Senzor capacitiv fără contact - fă-o singur. Senzor capacitiv simplu Pentru obiecte mari din oțel Detector capacitiv DIY
Printre varietatea mare de modele capacitive, uneori este dificil să alegeți varianta cea mai potrivită a senzorului capacitiv pentru acest caz particular. În multe publicații pe tema dispozitivelor capacitive, domeniul de aplicare și caracteristicile distinctive ale modelelor propuse sunt descrise foarte pe scurt și radioamatorul adesea nu se poate orienta - care schemă de dispozitiv capacitiv ar trebui să fie preferată pentru repetare.
Acest articol oferă o descriere a diferitelor tipuri de senzori capacitivi, caracteristicile lor comparative și recomandări pentru utilizarea practică cât mai rațională a fiecărui tip specific de structuri capacitive.
După cum știți, senzorii capacitivi sunt capabili să răspundă la orice obiect și, în același timp, distanța lor de detectare nu depinde de astfel de proprietăți ale suprafeței unui obiect care se apropie, cum ar fi, de exemplu, dacă este cald sau rece ( spre deosebire de senzorii cu infraroșu), precum și solide sau moi (spre deosebire de senzorii de mișcare cu ultrasunete). În plus, senzorii capacitivi pot detecta obiecte prin diverse „obstacole” opace, cum ar fi pereții clădirilor, garduri masive, uși etc. Astfel de senzori pot fi folosiți atât în scopuri de securitate, cât și în uz casnic, de exemplu, pentru a aprinde iluminatul la intrarea într-o cameră; pentru deschiderea automată a ușilor; în detectoare de nivel de lichid etc.
Există mai multe tipuri de senzori capacitivi.
1. Senzori pe condensatori.
La senzorii de acest tip, semnalul de răspuns este format folosind circuite condensatoare, iar modelele similare pot fi împărțite în mai multe grupuri.
Cele mai simple sunt circuite divizor capacitive.
În astfel de dispozitive, de exemplu, antena senzorului este conectată la ieșirea generatorului de lucru printr-un condensator de separare de capacitate mică, în timp ce la punctul de conectare al antenei și al condensatorului de mai sus se formează un potențial de operare, al cărui nivel depinde de capacitatea antenei, în timp ce antena senzorului și separarea condensatorului formează un divizor capacitiv și atunci când un obiect se apropie de antenă, potențialul în punctul de conectare a acestuia cu condensatorul de izolare scade, ceea ce este un semnal pentru dispozitiv pentru a a functiona.
Există, de asemeneascheme peGeneratoare RC.În aceste modele, de exemplu, un generator RC este utilizat pentru a genera un semnal de declanșare, al cărui element de setare a frecvenței este o antenă cu senzor, a cărei capacitate se modifică (crește) atunci când un obiect se apropie de el. Semnalul stabilit de capacitatea antenei-senzor este apoi comparat cu semnalul exemplificativ care vine de la ieșirea celui de-al doilea generator (de referință).
Senzori de condensator extins.În astfel de dispozitive, de exemplu, două plăci metalice plate plasate în același plan sunt folosite ca antenă-senzor. Aceste plăci sunt plăcile unui condensator desfășurat, iar atunci când orice obiect se apropie, constanta dielectrică a mediului dintre plăci se modifică și, în consecință, capacitatea condensatorului de mai sus crește, ceea ce este un semnal pentru declanșarea senzorului.
Sunt cunoscute și dispozitivele, de exemplu, care folosesc o metodă de comparare a capacității antenei cu capacitatea unui condensator de exemplu (de referință)(link Rospatent).
în care, trăsătură caracteristică senzori capacitivi pe condensatori este imunitatea lor scăzută la zgomot - intrările unor astfel de dispozitive nu conțin elemente care pot suprima efectiv influențele străine. Diverse interferențe și interferențe radio primite de antenă formează o cantitate mare de zgomot și interferențe la intrarea dispozitivului, făcând astfel de structuri insensibile la semnale slabe. Din acest motiv, raza de detectare a obiectelor de la senzori pe condensatoare este mică, de exemplu, acestea detectează apropierea unei persoane de la o distanță care nu depășește 10 - 15 cm.
În același timp, astfel de dispozitive pot fi foarte simple în proiectare (de exemplu) și nu este nevoie să folosiți părți de înfășurare - bobine, circuite etc., datorită cărora, aceste modele sunt destul de convenabile și avansate din punct de vedere tehnologic pentru fabricare.
Zona de aplicare senzori capacitivi pe condensatori.
