비접촉 센서: 개요, 작동 원리, 목적. 센서 스위치. 터치 센서. 터치 센서 회로의 다이어그램 및 상세 설명

아시다시피 금속 물체, 판 또는 문 손잡이와 같은 금속 표면입니다. 센서에는 기계적 요소가 없으므로 상당한 신뢰성을 제공합니다.

이러한 장치의 사용 범위는 벨 켜기, 전등 스위치, 전자 장치 제어, 알람 센서 그룹 등을 포함하여 상당히 넓습니다. 필요한 경우 터치 센서를 사용하면 스위치를 숨길 수 있습니다.

터치 센서 작동 설명

아래 센서 회로의 작동은 벽에 있는 전기 배선에 의해 생성되는 주택에 존재하는 전자기장의 사용을 기반으로 합니다.

손으로 센서 센서를 만지는 것은 안테나를 앰프의 민감한 입력에 연결하는 것과 같습니다. 결과적으로 유도된 네트워크 전기는 전자 스위치 역할을 하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트로 들어갑니다.

그만큼 터치 터치 센서전계 효과 트랜지스터 KP501A(B, C)를 사용하기 때문에 매우 간단합니다. 이 트랜지스터는 문자 A의 경우 최대 240V, 문자 B 및 C의 경우 200V의 최대 소스-드레인 전압에서 최대 180mA의 전류 전송을 제공합니다. 정전기로부터 보호하기 위해 입력에 다이오드가 있습니다.

전계 효과 트랜지스터는 입력 저항이 높으며 이를 제어하려면 임계값보다 큰 정전압이면 충분합니다. 을 위한 이런 유형의전계 효과 트랜지스터의 경우 공칭 임계 전압은 1~3V이고 최대 허용 전압은 20V입니다.

손으로 센서 E1을 터치하면 게이트에 유도된 전위 정도가 트랜지스터를 열기에 충분합니다. 이 경우 VT1의 드레인에는 지속 시간이 35ms이고 전기 네트워크 주파수가 50Hz인 전기 펄스가 있습니다. 대부분의 전자기 릴레이는 전환하는 데 3~25ms만 필요합니다. 접점 순간에 릴레이 접점이 튀는 것을 방지하기 위해 커패시터 C2가 회로에 포함됩니다. 커패시터에 축적된 전하로 인해 해당 반주기 동안에도 릴레이가 켜집니다. 주전원 전압 VT1이 닫힐 때. 센서 센서에 터치가 있는 한 릴레이는 켜집니다.

커패시터 C1은 고주파 무선 간섭에 대한 센서의 내성을 높입니다. 정전 용량 C1과 저항 R1을 변경하여 센서 터치 감도를 변경할 수 있습니다. 연락처 그룹 K1.1은 외부 전자 장치를 제어합니다.

이 회로에 트리거와 네트워크 부하 전환 노드를 추가하면 얻을 수 있습니다.

출처: "유용한 다이어그램", Shelestov I.P.

휴대용 USB 오실로스코프, 2채널, 40MHz....

이 기사에서는 단순한 커패시터를 사용하여 인간 손가락의 터치를 감지할 수 있는 전기 원리를 자세히(너무 깊게는 아니지만) 살펴보겠습니다.

커패시터는 터치에 민감할 수 있습니다.

지난 10여년 동안 터치 센서가 없는 전자 제품이 있는 세상을 상상하기가 정말 어려워졌습니다. 스마트폰은 이에 대한 가장 눈에 띄고 널리 퍼진 예이지만, 물론 터치 센서가 있는 다른 장치와 시스템도 많습니다. 정전 용량과 저항을 모두 사용하여 터치 센서를 구축할 수 있습니다. 이 기사에서는 구현에 더 바람직한 용량성 센서에 대해서만 설명합니다.

