องน้ำแล้ว ให้เปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานการตัดแต่ง R3 เพื่อให้ LED HL2 ดับลง จากนั้นวางมือบนฝาชักโครกเหนือตำแหน่งของเซ็นเซอร์ ไฟ LED HL2 จะสว่างขึ้น หากคุณเอามือออก ก็ควรจะดับลง เนื่องจากต้นขาของมนุษย์โดยมวล มือมากขึ้นจากนั้นในระหว่างการใช้งาน เซ็นเซอร์สัมผัสจะรับประกันว่าหลังจากการปรับดังกล่าวจะทำงานได้
การออกแบบและรายละเอียดของสวิตช์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟ
วงจรสวิตช์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟมีชิ้นส่วนมากขึ้นและจำเป็นต้องมีตัวเครื่องเพื่อรองรับชิ้นส่วนเหล่านั้น ขนาดใหญ่ขึ้นและด้วยเหตุผลด้านสุนทรียภาพ รูปร่างตัวเรือนที่ติดตั้งเซนเซอร์ตรวจจับการแสดงตนไม่เหมาะกับการติดตั้งในที่ที่มองเห็นได้ เต้ารับติดผนัง rj-11 สำหรับเชื่อมต่อโทรศัพท์ดึงดูดความสนใจ มันมีขนาดพอเหมาะและดูดี หลังจากลบทุกสิ่งที่ไม่จำเป็นออกจากซ็อกเก็ตแล้ว ฉันจึงวางแผงวงจรพิมพ์สำหรับสวิตช์สัมผัสแบบ capacitive ไว้
เพื่อยึดแผงวงจรพิมพ์ให้แน่นหนา จึงมีการติดตั้งขาตั้งแบบสั้นที่ฐานของเคส และขันแผงวงจรพิมพ์ที่มีชิ้นส่วนสวิตช์สัมผัสโดยใช้สกรู
เซ็นเซอร์ capacitive ทำโดยการติดแผ่นทองเหลืองที่ด้านล่างของฝาครอบซ็อกเก็ตด้วยกาว Moment โดยก่อนหน้านี้ได้ตัดหน้าต่างสำหรับ LED ที่อยู่ในนั้นออก เมื่อปิดฝา สปริง (นำมาจากไฟแช็คหินเหล็กไฟ) จะสัมผัสกับแผ่นทองเหลือง จึงรับประกันการสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างวงจรและเซ็นเซอร์
สวิตช์สัมผัสแบบคาปาซิทีฟติดตั้งอยู่บนผนังโดยใช้สกรูเกลียวปล่อยตัวเดียว เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการจัดให้มีรูไว้ในตัวเครื่อง จากนั้นจึงติดตั้งบอร์ดและขั้วต่อและฝาครอบยึดด้วยสลัก
การตั้งค่าสวิตช์คาปาซิทีฟนั้นแทบไม่ต่างจากการตั้งค่าเซ็นเซอร์แสดงสถานะที่อธิบายไว้ข้างต้น ในการตั้งค่า คุณจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าและปรับตัวต้านทานเพื่อให้ไฟ LED HL2 สว่างขึ้นเมื่อนำมือไปที่เซ็นเซอร์ และดับลงเมื่อถอดออก ถัดไป คุณจะต้องเปิดใช้งานเซ็นเซอร์สัมผัส จากนั้นเลื่อนและยกมือของคุณไปที่สวิตช์เซ็นเซอร์ ไฟ LED HL2 ควรกะพริบ และไฟ LED HL3 สีแดงควรสว่างขึ้น เมื่อถอดเข็มออกแล้ว ไฟ LED สีแดงควรจะยังคงสว่างอยู่ เมื่อคุณยกมือขึ้นอีกครั้งหรือขยับร่างกายออกจากเซ็นเซอร์ LED HL3 ควรจะดับลงนั่นคือปิดน้ำประปาในโถชำระล้าง
ยูนิเวอร์แซล PCB
เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟที่นำเสนอข้างต้นประกอบบนแผงวงจรพิมพ์ซึ่งแตกต่างเล็กน้อยจากแผงวงจรพิมพ์ที่แสดงในภาพด้านล่าง นี่เป็นเพราะการรวมกันของแผงวงจรพิมพ์ทั้งสองเป็นหนึ่งเดียวสากล หากคุณประกอบสวิตช์สัมผัส คุณจะต้องตัดแทร็กหมายเลข 2 เท่านั้น หากคุณประกอบเซ็นเซอร์ตรวจจับการสัมผัส แทร็กหมายเลข 1 จะถูกลบออกและไม่ได้ติดตั้งองค์ประกอบทั้งหมดไว้
ไม่ได้ติดตั้งองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการทำงานของสวิตช์สัมผัส แต่รบกวนการทำงานของเซ็นเซอร์แสดงสถานะ R4, C5, R6, C6, HL2 และ R4 แทนที่จะเป็น R4 และ C6 จัมเปอร์ลวดจะถูกบัดกรี โซ่ R4, C5 ปล่อยทิ้งไว้ได้ มันจะไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงาน
ด้านล่างนี้เป็นภาพวาดของแผงวงจรพิมพ์สำหรับการขึ้นลายโดยใช้วิธีระบายความร้อนในการติดรางกับฟอยล์
พิมพ์ภาพวาดบนกระดาษมันหรือกระดาษลอกลายก็เพียงพอแล้วและเทมเพลตก็พร้อมสำหรับการทำแผงวงจรพิมพ์
การทำงานที่ไร้ปัญหาของเซ็นเซอร์คาปาซิทีฟสำหรับระบบควบคุมแบบสัมผัสสำหรับการจ่ายน้ำในโถชำระล้างได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติตลอดระยะเวลาการทำงานต่อเนื่องเป็นเวลาสามปี ไม่มีการบันทึกความผิดปกติใดๆ
อย่างไรก็ตาม ฉันต้องการทราบว่าวงจรมีความไวต่อสัญญาณรบกวนแรงกระตุ้นอันทรงพลัง ฉันได้รับอีเมลขอความช่วยเหลือในการตั้งค่า ปรากฎว่าในระหว่างการดีบักวงจรมีหัวแร้งพร้อมตัวควบคุมอุณหภูมิไทริสเตอร์อยู่ใกล้ ๆ หลังจากปิดหัวแร้งแล้ว วงจรก็เริ่มทำงาน
มีอีกกรณีเช่นนี้ เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟได้รับการติดตั้งในหลอดไฟที่เชื่อมต่อกับเต้ารับเดียวกันกับตู้เย็น เมื่อเปิดไฟก็เปิดและปิดอีกครั้ง ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยการเชื่อมต่อหลอดไฟเข้ากับเต้ารับอื่น
ฉันได้รับจดหมายเกี่ยวกับความสำเร็จในการใช้วงจรเซ็นเซอร์ capacitive ที่อธิบายไว้เพื่อปรับระดับน้ำ ถังเก็บทำจากพลาสติก ในส่วนล่างและส่วนบนมีเซ็นเซอร์ติดซิลิโคนซึ่งควบคุมการเปิดและปิดปั๊มไฟฟ้า