Aceste dispozitive pot fi utilizate acolo unde nu sunt necesare sensibilitate ridicată și imunitate la zgomot, de exemplu, în detectoarele de atingere a metalelor. obiecte, senzori de nivel de lichid etc., precum și pentru radioamatorii începători care se familiarizează cu tehnologia capacitivă.
2.
Senzori capacitivi pe un circuit LC cu setarea frecvenței.
Dispozitivele de acest tip sunt mai puțin susceptibile la interferențe și interferențe radio în comparație cu senzorii bazați pe condensator.
Antena senzorului (de obicei o placă metalică) este conectată (fie direct, fie printr-un condensator cu o capacitate de câteva zeci de pF) la circuitul LC cu setarea frecvenței al generatorului RF. Când un obiect se apropie, capacitatea antenei se modifică (crește) și, în consecință, capacitatea circuitului LC. Ca urmare, frecvența generatorului se modifică (descrește) și are loc declanșarea.
Particularități senzori capacitivi de acest tip.
1) Un circuit LC cu un senzor-antenă atașat la acesta face parte din generator, drept urmare interferența și interferența radio care afectează antena, de asemenea, afectează funcționarea acesteia: prin elemente de feedback pozitiv, semnalele de interferență (în special semnalele de impuls) se scurg către intrarea elementului activ al generatorului și sunt amplificate în acesta, formând zgomot străin la ieșirea dispozitivului, ceea ce reduce sensibilitatea structurii la semnale slabe și creează pericolul de fals pozitive.
2) Circuitul LC, care funcționează ca element de setare a frecvenței al generatorului, este puternic încărcat și are un factor de calitate scăzut, în urma căruia proprietățile selective ale circuitului sunt reduse și capacitatea sa de a-și modifica setarea atunci când se modifică capacitatea antenei, ceea ce reduce și mai mult sensibilitatea structurii.
Caracteristicile de mai sus ale senzorilor de pe circuitul LC cu setarea frecvenței le limitează imunitatea la zgomot și gama de detectare a obiectelor, de exemplu, distanța de detectare a unei persoane de către senzori de acest tip este de obicei 20 - 30 cm.
Există mai multe varietăți și modificări de senzori capacitivi cu un circuit LC de setare a frecvenței.
1)
Senzori cu rezonator de cuarț.
În astfel de dispozitive, de exemplu, pentru a crește sensibilitatea și stabilitatea frecvenței generatorului, sunt introduse următoarele: un rezonator de cuarț și un transformator RF diferențial, a cărui înfășurare primară este un element al circuitului de setare a frecvenței generatorului, iar cele două înfășurări secundare (identice) ale sale sunt elemente ale unei punți de măsurare, la care este conectată o antenă senzor conectată în serie cu un rezonator de cuarț, iar atunci când un obiect se apropie de antenă, se generează un semnal de declanșare.
Sensibilitatea unor astfel de modele este mai mare în comparație cu senzorii convenționali pe un circuit LC cu setare de frecvență, cu toate acestea, acestea necesită fabricarea unui transformator RF diferenţial (în designul de mai sus, înfășurările sale sunt plasate pe un inel K10 × 6 × 2 realizat din Ferită M3000NM, în timp ce, pentru a crește factorul de calitate, în inel este tăiat un spațiu de 0,9 ... 1,1 mm lățime.
2)
Senzori cu aspiratieLC-contur.
Aceste modele, de exemplu, sunt dispozitive capacitive, în care, pentru a crește sensibilitatea, este introdus un circuit LC suplimentar (numit de aspirație), care este conectat inductiv la circuitul de setare a frecvenței al generatorului și reglat la rezonanță cu acesta. circuit.
Antena senzorului, în acest caz, este conectată nu la circuitul de setare a frecvenței, ci la circuitul LC de aspirație de mai sus, care include un condensator de capacitate mică și un solenoid, a cărui inductanță, în consecință, este crescută. Deoarece condensatorul de buclă, în același timp, ar trebui să fie mic - la nivelul M33 - M75.
Datorită capacității scăzute a acestui circuit, capacitatea antenei-senzor devine comparabilă cu aceasta, datorită căreia, modificările capacității antenei au un impact semnificativ asupra setării circuitului LC de aspirație de mai sus, în timp ce amplitudinea oscilațiile pe circuitul de setare a frecvenței al generatorului depind în mare măsură de setarea acestui circuit și, respectiv, este nivelul semnalului RF la ieșire.
