Chyba w dzisiejszych czasach nikomu nie trzeba tłumaczyć, czym jest touchpad? Każdy jest wyposażony w ten wygodny manipulator nowoczesne laptopy. Zamiast joysticka czy myszy używamy touchpada, czyli, mówiąc naukowo, touchpada, do przesuwania kursora i klikania.
W tym samouczku będziemy pracować z prostym czujnikiem pojemnościowym, który pozwala śledzić tylko jedno dotknięcie (tutaj, na obrazku po prawej). Naszym zadaniem jest skojarzenie dotknięcia czujnika palcem z jakąś czynnością, np. emisją dźwięku przez brzęczyk. Dotykamy czujnika – słychać sygnał dźwiękowy. Nie dotykamy go – jest cichy.
Aby rozwiązać ten problem, musimy połączyć ze sobą kontroler Arduino Uno, buzzer, a właściwie sam czujnik. Jako drugie wykorzystamy małą chustę opartą na chipie sensorowym TTP223. Do zasilania urządzenia odpowiednie jest napięcie w zakresie od 2 do 5,5 wolta.
Ten czujnik jest cyfrowy, co oznacza, że generuje tylko jedną z dwóch możliwych wartości: prawdę lub fałsz. W elektronice odpowiada to odpowiednio wysokiemu i niskiemu poziomowi napięcia.
1. Połączenie
Czujnik pojemnościowy, którego używaliśmy na lekcji, ma trzy styki:
- VCC - zasilanie +5V;
- GND - masa;
- WYJŚCIE - sygnał.
Podobnie jak wszystkie inne czujniki cyfrowe, linia NA ZEWNĄTRZ podłączamy do dowolnego wolnego wejścia cyfrowego Arduino Uno. Tradycyjnie do pracy z czujnikiem wykorzystujemy wejście nr 2. Wynikowy diagram będzie wyglądał następująco:
Wygląd układu
2. Program
Teraz spróbujmy ożywić to wszystko. Wystarczy, że w każdym cyklu programu odczytamy stan pinu nr 2 i w zależności od otrzymanej wartości włączymy lub wyłączymy buzzer. Oto co otrzymujemy:
Int capPin = 2; int buzzPin = 11; void setup() ( pinMode(capPin, INPUT); pinMode(buzzPin, OUTPUT); ) void pętli() ( if(digitalRead(capPin)) digitalWrite(buzzPin, WYSOKI); else digitalWrite(buzzPin, LOW); )
Na koniec piszemy program na Arduino Uno i zobaczymy co się stanie!
W przypadku niektórych urządzeń elektrycznych istnieje potrzeba aktywacji dotykowej, to znaczy rozpoczęcie lub zakończenie działania musi nastąpić poprzez proste dotknięcie palcem kontaktu dotykowego. Można to wykorzystać na diagramach zamki elektroniczne, alarmy, konwencjonalny sprzęt, co ułatwia jego włączanie i wyłączanie (wystarczy go dotknąć).
W tym artykule proponuję dość prosty obwód elektryczny włącznik dotykowy, który zmontować może niemal każdy. Obwód ten składa się tylko z kilku elementów elektronicznych, z których głównymi są tranzystory bipolarne, które pełnią funkcję wzmacniaczy sygnału. Sam przewód czujnika (który należy dotknąć) jest podłączony do wejścia (bazy) pierwszego tranzystora. Na wyjściu tranzystora wytwarzany jest sygnał wzmocniony setki razy, który jest podawany do następnego elementu. Drugi tranzystor wzmacnia jeszcze bardziej już wcześniej wzmocniony sygnał, cóż, trzeci etap obwodu robi to samo. W rezultacie z niezwykle małego sygnału pochodzącego z czujnika uzyskujemy prąd, który może zaświecić diodę LED (lub włączyć przekaźnik, który będzie sterował tym lub innym urządzeniem).
Przypomnę ci to tranzystor bipolarny jest elementem półprzewodnikowym z trzema zaciskami (emiter, kolektor i baza). Jest w stanie wzmocnić sygnał elektryczny 10-1000 razy. Kiedy do pinu sterującego zostanie przyłożony niewielki sygnał (od 0,6 do 0,7 V), możemy uzyskać Elektryczność i/lub znacznie wyższe napięcie.