용량성 센서를 기반으로 하는 애플리케이션은 매우 복잡할 수 있지만 기술의 기본 원리는 매우 간단합니다. 실제로 정전 용량의 개념과 특정 커패시터의 정전 용량을 결정하는 요소를 이해한다면 정전 용량 터치 센서의 작동을 이해하는 데 있어 올바른 길을 가고 있는 것입니다.

정전 용량 방식 터치 센서는 상호 정전 용량 기반과 자체 정전 용량 기반의 두 가지 주요 범주로 분류됩니다. 그 중 첫 번째는 센서 커패시터가 방출 및 수신 전극 역할을 하는 두 개의 단자로 구성되어 터치 디스플레이에 더 적합합니다. 센서 커패시터의 한쪽 단자를 접지에 연결하는 후자는 터치 버튼, 슬라이더 또는 휠에 적합한 직접 접근 방식입니다. 이 기사에서는 고유 정전용량을 기반으로 하는 센서를 살펴보겠습니다.

PCB 기반 커패시터

커패시터는 다양한 유형이 될 수 있습니다. 우리 모두는 납이 포함된 부품이나 표면 실장 패키지 형태로 정전 용량을 보는 데 익숙하지만 실제로 필요한 것은 절연 재료(예: 유전체)로 분리된 두 개의 도체뿐입니다. 따라서 분리된 전기 전도성 층만을 사용하여 커패시터를 만드는 것은 매우 간단합니다. 인쇄 회로 기판. 예를 들어, 터치 터치 버튼으로 사용되는 인쇄 회로 커패시터의 다음 평면도와 측면도를 고려해 보세요(측면도 그림에서 다른 PCB 레이어로의 전환 참고).

터치 버튼과 주변 구리 사이의 절연 분리는 커패시터에 의해 생성됩니다. 이 경우 주변 구리가 접지에 연결되므로 터치 버튼은 터치 신호 패드와 접지 사이의 커패시터로 모델링될 수 있습니다.

이제 이 PCB 레이아웃이 실제로 제공하는 커패시턴스가 얼마나 되는지 알고 싶을 수도 있습니다. 게다가 어떻게 정확하게 계산할 수 있을까요? 첫 번째 질문에 대한 대답은 커패시턴스가 약 10pF 정도로 매우 작다는 것입니다. 두 번째 질문에 관해서: 정전기를 잊어버렸더라도 걱정하지 마세요. 커패시터 커패시턴스의 정확한 값은 중요하지 않습니다.. 우리는 커패시턴스의 변화만 찾고 있으며 인쇄된 커패시터의 커패시턴스 등급을 알지 못해도 이러한 변화를 감지할 수 있습니다.

손가락 영향

그렇다면 터치 센서 컨트롤러가 감지하게 될 정전 용량 변화의 원인은 무엇입니까? 물론, 사람의 손가락입니다.

손가락이 정전 용량을 변경하는 이유를 논의하기 전에 직접적인 전기 접촉이 없다는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 손가락은 인쇄 회로 기판의 바니시로 커패시터로부터 절연되며 일반적으로 장치의 전자 장치를 외부 환경과 분리하는 플라스틱 층으로 절연됩니다. 그래서 손가락이 커패시터를 방전시키지 않습니다, 그리고 더 나아가 특정 순간에 커패시터에 저장된 전하량이 중요하지 않고 오히려 특정 순간의 정전 용량이 중요합니다.

그렇다면 왜 손가락이 있으면 정전용량이 변하는 걸까요? 두 가지 이유가 있습니다. 첫 번째는 손가락의 유전 특성과 관련이 있고 두 번째는 전도성 특성과 관련이 있습니다.

손가락은 유전체와 같다

우리는 일반적으로 커패시터가 두 도체판의 면적, 두 도체 사이의 거리 및 판 사이의 물질 유전 상수에 의해 결정되는 고정된 값을 갖는 것으로 생각합니다. 물론 단순히 만지는 것만으로는 커패시터의 물리적 크기를 변경할 수 없습니다. 할 수 있다사람의 손가락은 대체되는 물질(아마도 공기)과 유전 특성이 다르기 때문에 유전 상수를 변경합니다. 손가락이 실제 유전체 영역에 있지 않다는 것은 사실입니다. 도체 사이의 절연 공간에 직접 있지만 커패시터에 대한 "침략"은 필요하지 않습니다.