De asemenea, se poate remarca faptul că, în astfel de proiecte, conexiunea dintre antenă și circuitul de setare a frecvenței al generatorului nu este directă, ci inductivă, din cauza căreia influențele meteorologice și climatice asupra antenei nu pot afecta direct funcționarea elementului activ. ale generatorului (tranzistor sau op-amp), care este proprietățile pozitive ale unor astfel de structuri.
Ca și în cazul senzorilor bazați pe un rezonator cu cuarț, a fost obținută o creștere a sensibilității dispozitivelor capacitive cu un circuit LC de aspirație din cauza unor complicații ale designului - în acest caz, este necesară fabricarea unui circuit LC suplimentar, care include un inductor cu un număr de spire de două ori mai mare (în - 100 de spire) în comparație cu bobina circuitului LC de setare a frecvenței.
3)
Unii senzori capacitivi folosesc o metodă precummărirea dimensiunii antenei-senzor. În același timp, astfel de structuri își măresc și susceptibilitatea la interferențe electromagnetice și interferențe radio; din acest motiv, precum și din cauza volumului unor astfel de dispozitive (de exemplu, o plasă metalică de 0,5 × 0,5 M este folosită ca antenă), este recomandabil să folosiți aceste structuri în afara orașului, - în locurile cu o rețea slabă. fundal electromagnetic și, de preferință - în afara locuințelor - astfel încât să nu apară interferențe de la firele de rețea.
Dispozitivele cu senzori de dimensiuni mari sunt cel mai bine utilizate în zonele rurale pentru a proteja terenurile de grădină și instalațiile de câmp.
Zona de aplicare senzori cu un circuit LC de setare a frecvenței.
Astfel de dispozitive pot fi utilizate în diverse scopuri casnice (aprinderea luminii etc.), precum și pentru detectarea oricăror obiecte în locuri cu un mediu electromagnetic calm, de exemplu, în subsoluri (situate sub nivelul solului), precum și în exterior. orașul (în zonele rurale - în absența interferențelor radio - senzorii de acest tip pot detecta, de exemplu, apropierea unei persoane la o distanță de până la câteva zeci de cm).
În condiții urbane, se recomandă utilizarea acestor structuri fie ca senzori de atingere pentru obiecte metalice, fie ca parte a acelor dispozitive de alarmă care, în cazul unor alarme false, nu provoacă mari neplăceri altora, de exemplu, în dispozitivele care includ un flux luminos înfricoșător și un semnal sonor scăzut.
3.
Senzori capacitivi diferențiali(dispozitive pe transformatoare diferențiale).
Astfel de senzori, de exemplu, diferă de modelele de mai sus prin faptul că au nu una, ci două antene cu senzori, ceea ce permite suprimarea (compensarea reciprocă) a influențelor meteorologice și climatice (temperatură, umiditate, zăpadă, îngheț, ploaie etc. ).
În acest caz, pentru a detecta apropierea obiectelor de oricare dintre antenele dispozitivului capacitiv, se folosește o punte LC de măsurare simetrică, care reacționează la o modificare a capacității dintre firul comun și antenă.
Aceste dispozitive funcționează după cum urmează.
Elementele sensibile ale senzorului - antenele sunt conectate la intrările de măsurare ale podului LC, iar tensiunea RF necesară pentru alimentarea podului este formată într-un transformator diferențial, a cărui înfășurare primară este furnizată cu un semnal RF de alimentare de la ieșirea lui. generatorul RF (în - de dragul simplității, - bobina circuitului de setare a frecvenței al generatorului este, de asemenea, înfășurarea primară a transformatorului diferențial).
Transformatorul de modele diferențiale conține două înfășurări secundare identice, la capetele opuse ale cărora, se formează o tensiune RF alternativă antifază pentru a alimenta puntea LC.
În același timp, la ieșirea podului, nu există tensiune RF, deoarece semnalele RF la ieșirea sa vor fi aceleași ca amplitudine și semn opus, datorită căruia se vor anula reciproc și se vor suprima (în puntea LC de măsurare, curenții de funcționare se îndreaptă unul spre celălalt prieten și se anulează reciproc).
În starea sa inițială, nu există nici un semnal la ieșirea podului LC de măsurare, dar în cazul unui obiect care se apropie de oricare dintre antene, capacitatea unuia sau altui braț al punții de măsurare crește, provocând o încălcare a acestuia. echilibru, drept urmare, compensarea reciprocă a semnalelor RF ale generatorului devine incompletă și apare un semnal la ieșirea podului LC pentru a declanșa dispozitivul.