Podstawa jest elektrodą kontrolną względem emitera. Oznacza to, że określone napięcie jest dostarczane ze źródła zasilania do podstawy (przez rezystor ograniczający tworzący pewne odchylenie) i kolektora. Gdy napięcie między bazą a emiterem osiągnie 0,6 V, tranzystor będzie nadal zamknięty (nie będzie przepuszczał prądu przez siebie względem emitera i kolektora). Zwiększając napięcie między bazą a emiterem od 0,6 do około 0,7 wolta, stopniowo otwieramy tranzystor ze stanu całkowicie zamkniętego do stanu całkowicie otwartego. W rezultacie tranzystor pełni rolę rezystora zmiennego, który jest sterowany małymi prądami i może zmieniać swoją rezystancję z nieskończenie dużej do praktycznie zerowej (nadal istnieje, choć bardzo mała).
Rezystory w obwodzie prostego przełącznika dotykowego, umieszczone w obwodzie kolektora, pełnią rolę ograniczników prądu. Ich wartości znamionowe to 1 megaom, 1 kiloom i 220 omów. Możesz zainstalować małą moc, mały rozmiar (prądy w obwodzie są dość małe). W tym obwodzie elektrycznym zastosowano tranzystory bipolarne typu KT315 (odpowiednie z dowolnym indeksem literowym). Te tranzystory są przestarzałe, można je znaleźć wszędzie i kosztują grosze (jeśli je kupisz). Można je zastąpić KT3102 lub dowolnymi innymi o podobnych właściwościach. Tranzystory te mają przewodność n-p-n (początkujący powinni wziąć to pod uwagę). Możesz umieścić w obwodzie tranzystory i przewodnictwo wsteczne (pnp) serii KT361 lub KT3107, ale wtedy będziesz musiał zmienić polaryzację zasilania (podłączyć minus do plusa i odwrotnie).
Pragnę zauważyć, że to schemat elektryczny Czujnik nie jest zamontowany na stałe, co oznacza, że urządzenie wyjściowe uruchomi się i zacznie działać tylko po dotknięciu czujnika wejściowego. Gdy tylko przestaniesz dotykać czujnika, urządzenie wyjściowe również się wyłączy.
Początkowo w obwodzie prostego przełącznika dotykowego zainstalowałem na wyjściu zwykłą diodę LED, która po prostu zapalała się po dotknięciu czujnika. Jeśli zamiast diody LED umieścisz mały przekaźnik, możesz już mieć przełącznik na wyjściu obwodu, który można podłączyć do różnych urządzenia elektryczne(dzwonek, żarówka, silnik itp.). Równolegle trzeba będzie przylutować cewki przekaźnika kondensator elektrolityczny mała pojemność (gdzieś od 100 do 1000 mikrofaradów i napięcie nie mniejsze niż źródło zasilania). A także podłącz diodę (połączenie odwrotne), co wyeliminuje wpływ napięcia samoindukcyjnego występującego na cewkach przekaźnika na sam obwód. Każda dioda się nada!
P.S. Należy pamiętać, że dioda LED ma polaryzację! Jeśli umieścisz go nieprawidłowo, nie zaświeci się. Jeśli używasz przekaźnika, weź pod uwagę prąd wyjściowy tranzystora. Oznacza to, że KT315 może mieć na wyjściu prąd nie większy niż 100 miliamperów. W rezultacie, jeśli zainstalujesz duży przełącznik, którego cewka pobiera duży prąd, tranzystor może ulec awarii. Musisz zainstalować przekaźnik o odpowiednim prądzie na cewce lub zainstalować mocniejszy tranzystor bipolarny na wyjściu obwodu.
Obwód proponowany do powtórzenia to wzmacniacz bardzo wrażliwy na pole elektromagnetyczne wytwarzane przez urządzenia zewnętrzne. Gdy styk wejściowy obwodu jest podłączony do anteny, dioda LED sygnalizuje obecność promieniowania pola elektromagnetycznego i zakłócenia ze strony urządzeń elektrycznych. Dioda LED wskaże również fakt dotknięcia styku, ponieważ rolę pełni antena w tym przypadku wykonywane przez organizm ludzki. Stąd nazwa – sensor dotykowy. Inna nazwa schematu to aktywna antena.