그림과 같이 유전체 특성을 변경하기 위해 커패시터의 전기장이 주변 환경으로 퍼지기 때문에 플레이트 사이에 손가락을 놓을 필요가 없습니다.

우리 몸은 대부분 물로 구성되어 있기 때문에 인간의 육체는 꽤 좋은 유전체라는 것이 밝혀졌습니다. 진공의 비유전율은 1이고, 공기의 비유전율은 이보다 약간 더 높습니다(실온과 해수면에서 약 1.0006). 물의 비유전율은 약 80으로 훨씬 높습니다. 따라서 축전기의 전기장과 손가락의 상호 작용은 비유전율의 증가를 나타내며 결과적으로 정전용량이 증가합니다.

손가락을 가이드로 삼아

혹시 맞은 사람이라도 전류, 인간의 피부가 전류를 전도한다는 것을 알고 있습니다. 손가락과 터치 버튼 사이에 직접적인 접촉이 없다는 점(즉, 손가락이 인쇄 커패시터를 방전시키는 상황)은 위에서 이미 언급했습니다. 그러나 이것이 손가락 전도성이 중요하지 않다는 의미는 아닙니다. 추가 커패시터에서 손가락이 두 번째 전도성 플레이트가 되므로 이는 실제로 매우 중요합니다.

실제로는 이 새로운 핑거 커패시터가 기존 인쇄 커패시터와 병렬로 연결되어 있다고 가정할 수 있습니다. 이 상황은 감지 장치를 사용하는 사람이 회로 기판의 접지에 전기적으로 연결되어 있지 않아 일반적인 회로 분석 의미에서 두 커패시터가 병렬로 연결되지 않기 때문에 조금 더 복잡합니다.

그러나 우리는 다음과 같이 생각할 수 있습니다. 인간의 몸, 제공에 관해서는 가상상대적으로 흡수력이 크기 때문에 전하. 어떤 경우에도 핑거 커패시터와 인쇄 커패시터 사이의 정확한 전기적 연결에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 중요한 점이 두 커패시터의 의사 병렬 연결은 커패시터가 병렬로 추가됨에 따라 손가락이 전체 정전 용량을 증가시킨다는 것을 의미합니다.

따라서 손가락과 정전식 터치 센서 사이의 두 가지 영향 메커니즘이 모두 정전용량 증가에 기여한다는 것을 알 수 있습니다.

가까운 거리 또는 접촉

이전 논의는 정전식 터치 센서의 흥미로운 특징으로 이어졌습니다. 측정된 정전용량 변화는 다음 사항에 의해서만 발생할 수 있는 것이 아닙니다. 연락하다손가락과 센서 사이뿐만 아니라 가까운 거리그들 사이에. 나는 보통 생각한다. 터치 장치기계식 스위치나 버튼을 교체하는 것처럼 보이지만 정전식 터치 센서 기술은 실제로 새로운 레벨기능을 통해 시스템은 센서와 손가락 사이의 거리를 결정할 수 있습니다.

위에 설명된 두 정전용량 변경 메커니즘은 거리에 따라 달라지는 효과를 갖습니다. 유전 상수 기반 메커니즘의 경우 손가락이 인쇄된 커패시터의 전도성 부분에 접근하면 커패시터의 전기장과 "고기" 유전체 상호 작용의 양이 증가합니다. 전도성 메커니즘의 경우 핑거 커패시터(다른 커패시터와 마찬가지로)의 커패시턴스는 전도성 플레이트 사이의 거리에 반비례합니다.