În același timp, dacă capacitatea crește (sau scade) simultan pentru ambele antene, atunci funcționarea nu are loc. în acest caz, echilibrarea punții LC nu este perturbată și semnalele RF care circulă în circuitul punții LC păstrează în continuare aceeași amplitudine și semne opuse.
Datorită proprietății de mai sus, dispozitivele bazate pe transformatoare diferențiale, precum și senzorii condensatorului diferențial descriși mai sus, sunt rezistente la intemperii și fluctuațiile climatice. ele afectează ambele antene în același mod și apoi se anulează reciproc și se anulează. În același timp, pickup-urile și interferențele radio nu sunt suprimate, doar influențele meteo și climatice sunt eliminate, prin urmare, senzorii diferențiali, precum și senzorii de pe un circuit LC cu setare de frecvență, experimentează periodic rezultate false pozitive.
Antenele trebuie amplasate în așa fel încât, atunci când se apropie un obiect, impactul asupra uneia dintre ele să fie mai mare decât asupra celuilalt.
Caracteristicile senzorilor diferenţial.
Raza de detecție a acestor dispozitive este oarecum mai mare în comparație cu senzorii de pe un circuit LC cu setare de frecvență, dar, în același timp, senzorii diferențiali sunt mai complexi în proiectare și au un consum de curent crescut din cauza pierderilor în transformator, care are o capacitate limitată. eficienţă. În plus, astfel de dispozitive au o zonă de sensibilitate redusă între antene.
Zona de aplicare.
Senzorii de pe un transformator diferenţial sunt proiectaţi pentru utilizare în exterior. Aceste dispozitive pot fi utilizate în același loc cu senzorii de pe circuitul LC de setare a frecvenței, cu singura diferență că instalarea unui senzor diferenţial necesită spațiu pentru o a doua antenă.
4.
Senzori capacitivi rezonanți(brevet RF nr. 2419159; Rospatent link).
Dispozitive capacitive foarte sensibile - semnalul de declanșare în aceste modele este format în circuitul LC de intrare, care se află într-o stare parțial detonată în raport cu semnalul de la generatorul RF de lucru, la care circuitul este conectat printr-un condensator de capacitate mică ( un element de rezistență necesar în circuit).
Principiul de funcționare a unor astfel de structuri are două componente: prima este un circuit LC configurat corespunzător, iar al doilea este un element de rezistență prin care circuitul LC este conectat la ieșirea generatorului.
Datorită faptului că circuitul LC se află într-o stare de rezonanță parțială (pe panta caracteristicii), rezistența sa în circuitul de semnal RF este foarte dependentă de capacitatea - atât a propriei sale, cât și a capacității antenei senzorului atașat la aceasta. Ca urmare, atunci când un obiect se apropie de antenă, tensiunea RF de pe circuitul LC își modifică semnificativ amplitudinea, ceea ce este un semnal pentru declanșarea dispozitivului.
În același timp, circuitul LC nu își pierde proprietățile selective și suprimă eficient (sunturi asupra corpului) influențele străine provenite de la antena senzorului - interferențe și interferențe radio, oferind un nivel ridicat de imunitate la zgomot a structurii.
În senzorii capacitivi rezonanți, semnalul de funcționare de la ieșirea generatorului RF trebuie alimentat circuitului LC printr-o anumită rezistență, a cărei valoare trebuie să fie comparabilă cu rezistența circuitului LC la frecvența de funcționare, în caz contrar, atunci când obiectele Apropiați-vă de antena senzorului, tensiunea de funcționare la Circuitul LC va reacționa foarte puțin la modificările rezistenței circuitului LC din circuit (tensiunea circuitului RF va repeta pur și simplu tensiunea de ieșire a generatorului).
Poate părea că un circuit LC într-o stare de rezonanță parțială va fi instabil și va fi dependent în exces de schimbările de temperatură. În realitate, același, - sub rezerva utilizării unui condensator de buclă cu o valoare mică, adică. (M33 - M75) - circuitul este destul de stabil, inclusiv - atunci când dispozitivul capacitiv funcționează în condiții de exterior. De exemplu, când temperatura se schimbă de la +25 la -12 grade. Tensiunea RF pe circuitul LC se modifică cu cel mult 6%.
În plus, în structurile capacitive rezonante, antena este conectată la circuitul LC printr-un condensator mic (nu este nevoie să folosiți o conexiune puternică în astfel de dispozitive), datorită căreia efectele meteorologice asupra antenei senzorului nu perturbă funcționarea circuitul LC și tensiunea sa RF de funcționare rămâne aproape neschimbată chiar și atunci când plouă.