Schemat czujnik dotykowy pokazano na rysunku 1.
Obwód przypomina włączony własny oscylator tranzystor npn Struktury. Jeden z zacisków uzwojenia L1 jest podłączony bezpośrednio do pinu wejściowego X1. Polaryzacja diody LED VD1 nie ma znaczenia. Rezystor R2 ogranicza prąd płynący przez diodę LED, a tym samym określa jasność jej świecenia po uruchomieniu czujnika.
Czujnik dotykowy jest montowany na płytce stykowej o wymiarach 40 × 40 mm. Wygląd konstrukcji pokazano na rysunku 2.
 |
|
| Rysunek 2. | Wygląd czujnika dotykowego. |
Uzwojenia L1 i L2 są umieszczone na wspólnej ramie z dwiema sekcjami uzwojenia i tuningowym rdzeniem ferrytowym. Średnica zewnętrzna rama - 10 mm, długość rdzenia - 23 mm, średnica gwintu u podstawy rdzenia - 6 mm. W konstrukcji pokazanej na rysunku 2, L1 jest nawinięty w górnej części, a L2 w dolnej części. Każda cewka zawiera 100 zwojów drutu PEL 0,2. Uzwojenia są uwzględnione zgodnie. Za pomocą śrubokręta rdzeń wkręca się w ramę. LED VD1 - dowolna z serii AL307. Płatek uziemiający jest używany jako X1. Dotknięcie powoduje zapalenie się diody LED.
VD1 można podłączyć równolegle urządzenie pomiarowe np. multimetr w trybie pomiaru napięcia, który pozwoli ocenić poziom natężenia pola. W tym przypadku anteną zewnętrzną może być kilkucentymetrowy kawałek drutu montażowego. Ułożenie obwodu sprowadza się do wybrania długości anteny i znalezienia położenia rdzenia, w którym napięcie na diodzie LED jest maksymalne.
Obwód nie jest wybredny w wyborze podstawy elementu. Przykładowo w oryginalnej wersji układu zastosowano tranzystor KT815G, rezystancja rezystora R1 wynosiła 100 kOhm. Jako L1 i L2 zastosowano dwie cewki na prętowym rdzeniu ferrytowym anteny magnetycznej długofalowej z odbiornika radiowego. Cewki można przesuwać wzdłuż rdzenia. Podczas przesuwania cewek zaobserwowano zjawiska, które nie są sprzeczne z prawem Indukcja elektromagnetyczna w odróżnieniu od schematu zaproponowanego w . Kiedy cewki zostały znacznie odsunięte od siebie i pozbawione rdzenia ferrytowego, obwód przestał działać.
Układ może znaleźć praktyczne zastosowanie nie tylko przy projektowaniu mierników natężenia pola, ale także w urządzeniach automatyki i sygnalizacji. Czujnik dotykowy można podłączyć do mikrokontrolera. W tym celu należy wykonać konwersję napięcia analogowo-cyfrowego na diodzie LED VD1, ewentualnie wykorzystując zasoby samego mikrokontrolera, jeśli zawiera on wbudowany przetwornik ADC.
Podsumowując, należy zauważyć, że istnieje wiele obwodów czujników dotykowych opartych na tranzystory polowe i niezawierające elementów indukcyjnych. W wielu przypadkach mogą działać wydajniej, ale projekt pokazany w tym artykule jest przykładem oryginału rozwiązanie techniczne i jest skierowany do początkujących radioamatorów.
Literatura
- Brovin V.I. Zjawisko przenoszenia energii indukcyjności poprzez momenty magnetyczne substancji znajdującej się w otaczającej przestrzeni i jego zastosowanie. - M.: MetaSintez, 2003 - 20 s.
- Krylov K. S., Lee Jaeho, Kim Young Jin, Kim Seunghwan, Lee Sang-Ha. Patent na wynalazek nr 2395876. Aktywna antena magnetyczna z rdzeniem ferrytowym.
Czujnik pojemnościowy to jeden z rodzajów czujników bezkontaktowych, którego zasada działania opiera się na zmianie stałej dielektrycznej ośrodka pomiędzy dwiema płytkami kondensatora. Służy jedno pokrycie czujnik dotyku obwody w postaci metalowej płytki lub drutu, a drugi to substancja przewodząca prąd elektryczny, taka jak metal, woda lub ciało ludzkie.