여기서는 경보 시스템의 일부로 가장 자주 사용되는 소리 및 터치 센서를 살펴보겠습니다.

터치 센서 모듈 KY-036

모듈은 기본적으로 터치 버튼입니다. 저자가 이해한 바와 같이 장치의 작동 원리는 센서 접촉을 만지면 사람이 가정용 AC 네트워크 주파수에서 간섭을 수신하는 안테나가 된다는 사실에 기초합니다. 이 신호는 비교기 LM393YD로 전송됩니다.

모듈 크기는 42 x 15 x 13mm, 무게는 2.8g이며, 모듈 보드에는 직경 3mm의 장착 구멍이 있습니다. 전원은 LED L1로 표시됩니다.

센서가 트리거되면 LED L2가 켜집니다(깜박임). 전류 소비는 대기 모드에서 3.9mA, 트리거 시 4.9mA입니다.

가변 저항기에 의해 센서의 어떤 감도 임계값을 조절해야 하는지는 완전히 명확하지 않습니다. LM393YD 비교기가 있는 이러한 모듈은 표준이며 다양한 센서가 납땜되어 모듈을 얻습니다. 다양한 목적으로. 전원 단자 "G" - 공통선, "+" - +5V 전원 공급 장치. 디지털 입력 "D0"에는 낮은 논리 레벨이 있으며 센서가 트리거되면 50Hz 주파수의 펄스가 출력에 나타납니다. 핀 "A0"에는 "D0"에 대해 반전된 신호가 있습니다. 일반적으로 모듈은 버튼처럼 개별적으로 작동하며 LED_with_button 프로그램을 사용하여 확인할 수 있습니다.

터치 센서를 사용하면 금속 표면을 제어 버튼으로 사용할 수 있으며 움직이는 부품이 없으므로 내구성과 신뢰성에 긍정적인 영향을 미칩니다.

사운드 센서 모듈 KY-037

모듈은 볼륨이 지정된 한도를 초과하는 사운드에 의해 트리거되어야 합니다. 모듈의 민감한 요소는 LM393YD 칩의 비교기와 함께 작동하는 마이크입니다.

모듈 크기는 42 x 15 x 13mm, 무게는 3.4g이며 이전 사례와 유사하며 모듈 보드에는 직경 3mm의 장착 구멍이 있습니다. 전원은 LED L1로 표시됩니다. 전원 단자 "G" - 공통선, "+" - +5V 전원 공급 장치.

소비 전류는 대기 모드에서 4.1mA, 트리거 시 5mA입니다.

핀 "A0"에서 전압은 마이크가 수신하는 신호의 볼륨 레벨에 따라 변경됩니다. 볼륨이 증가하면 판독값이 감소하며 이는 AnalogInput2 프로그램을 사용하여 확인할 수 있습니다.

디지털 입력 "D0"에는 낮은 논리 레벨이 있으며, 지정된 임계값을 초과하면 낮은 레벨이 높은 레벨로 변경됩니다. 응답 임계값은 가변 저항기로 조정할 수 있습니다. 이 경우 LED L2가 켜집니다. 날카로운 큰 소리와 함께 다시 전환할 때 1~2초의 지연이 발생합니다.

전반적으로 스마트 홈이나 경보 시스템을 구성하는 데 유용한 센서입니다.

사운드 센서 모듈 KY-038

언뜻보기에 모듈은 이전 모듈과 유사해 보입니다. 모듈의 민감한 요소는 마이크입니다. 네트워크에는 이 모듈에 대한 정보가 많지 않습니다.

모듈 크기는 40 x 15 x 13mm, 무게는 2.8g이며 이전 사례와 유사하며 모듈 보드에는 직경 3mm의 장착 구멍이 있습니다. 전원은 LED L1로 표시됩니다. 전원 단자 "G" - 공통선, "+" - +5V 전원 공급 장치.