În ceea ce privește domeniul lor de acțiune, senzorii capacitivi rezonanți sunt semnificativ (uneori de mai multe ori) superiori dispozitivelor pe circuite LC cu setare de frecvență și pe transformatoare diferențiale, detectând apropierea unei persoane la o distanță care depășește semnificativ 1 metru.
Cu toate acestea, modelele extrem de sensibile care folosesc principiul rezonant de funcționare au apărut abia recent - prima publicație pe această temă este articolul „Releu capacitiv” (Jurnal „Radio” 2010 / 5, pp. 38, 39); în plus, informații suplimentare despre dispozitivele capacitive rezonante și modificările acestora sunt disponibile și pe site-ul web al autorului articolului de mai sus: http://sv6502.narod.ru/index.html.
Caracteristicile senzorilor capacitivi rezonanți.
1) La fabricarea unui senzor rezonant destinat funcționării în exterior, este necesară o verificare obligatorie a unității de intrare pentru stabilitatea termică, pentru care potențialul la ieșirea detectorului este măsurat la diferite temperaturi (pentru aceasta puteți utiliza un frigider congelator), în timp ce detectorul trebuie să fie stabil termic (tranzistor cu efect de câmp).
2) La senzorii capacitivi rezonanți, conexiunea dintre antenă și generatorul RF este slabă și, prin urmare, radiația interferențelor radio în aer în astfel de structuri este foarte nesemnificativă, de câteva ori mai puțină în comparație cu alte tipuri de dispozitive capacitive.
Zona de aplicare.
Senzorii capacitivi rezonanți pot fi utilizați eficient nu numai în condiții rurale și de câmp, ci și în condiții urbane, abținându-se în același timp de a plasa senzori în apropierea surselor puternice de semnal radio (stații radio, centre de televiziune etc.), altfel declanșări false.
Senzorii rezonanți pot fi instalați și în imediata apropiere a altor dispozitive electronice - datorită nivelului scăzut de radiație a semnalului radio și a imunitații ridicate la zgomot, structurile capacitive rezonante au o compatibilitate electromagnetică crescută cu alte dispozitive.
Nechaev I. „Releu capacitiv”, jurnal. „Radio” 1988 /1, p.33.
Erșov M. „Senzor capacitiv”, jurnal. „Radio” 2004 / 3, p. 41, 42.
Moskvin A. „Senzori capacitivi fără contact”, jurnal. „Radio” 2002/10,
p. 38, 39.
Galkov A., Khomutov O., Yakunin A. Brevet „Sistem de securitate adaptativ capacitiv” al Federației Ruse Nr. 2297671 (C2), cu prioritate din 23 iunie 2005 - Buletinul „Invenții. Modele utile”, 2007, nr. 11.
Savcenko V, Gribova L.„Senzor capacitiv fără contact cu cuarț
rezonator”, jurnal. „Radio” 2010/11, p. 27, 28.
„Releu capacitiv” - jurnal. „Radio” 1967/9, p. 61 (secția de străini
structuri).
Rubtsov V.„Dispozitiv de alarmă intrusion”, jurnal. „Radioamator” 1992 / 8, p. 26.
Gluzman I. „Releu de prezență”, jurnal. "Designer de modele" 1981 / 1,
p. 41, 42).
Acest circuit simplu cu trei tranzistori va fi foarte util atunci când trebuie să răspundeți la o persoană care atinge ceva metalic, cum ar fi un clanță.
Senzorul este atașat la un obiect metalic cu un fir. Când acest obiect este atins, LED-ul indicator se aprinde și tensiunea de ieșire crește.
Circuitul senzorului constă dintr-un generator de oscilație RF, un detector și un amplificator de tensiune DC.
În modul static, generatorul RF funcționează, iar semnalul său de ieșire merge către detector, pe care se formează o anumită tensiune constantă, blocând LED-ul indicator.
Funcționarea senzorului se bazează pe întreruperea generării acestuia sub influența unei capacități externe. În același timp, tensiunea la ieșirea detectorului scade, iar LED-ul indicator este deblocat.
Circuitul senzorului este prezentat în figură. Generatorul de înaltă frecvență este realizat pe tranzistorul VT1. Circuitul este format din bobina L1, capacitatea sa și capacitatea externă. Rezistorul R3 reglează gradul de șuntare a circuitului în așa fel încât întreruperea generației este prevăzută cu o creștere bruscă a componentei capacitive a circuitului.