Opracowując system automatycznego włączania dopływu wody do toalety dla bidetu, pojawiła się potrzeba użycia czujnik pojemnościowy obecność i przełączenie posiadania wysoka niezawodność, odporność na zmiany temperatury zewnętrznej, wilgotności, zapylenia i napięcia zasilającego. Chciałem także wyeliminować potrzebę dotykania elementów sterujących systemem. Przedstawione wymagania mogły spełnić jedynie obwody czujników dotykowych działające na zasadzie zmiany pojemności. Gotowy schemat dogadzający niezbędne wymagania Nie mogłem tego znaleźć, musiałem sam to opracować.
W efekcie powstał uniwersalny, pojemnościowy czujnik dotyku, który nie wymaga konfiguracji i reaguje na zbliżanie się do obiektów przewodzących prąd elektryczny, w tym człowieka, na odległość do 5 cm. Zakres zastosowania proponowanego czujnika dotyku jest nieograniczony. Można go wykorzystać np. do włączenia oświetlenia, systemów alarm przeciwwłamaniowy, określenie poziomu wody i w wielu innych przypadkach.
Schematy obwodów elektrycznych
Aby kontrolować dopływ wody w bidecie toaletowym, potrzebne były dwa pojemnościowe czujniki dotykowe. Jeden czujnik musiał być zainstalowany bezpośrednio na toalecie; musiał generować logiczny sygnał zerowy w obecności osoby i w przypadku braku logicznego sygnału jednostkowego. Drugi czujnik pojemnościowy miał pełnić funkcję wyłącznika wody i znajdować się w jednym z dwóch stanów logicznych.
Po zbliżeniu ręki do czujnika czujnik musiał zmienić stan logiczny na wyjściu - ze stanu początkowego na stan zera logicznego, po ponownym dotknięciu ręki ze stanu zerowego na stan logicznej jedynki. I tak w nieskończoność, dopóki przełącznik dotykowy otrzyma sygnał zezwalający na zerowanie logiczne z czujnika obecności.
Obwód pojemnościowego czujnika dotykowego
Podstawą obwodu pojemnościowego dotykowego czujnika obecności jest główny prostokątny generator impulsów, wykonany według klasycznego schematu na dwóch elementach logicznych mikroukładu D1.1 i D1.2. Częstotliwość generatora jest określona na podstawie wartości znamionowych elementów R1 i C1 i jest wybierana w okolicach 50 kHz. Wartość częstotliwości nie ma praktycznie żadnego wpływu na działanie czujnika pojemnościowego. Zmieniłem częstotliwość z 20 na 200 kHz i wizualnie nie zauważyłem żadnego wpływu na działanie urządzenia.
Z pinu 4 układu D1.2 prostokątny kształt przez rezystor R2 trafia do wejść 8, 9 mikroukładu D1.3, a poprzez rezystor zmienny R3 na wejścia 12,13 D1.4. Sygnał dociera do wejścia mikroukładu D1.3 z mała zmiana nachylenie czoła impulsu z powodu zainstalowany czujnik, czyli kawałek drutu lub metalowej płyty. Na wejściu D1.4, za sprawą kondensatora C2, czoło zmienia się na czas potrzebny do jego ponownego naładowania. Dzięki obecności rezystora dostrajającego R3 możliwe jest ustawienie zbocza impulsu na wejściu D1.4 równego zbocza impulsu na wejściu D1.3.
Jeśli zbliżysz rękę lub metalowy przedmiot do anteny (czujnika dotyku), pojemność na wejściu mikroukładu DD1.3 wzrośnie, a przód przychodzącego impulsu będzie opóźniony w czasie w stosunku do czoła impulsu docierając do wejścia DD1.4. Aby „złapać” to opóźnienie, odwrócone impulsy podawane są do układu DD2.1, który jest przerzutnikiem D działającym w następujący sposób. Wzdłuż dodatniej krawędzi impulsu docierającego do wejścia mikroukładu C, sygnał, który w tym momencie znajdował się na wejściu D, jest przesyłany na wyjście wyzwalacza, w związku z czym, jeśli sygnał na wejściu D nie ulegnie zmianie, przychodzące impulsy przyjdą wejście zliczające C nie mają wpływu na poziom sygnału wyjściowego. Ta właściwość wyzwalacza D umożliwiła wykonanie prostego pojemnościowego czujnika dotykowego.