리드 스위치가 활성화되면 LED L2가 켜집니다. 전류 소비는 대기 모드에서 4.2mA, 트리거 시 최대 6mA입니다.

핀 "A0"에서 볼륨 레벨이 증가하면 판독값도 증가합니다(AnalogInput2 프로그램이 사용됨).

핀 "D0"에는 낮은 로직 레벨이 있으며, 센서가 트리거되면 하이로 변경됩니다. 응답 임계값은 트리밍 저항기를 사용하여 조정됩니다(LED_with_button 프로그램 사용).

이 센서는 실제로 이전 센서와 크게 다르지 않지만 상호 교환이 항상 가능한 것은 아닙니다. 볼륨 레벨이 변경되면 레벨 변경의 특성으로 인해 아날로그 출력의 전압이 달라집니다.

결론

이것으로 저자의 대규모 세트 리뷰를 마칩니다. 다양한 센서 Arduino 하드웨어 플랫폼용. 일반적으로 이 세트는 저자에게 엇갈린 인상을 남겼습니다. 세트에는 매우 복잡한 센서와 완전히 포함되어 있습니다. 심플한 디자인. 그리고 보드에 전류 제한 저항, LED 표시기 등이 있는 경우, 작성자는 이러한 모듈의 유용성을 인정할 준비가 되어 있으며, 모듈의 작은 부분은 보드의 단일 무선 요소입니다. 이러한 모듈이 필요한 이유는 여전히 불분명합니다(분명히 표준 보드에 장착하는 것이 통합 목적에 부합합니다). 전반적으로 이 키트는 Arduino 프로젝트에 사용되는 대부분의 일반적인 센서에 익숙해질 수 있는 좋은 방법입니다.

유용한 링크

1. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-kasaniya
2. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky036
3. http://robocraft.ru/blog/arduino/57.html
4. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka
5. http://www.zi-zi.ru/module/module-ky037
6. http://arduino-kit.ru/catalog/id/modul-datchika-zvuka_
7. http://smart-boards.ml/module-audiovideo-4.php

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정전식 터치 센서는 일반 버튼처럼 작동하지만 움직이는 부분이 없습니다. 버튼은 장치 본체를 통해 "압력"을 감지하고 홈 자동화 프로젝트에서 비접촉 스위치 역할을 합니다.

센서는 플라스틱, 판지, 합판 또는 유리와 같은 비금속 재료를 통해 작동합니다. 이 기능을 사용하여 숨겨진 컨트롤이나 보호된 컨트롤을 만들 수 있습니다.

모듈을 밀봉된 케이스에 넣거나 장치의 전면 패널 아래에 숨기십시오. 버튼은 4mm 유전체 층을 통해서도 손가락이 접근하는 것을 감지합니다.

"버튼"으로 사용하는 것이 정전용량 센서의 유일한 사용 사례는 아닙니다. 플라스틱 통이나 유리 수족관의 수위를 모니터링하는 데 적합합니다.

기내에는 무엇이 있나요?

터치 감지 시스템은 감지 소자, 센서의 정전 용량을 측정하는 장치, 물체가 접근할 때 정전 용량의 변화에 ​​반응하는 논리 회로로 구성됩니다.

모듈 전면의 전도성 회로는 민감한 요소로 사용됩니다.

로직은 AT42QT1010 칩을 기반으로 합니다. 센서의 자동 교정을 담당합니다. 교정은 약 0.5초 정도 소요되며 모듈에 전원이 공급된 후 즉시 수행됩니다. 또한 마이크로 회로는 값을 필터링하고 용량성 센서의 드리프트를 보상하며 환경의 온도와 습도가 변할 때 장치의 작동을 조정합니다.

센서가 트리거될 때마다 밝은 빨간색 LED가 켜집니다. 이는 프로젝트를 디버깅할 때 도움이 되며 대화형 제어판을 만드는 데 유용합니다.