Semnalul este preluat de la emițătorul tranzistorului VT1. În prezența generației, aici există o tensiune RF, care este furnizată detectorului de diode pe diodele VD1 și VD2 și tranzistorului VT2 cu condensatorul C5 la ieșire. În prezența tensiunii RF la baza VT2, există o tensiune care o deschide. Se deschide și tensiunea pe C5 scade. Acest lucru duce la o scădere a tensiunii la baza VT3, ceea ce duce la închiderea acestuia.
Tensiunea la emițătorul VT3 scade, LED-ul este stins. Dacă atingeți obiectul la care este conectat senzorul, capacitatea circuitului crește și devine mult mai mare decât capacitatea SZ. Atât de mult mai mare încât capacitatea SZ nu mai este suficientă pentru a susține generarea. Generarea eșuează, iar tensiunea RF la emițătorul VT1 nu mai este. Tranzistorul VT2 se închide și tensiunea la condensatorul C5 crește. Tranzistorul VT3 se deschide, tensiunea la emițătorul său crește și LED-ul HL se aprinde.
Rezistorul R2 servește ca cadru pentru înfășurarea bobinei AND, motiv pentru care este indicat pe diagramă ca doi wați, deoarece sunt necesare dimensiunile pentru înfășurarea bobinei. Bobina și conține 25-30 de spire de fire PEV 0,35 înfășurate în jurul rezistorului R2, iar capetele acestei bobine sunt lipite la cablurile R2.
Bobina L2 este un șoc de 5-15 milihenry gata. De asemenea, puteți înlocui un șoc de casă cu o astfel de inductanță.
Tranzistoarele KT3102 pot fi înlocuite cu orice analogi.
HL LED - orice LED indicator, de exemplu, AL307.
De la emițătorul VT3, puteți aplica tensiune pentru a controla un fel de circuit care ar trebui să pornească atunci când atingeți mânerul ușii.
Setarea constă în reglarea sensibilității senzorului cu un rezistor de reglare R3, astfel încât acesta să funcționeze atunci când atingeți mânerul ușii sau alt obiect conectat la colectorul VT1.
Senzorul de mișcare este cel mai des folosit pentru a aprinde luminile atunci când treceți sau sunteți aproape de ele. Cu el, poți economisi bine energia electrică și te poți feri de a fi nevoit să răsuci întrerupătorul. Acest dispozitiv este folosit și în sistemele de alarmă pentru a detecta intruziunile nedorite. În plus, se găsesc și pe liniile de producție, acolo fiind necesare pentru executarea automată a oricăror sarcini tehnologice. Senzorii de mișcare sunt uneori denumiți senzori de prezență.
Tipuri de senzori de mișcare
Senzorii de mișcare se disting în funcție de principiul de funcționare, funcționarea lor, precizia de funcționare și caracteristicile de utilizare depind de aceasta. Fiecare dintre ele are puncte forte și puncte slabe. Prețul final al unui astfel de senzor depinde și de designul și tipul elementului utilizat.
Senzorul de mișcare poate fi realizat în aceeași carcasă și în carcase diferite (unitatea de control este separată de senzor).
a lua legatura
Cea mai ușoară opțiune de senzor de mișcare este utilizarea sau. Un comutator lamelă (contact etanș) este un comutator care funcționează atunci când apare un câmp magnetic. Esența lucrării este să instalați un întrerupător de limită cu contacte normal deschise sau un întrerupător cu lame pe ușă, când îl deschideți și intrați în cameră, contactele se vor închide, pornesc releul și acesta va aprinde iluminatul. O astfel de schemă este prezentată mai jos.
infraroşu
Ele sunt declanșate de radiații termice, reacționează la schimbările de temperatură. Când intri în câmpul vizual al unui astfel de senzor, acesta este declanșat de radiația termică din corpul tău. Dezavantajul acestei metode de determinare sunt fals pozitive. Radiația termică este inerentă în tot ceea ce este în jur. Aici sunt cateva exemple:
1. stă într-o cameră cu un încălzitor electric, care se aprinde și se oprește periodic cu ajutorul unui cronometru sau termostat. Când încălzitorul este pornit, sunt posibile alarme false. Puteți încerca să evitați acest lucru printr-o ajustare lungă și minuțioasă a sensibilității, precum și prin încercarea de a o direcționa astfel încât să nu existe un încălzitor în raza vizuală.
2. Când este instalat în aer liber, este posibilă declanșarea de la rafale de vânt cald.
În general, acești senzori funcționează bine, în timp ce aceasta este cea mai ieftină opțiune. Un senzor PIR este folosit ca element sensibil; creează un câmp electric proporțional cu radiația termică.
Dar senzorul în sine nu are o directivitate largă; deasupra lui este instalată o lentilă Fresnel.