Kiedy pojemność anteny, w wyniku zbliżania się do niej ludzkiego ciała, na wejściu DD1.3 wzrasta, impuls jest opóźniony, co naprawia wyzwalacz D, zmieniając jego stan wyjściowy. Dioda LED HL1 sygnalizuje obecność napięcia zasilającego, natomiast dioda LED HL2 sygnalizuje bliskość czujnika dotykowego.
Obwód przełącznika dotykowego
Obwód pojemnościowego czujnika dotykowego można również wykorzystać do obsługi przełącznika dotykowego, ale z niewielką modyfikacją, ponieważ musi on nie tylko reagować na zbliżanie się ludzkiego ciała, ale także pozostawać w stanie ustalonym po odsunięciu ręki. Aby rozwiązać ten problem, musieliśmy dodać kolejny wyzwalacz D, DD2.2, do wyjścia czujnika dotykowego, połączonego za pomocą dzielnika przez dwa obwody.
Obwód czujnika pojemnościowego został nieco zmodyfikowany. Aby wykluczyć fałszywe alarmy, ponieważ osoba może powoli podnosić i zdejmować rękę, z powodu obecności zakłóceń, czujnik może wyprowadzić kilka impulsów na wejście zliczające D wyzwalacza, naruszając wymagany algorytm działania przełącznika. Dlatego dodano łańcuch RC z elementami R4 i C5, który na krótki czas blokował możliwość przełączenia wyzwalacza D.
Wyzwalacz DD2.2 działa analogicznie jak DD2.1, z tą różnicą, że sygnał na wejście D doprowadzany jest nie z innych elementów, lecz z wyjścia odwrotnego DD2.2. W efekcie wzdłuż dodatniego zbocza impulsu docierającego na wejście C sygnał na wejściu D zmienia się na przeciwny. Przykładowo, jeśli w stanie początkowym na pinie 13 znajdowało się logiczne zero, to jednokrotne podniesienie ręki do czujnika spowoduje przełączenie spustu i ustawienie logicznego na pinie 13. Przy następnej interakcji z czujnikiem pin 13 zostanie ponownie ustawiony na zero logiczne.
Aby zablokować wyłącznik pod nieobecność osoby w toalecie, z czujnika na wejście R doprowadzana jest jednostka logiczna (ustawienie zera na wyjściu wyzwalacza, niezależnie od sygnałów na wszystkich pozostałych jego wejściach). Na wyjściu przełącznika pojemnościowego ustawiane jest zero logiczne, które jest dostarczane przez wiązkę do podstawy kluczowy tranzystor włączenie zawór elektromagnetyczny w Zespole Zasilania i Przełączania.
Rezystor R6 w przypadku braku sygnału blokującego z czujnika pojemnościowego w przypadku jego awarii lub przerwy w przewodzie sterującym, blokuje spust na wejściu R, eliminując w ten sposób możliwość samoistnego dopływu wody do bidetu. Kondensator C6 chroni wejście R przed zakłóceniami. Dioda LED HL3 służy do sygnalizowania obecności wody w bidecie.
Projekt i szczegóły pojemnościowych czujników dotykowych
Kiedy zacząłem opracowywać system czujników dopływu wody do bidetu, najtrudniejszym zadaniem wydawało mi się opracowanie pojemnościowego czujnika obecności. Było to spowodowane szeregiem ograniczeń dotyczących instalacji i obsługi. Nie chciałem, żeby czujnik łączył się mechanicznie z klapą sedesu, bo trzeba go co jakiś czas wyjmować do mycia i nie przeszkadzałby sanityzacja samą toaletę. Dlatego jako element reagujący wybrałem pojemnik.