연결

터치 모듈은 본질적으로 디지털 버튼과 유사합니다. 버튼을 누르고 있는 동안 센서는 논리적인 출력을 출력합니다. 버튼을 누르지 않은 경우 - 논리 0입니다.

간단한 버전에서 모듈은 간단한 버튼처럼 하나의 버튼으로 제어 전자 장치에 연결됩니다.

이렇게 하려면 왼쪽 연락처 그룹을 사용하세요.

• 접점 S는 컨트롤러의 디지털 입력에 연결된 신호 핀입니다.
• V-전원에 문의하세요. 3.3-5V 전력선에 연결합니다.
• G 접점 - 접지에 연결됩니다.

오른쪽 접점 그룹에서는 M 핀 하나만 사용됩니다. 모듈의 작동 모드를 전환합니다. 나머지 두 개의 다리는 모듈을 Troyka Slot Shield에 단단히 고정하는 데 사용됩니다.

작동 모드 전환

기본적으로 모듈은 저전력 모드에서 작동합니다. 센서는 80밀리초마다 한 번씩 폴링됩니다. 이는 배터리 에너지를 크게 절약합니다.

인터페이스의 응답성을 높이려면 핀 M을 컨트롤러에 연결하고 논리 핀을 적용하십시오. 모듈은 고속 데이터 처리 모드로 전환되고 센서 폴링 간격은 10밀리초로 감소됩니다.

장비

• 1× 보드 모듈

형질

• 공급 전압: 3.3-5V
• 센서 컨트롤러: AT42QT1010
• 버튼 인터페이스: 디지털, 바이너리
• 크기: 25×25mm

터치 인식 시스템 센서는 중요한 부분교통 체증 도우미. 정전식 센서를 사용하여 시스템은 운전자의 손이 스티어링 휠에 있는지 여부를 감지합니다.

스티어링 휠 림에서 운전자의 손이 감지되지 않으면 해당 교통 정체 보조 경고등이 켜집니다. 일정 시간 동안 스티어링 휠에 운전자의 손이 감지되지 않으면 추가 경보음이 활성화됩니다. 또한 교통 정체 지원이 비활성화됩니다.

기능 설명

터치 인식 센서는 정전식 감지 요소가 있는 매트로 구성됩니다. 스티어링 휠 림에 전자 평가 장치가 통합된 용량성 매트가 터치 감지 전자 장치에 연결됩니다. 이 시스템은 용량 변화를 통해 스티어링 휠 가장자리에 손이 있는지를 인식합니다. 전자 회로이 변경 사항을 기록하고 해당 상태를 계산합니다.

터치 감지 전자 장치는 LIN 버스를 통해 상태 정보를 해당 제어 장치에 주기적으로 전송합니다.

다음 그림은 센서와 터치 감지 전자 장치를 예로 보여줍니다.

지정	설명	지정	설명
1	터치 인식 센서는 용량성 감지 요소가 있는 매트로 구성됩니다(개략도)	2	터치 인식 전자 장치
3	연결 지점(정전식 감지 요소 및 전자 터치 감지 장치가 있는 매트)	4	3핀 수 커넥터(하네스 및 LIN 버스 연결)
5	2핀 수 커넥터(터치 센서 연결)

구조 및 내부 연결

터치 센서는 2핀 플러그 커넥터를 통해 터치 감지 시스템의 전자 장치에 연결됩니다.

설정값

터치 센서에 대해 다음 설정 값을 준수하십시오.

진단 지침

부품의 작동 확인

터치 센서에 오류가 발생하면 다음과 같은 상황이 발생할 수 있습니다.

• 해당 제어 장치에 오류 코드 기록(시리즈에 따라 다름)
  • 스티어링 칼럼 스위치 클러스터(SZL)(예: F01, F10)
  • 신체 도메인 컨트롤러(BDC)(예: F15, G11, G12)
• 교통 체증 지원이 자동으로 꺼집니다.

진단 시스템을 통해 터치 센서의 작동을 확인합니다.

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