Ar fi mai corect să spunem - o lentilă cu mai multe segmente sau o lentilă multiplă. Acordați atenție ferestrei unui astfel de senzor, este împărțit în secțiuni, acestea sunt segmentele lentilelor, ele concentrează radiația primită într-un fascicul îngust și o direcționează către zona sensibilă a senzorului. Ca rezultat, fascicule de radiații din diferite direcții cad pe fereastra mică de recepție a senzorului piroelectric.
Pentru a crește eficiența detectării mișcării, pot fi instalați senzori duali sau sferturi sau mai mulți separați. Astfel, câmpul vizual al dispozitivului este extins.
Pe baza celor de mai sus, trebuie remarcat faptul că senzorul nu trebuie expus la lumina de la lampă și nu ar trebui să existe lămpi incandescente în câmpul său vizual, aceasta este, de asemenea, o sursă puternică de radiație IR, apoi funcționarea sistemul în ansamblu va fi instabil și neprevăzut. IR nu trece bine prin sticlă, așa că nu va funcționa dacă intri în spatele unei ferestre sau uși de sticlă.
Acesta este cel mai comun tip de senzor; îl puteți cumpăra sau îl puteți asambla singur pe bază, așa că să luăm în considerare designul său în detaliu.
Cum să asamblați un senzor de mișcare IR cu propriile mâini?
Cea mai comună opțiune este HC-SR501. Poate fi cumpărat de la un magazin de piese radio, pe ali-express, este adesea furnizat în kituri Arduino. Poate fi folosit atât în tandem cu un microcontroler, cât și independent. Este o placă de circuit imprimat cu un microcircuit, o bandă și un senzor PIR. Acesta din urmă este acoperit cu o lentilă, sunt două potențiometre pe placă, unul dintre ele reglează sensibilitatea, iar al doilea este timpul în care este prezent un semnal la ieșirea senzorului. Când este detectată mișcare, la ieșire apare un semnal și timpul setat este păstrat.
Este alimentat de la o tensiune de 5 până la 20 volți, funcționează la o distanță de 3 până la 7 metri, iar semnalul de ieșire se menține de la 5 până la 300 de secunde, puteți prelungi această perioadă dacă utilizați un microcontroler sau un releu de întârziere. Unghiul de vizualizare este de aproximativ 120 de grade.
Fotografia arată ansamblul senzorului (stânga), lentila (dreapta jos), partea din spate a plăcii (dreapta sus).
Să aruncăm o privire mai atentă la tablă. Pe partea frontală există un element sensibil. Pe spate este un microcircuit, curele lui, în dreapta sunt două rezistențe de reglare, unde cea de sus este timpul de întârziere a semnalului, iar cea de jos este sensibilitatea. În partea dreaptă jos există un jumper pentru comutarea între modurile H și L. În modul L, senzorul produce un semnal de ieșire doar pentru perioada de timp setată de potențiometru. Modul H dă un semnal în timp ce vă aflați în raza de acțiune a senzorului, iar când îl părăsiți, semnalul va dispărea după un timp stabilit de potențiometrul superior.
Dacă doriți să utilizați senzorul fără microcontrolere, atunci asamblați acest circuit, toate elementele sunt semnate. Circuitul este alimentat printr-un condensator de stingere, tensiunea de alimentare este limitată la 12V folosind o diodă zener. Când apare un semnal pozitiv la ieșirea senzorului, releul P pornește prin tranzistorul NPN (de exemplu, BC547, mje13001-9, KT815, KT817 și altele). Puteți folosi un releu auto sau oricare altul cu bobină de 12V.
Dacă trebuie să implementați alte funcții, îl puteți utiliza în tandem cu un microcontroler, de exemplu. Mai jos este schema de conectare și codul programului.
cu ultrasunete
Emițătorul funcționează la frecvențe înalte - de la 20 kHz la 60 kHz. Acest lucru duce la o problemă - animalele, cum ar fi câinii, sunt sensibile la aceste frecvențe, în plus, sunt folosite pentru a le speria și a le antrena. Astfel de senzori îi pot enerva și pot cauza probleme.
Senzorul de mișcare cu ultrasunete funcționează pe efectul Doppler. Unda radiată, reflectată de un obiect în mișcare, revine și este recepționată de receptor, în timp ce lungimea de undă (frecvența) se modifică ușor. Acest lucru este detectat și senzorul emite un semnal care este utilizat pentru a controla releul sau triacul și pentru a comuta sarcina.