Czujnik obecności
Na podstawie opublikowanego powyżej schematu wykonałem prototyp. Części czujnika pojemnościowego są zmontowane na płytce drukowanej; płytka jest umieszczona w plastikowym pudełku i zamknięta pokrywką. Do podłączenia anteny w obudowie montuje się złącze jednopinowe, natomiast złącze czteropinowe RSh2N służy do zasilania napięcia i sygnału. Płytka drukowana jest połączona ze złączami poprzez lutowanie przewodami miedzianymi w izolacji z tworzywa fluoroplastycznego.
Pojemnościowy czujnik dotykowy jest montowany na dwóch mikroukładach serii KR561, LE5 i TM2. Zamiast mikroukładu KR561LE5 można zastosować KR561LA7. Odpowiednie są również mikroukłady serii 176 i importowane analogi. Rezystory, kondensatory i diody LED będą pasować do każdego typu. Kondensator C2, dla stabilna praca czujnik pojemnościowy podczas pracy w warunkach dużych wahań temperatury środowisko należy wziąć za pomocą małego TKE.
Czujnik montowany jest pod platformą toalety, na której jest zamontowany cysterna w miejscu, do którego w przypadku wycieku ze zbiornika nie będzie mogła przedostać się woda. Korpus czujnika przyklejany jest do toalety za pomocą taśmy dwustronnej.
Antena czujnika pojemnościowego to kawałek miedzi linka Ocieplana fluoroplastem o długości 35 cm, przyklejona przezroczystą taśmą do zewnętrznej ścianki muszli klozetowej centymetr poniżej płaszczyzny szyb. Czujnik jest wyraźnie widoczny na zdjęciu.
Aby wyregulować czułość czujnika dotykowego, po zamontowaniu go w toalecie należy zmienić rezystancję rezystora trymującego R3 tak, aby dioda HL2 zgasła. Następnie połóż rękę na pokrywie toalety nad miejscem, w którym znajduje się czujnik, dioda HL2 powinna się zaświecić, po odsunięciu ręki powinna zgasnąć. Od ludzkiego uda masowo więcej rąk, wówczas podczas pracy czujnik dotykowy po takiej regulacji będzie działał.
Projekt i szczegóły pojemnościowego przełącznika dotykowego
Obwód pojemnościowego przełącznika dotykowego ma więcej szczegółów i potrzebne było mieszkanie, aby je pomieścić większy rozmiar i ze względów estetycznych wygląd Obudowa, w której umieszczono czujnik obecności, niezbyt nadawała się do montażu w widocznym miejscu. Uwagę przykuło gniazdko ścienne rj-11 służące do podłączenia telefonu. Miał odpowiedni rozmiar i wyglądał dobrze. Po wyjęciu z gniazdka wszystkiego, co niepotrzebne, umieściłem w nim płytkę drukowaną pod pojemnościowy włącznik dotykowy.
Aby zabezpieczyć płytka drukowana U podstawy obudowy zamontowano krótką podstawkę i za pomocą śruby przykręcono do niej płytkę drukowaną z elementami przełącznika dotykowego.
Czujnik pojemnościowy wykonano poprzez przyklejenie blachy mosiężnej do spodu osłony gniazda za pomocą kleju Moment, po wcześniejszym wycięciu w nich okienka na diody LED. Podczas zamykania pokrywy sprężyna (wyjęta z zapalniczki) styka się z mosiężną blaszką, zapewniając w ten sposób kontakt elektryczny pomiędzy obwodem a czujnikiem.
Pojemnościowy włącznik dotykowy montowany jest na ścianie za pomocą jednej śruby samogwintującej. W tym celu w obudowie przewidziano otwór. Następnie montuje się płytkę i złącze, a pokrywę zabezpiecza się zatrzaskami.
Konfiguracja przełącznika pojemnościowego praktycznie nie różni się od konfiguracji czujnika obecności opisanej powyżej. Aby go ustawić należy podać napięcie zasilania i wyregulować rezystor tak, aby dioda HL2 zapalała się po zbliżeniu dłoni do czujnika, a gaśnie po jej odsunięciu. Następnie musisz aktywować czujnik dotykowy oraz przesunąć i zdjąć rękę do czujnika przełącznika. Dioda HL2 powinna migać, a czerwona dioda HL3 powinna się zaświecić. Po odsunięciu ręki czerwona dioda LED powinna się świecić. Gdy ponownie podniesiesz rękę lub odsuniesz się od czujnika, dioda HL3 powinna zgasnąć, czyli zakręcić dopływ wody w bidecie.
Uniwersalna płytka drukowana
Przedstawione powyżej czujniki pojemnościowe montowane są na płytkach drukowanych, nieco różniących się od płytki drukowanej pokazanej na zdjęciu poniżej. Dzieje się tak dzięki połączeniu obu płytek drukowanych w jedną uniwersalną. Jeśli montujesz przełącznik dotykowy, wystarczy wyciąć tylko ścieżkę nr 2. Jeśli montujesz dotykowy czujnik obecności, tor nr 1 jest usuwany i nie wszystkie elementy są instalowane.
Nie montuje się elementów niezbędnych do działania wyłącznika dotykowego, a zakłócających pracę czujnika obecności R4, C5, R6, C6, HL2 i R4. Zamiast R4 i C6 lutowane są zworki drutowe. Łańcuch R4, C5 można pozostawić. Nie będzie to miało wpływu na pracę.
Poniżej rysunek płytki drukowanej do radełkowania metodą termiczną nanoszenia ścieżek na folię.
Wystarczy wydrukować rysunek na papierze błyszczącym lub kalce i szablon jest gotowy do wykonania płytki drukowanej.
Bezawaryjne działanie czujników pojemnościowych do dotykowego systemu sterowania zaopatrzeniem w wodę w bidecie zostało potwierdzone w praktyce przez trzy lata ciągłej pracy. Nie odnotowano żadnych usterek.
Chcę jednak zauważyć, że obwód jest wrażliwy na silny szum impulsowy. Otrzymałem e-mail z prośbą o pomoc w konfiguracji. Okazało się, że podczas debugowania obwodu w pobliżu znajdowała się lutownica z tyrystorowym regulatorem temperatury. Po wyłączeniu lutownicy obwód zaczął działać.
Był jeszcze jeden taki przypadek. Czujnik pojemnościowy został zainstalowany w lampie podłączonej do tego samego gniazdka co lodówka. Po włączeniu światło się zaświeciło, a gdy ponownie zgasło. Problem został rozwiązany poprzez podłączenie lampy do innego gniazdka.
Otrzymałem list o pomyślnym zastosowaniu opisanego obwodu czujnika pojemnościowego do regulacji poziomu wody w plastikowym zbiorniku. W dolnej i górnej części znajdował się zaklejony silikonem czujnik kontrolujący załączanie i wyłączanie pompy elektrycznej.
Jak podłączyć pojemnościowy czujnik dotykowy do mikrokontrolera. Pomysł ten wydał mi się całkiem obiecujący; w przypadku niektórych urządzeń znacznie lepiej sprawdziłyby się klawisze dotykowe niż mechaniczne. W tym artykule opowiem o mojej implementacji tego przydatna technologia w oparciu o płytkę rozwojową STM32 Discovery.
Tak więc, dopiero zaczynając opanowywać STM32, zdecydowałem się dodać do urządzenia wykrywanie dotyku w ramach ćwiczenia. Gdy zacząłem rozumieć teorię i praktykę w ww. artykule, powtórzyłem obwód towarzysza „a. Działało idealnie, ale ja, miłośnik minimalizmu, chciałem to uprościć, pozbywając się niepotrzebnych elementów. Moim zdaniem , zewnętrzny rezystor i tor zasilania okazały się zbędne. Wszystko to ma już je większość mikrokontrolerów, w tym AVR i STM32. Mam tu na myśli rezystory podciągające dla portów wejścia/wyjścia. Dlaczego by nie naładować przez nie płytki i naszych palców ? W oczekiwaniu na podstęp zmontowałem obwód na płytce prototypowej, który, ku mojemu zdziwieniu, zadziałał za pierwszym razem. Właściwie to nawet zabawne jest nazywanie tego obwodem, ponieważ wystarczy tylko podłączyć płytkę stykową do nogi płytki debugowania. Mikrokontroler wykona całą pracę.
Jaki jest program? Pierwsze dwie funkcje:
Pierwszy wyprowadza logiczne „0” na pin czujnika (pin zerowy rejestru C)
Void Sensor_Ground (void) ( GPIOC->CRL = 0x1; GPIOC->BRR |= 0x1; )
Drugi konfiguruje to samo wyjście jako wejście, z podciągnięciem do zasilacza.
Void Sensor_InPullUp (void) ( GPIOC->CRL = 0x8; GPIOC->BSRR |= 0x1; )
Teraz na początku cyklu odpytywania wywołamy Sensor_Ground() i poczekamy chwilę, aż cały ładunek resztkowy czujnika spadnie na ziemię. Następnie zresetujemy zmienną licznikową, która posłuży do obliczenia czasu ładowania czujnika i wywołamy Sensor_InPullUp().
Czujnik_Uziemienie(); Opóźnienie (0xFF); //prosty pusty licznik = 0; Sensor_InPullUp();
Teraz czujnik zaczyna ładować się przez wewnętrzny rezystor podciągający o wartości nominalnej około kilkudziesięciu KOhm (30..50KOhm dla STM32). Stała czasowa takiego obwodu będzie równa kilku cyklom zegara, więc zmieniłem rezonator kwarcowy na płycie debugującej na szybszy, 20 MHz (swoją drogą, nie od razu zauważyłem, że w STM32 Discovery kwarc jest wymieniany bez lutowania). Liczymy więc cykle procesora, aż na wejściu pojawi się logiczny:
Podczas(!(GPIOC->IDR & 0x1)) (liczba++; )
Po wyjściu z tej pętli zmienna licznika zapisze liczbę proporcjonalną do pojemności płytki czujnika. W moim przypadku z chipem 20 MHz wartość licznika wynosi 1 przy braku nacisku, 7-10 przy najlżejszym dotyku, 15-20 przy normalnym dotyku. Pozostaje tylko porównać go z wartością progową i nie zapomnieć ponownie wywołać Sensor_Ground(), aby przy następnym cyklu odpytywania czujnik był już rozładowany.
Uzyskana czułość jest wystarczająca, aby z pewnością wykryć dotknięcia gołych metalowych podkładek. Po zakryciu czujnika kartką papieru lub plastiku czułość spada trzy do czterech razy; tylko pewne naciśnięcia są wyraźnie wykrywane. Aby zwiększyć czułość w przypadkach, gdy czujnik wymaga pokrycia materiałem ochronnym, można zwiększyć częstotliwość taktowania mikrokontrolera. Dzięki chipowi z serii STM32F103, zdolnemu do pracy w częstotliwościach do 72 MHz, milimetrowe bariery pomiędzy palcem a czujnikiem nie będą przeszkodą.
W porównaniu do implementacji „a, moje podejście działa znacznie szybciej (około kilkanaście cykli zegara na odpytywanie jednego czujnika), więc nie komplikowałem programu, ustawiając przerwania czasowe.
Na koniec filmik prezentujący działanie czujnika.
Program testowy Main.c.
Do mikrokontrolera
Dziękujemy użytkownikowi za bardzo przydatny artykuł Mikrokontrolery ARM STM32F. Szybki start z STM32-Discovery, dla użytkownika za pomysł i zrozumiały opis teoretyczny.
UPD. Po komentarzach „a Postanowiłem przyjrzeć się taktowaniu i odkryłem, że domyślnie STM32 Discovery jest ustawiony na częstotliwość zegara
(HSE / 2) * 6 = 24 MHz, gdzie HSE to częstotliwość zewnętrznego kryształu. W związku z tym zmieniając kwarc z 8 na 20 MHz, zmusiłem biednego STM do pracy na 60 MHz. Zatem po pierwsze, niektóre wnioski są oczywiście nie do końca poprawne, a po drugie, to, co zrobiłem, mogło doprowadzić do awarii chipa w przypadku takich awarii w mikrokontrolerze pojawia się przerwanie HardFault, używając go, sprawdziłem więcej wysokie częstotliwości. Tak więc układ zaczyna zawodzić tylko przy 70 MHz. Ale chociaż kontroler przetwarza ten konkretny program z częstotliwością 60 MHz, podczas korzystania z urządzeń peryferyjnych lub pracy z pamięcią Flash może zachowywać się w nieprzewidywalny sposób. Wniosek: potraktuj ten temat jako eksperyment, powtarzaj tylko na własne ryzyko i ryzyko.