Senzorul realizează bine mișcările, dar dacă mișcările sunt foarte lente, este posibil să nu funcționeze. Avantajul este că nu sunt sensibili la schimbările condițiilor de mediu.
Laser sau fotosenzori
Au un emițător (de exemplu, un LED IR) și un receptor (o fotodiodă cu un spectru similar). Acesta este un senzor simplu, poate fi implementat în două versiuni:
1. Emițătorul și fotodioda sunt montate în pasaj (zona controlată) unul vizavi de celălalt. Cand treci prin el, blochezi radiatia si nu ajunge la receptor, atunci senzorul este declansat si releul este pornit. Acesta poate fi folosit și în sistemele de alarmă.
2. Emițătorul și fotodioda sunt unul lângă celălalt, când vă aflați în zona senzorului, radiația este reflectată de dvs. și lovește fotodioda. Acesta se mai numește și senzor de obstacol și este folosit cu succes în robotică.
Cuptor cu microunde
De asemenea, constă dintr-un transmițător și un receptor. Primul generează un semnal de înaltă frecvență, al doilea le primește. Pe măsură ce treci, frecvența se schimbă. Receptorul este configurat astfel încât atunci când frecvența se schimbă, semnalul este amplificat și transmis organului executiv, cum ar fi un releu, iar sarcina este pornită.
Senzorii de mișcare cu microunde sunt foarte sensibili, îți permit să „vezi” un obiect chiar și în spatele unei uși sau în spatele geamului, dar acest lucru provoacă și probleme de alarme false atunci când obiectul este în afara câmpului vizual prevăzut.
Aceștia sunt senzori destul de scumpi, dar răspund chiar și la cele mai mici mișcări.
Dispozitivele capacitive funcționează într-un mod similar. O astfel de schemă este prezentată mai jos.
Cum se conectează un senzor de mișcare?
Puteți veni cu nenumărate opțiuni și scheme pentru conectarea unui senzor de mișcare în funcție de nevoile dvs., uneori aveți nevoie ca sistemul să funcționeze atunci când vă mutați în locuri diferite, de exemplu, iluminatul stradal pe drumul de la casă la poartă și invers , în alte cazuri trebuie să forțați luminile să se aprindă sau să se stingă etc. .d. Vom analiza mai multe opțiuni.
De obicei, un senzor de mișcare are trei fire sau trei terminale pentru conectare:
1. Faza de intrare.
2. Faza de ieșire pentru alimentarea sarcinii.
Dacă nu aveți suficientă putere a senzorului - utilizați un releu intermediar și. Pentru a face acest lucru, în loc de un bec din diagramele de mai jos, cablurile bobinei sunt conectate.
Fotografia de mai jos arată bornele la care sunt conectate firele de alimentare.
Concluzie
Utilizarea senzorilor de mișcare, indiferent de cum ar suna, este un pas. În primul rând, va ajuta la economisirea energiei și a duratei de viață a lămpii. În al doilea rând, va elimina necesitatea de a apăsa comutatorul de fiecare dată. Pentru iluminatul exterior, cu setarile potrivite, poti face ca lumina sa se aprinda cand te apropii de poarta casei.
Dacă distanța de la poartă până la casă este de 7-10 - vă puteți descurca cu un singur senzor, atunci nu trebuie să puneți un cablu la al doilea senzor sau să asamblați un circuit cu un comutator de trecere.
După cum am menționat deja, senzorii IR sunt cei mai des întâlniți, sunt suficienți pentru sarcini simple, dacă aveți nevoie de mai multă sensibilitate sau precizie, uitați-vă la alte tipuri de senzori.
Un senzor capacitiv este unul dintre tipurile de senzori fără contact, al cărui principiu de funcționare se bazează pe o modificare a constantei dielectrice a mediului între două plăci de condensator. O placă este un senzor de circuit sub forma unei plăci sau a unui fir de metal, iar a doua este o substanță conducătoare de electricitate, cum ar fi metalul, apa sau corpul uman.
La dezvoltarea unui sistem de pornire automată a alimentării cu apă a vasului de toaletă pentru bideu, a devenit necesară utilizarea unui senzor de prezență capacitiv și a unui comutator cu fiabilitate ridicată, rezistență la schimbările de temperatură exterioară, umiditate, praf și tensiune de alimentare. De asemenea, am vrut să elimin nevoia ca o persoană să atingă comenzile sistemului. Cerințele ar putea fi asigurate numai de circuitele senzorilor care funcționează pe principiul schimbării capacității. Nu am găsit o schemă gata făcută care să îndeplinească cerințele necesare, a trebuit să o dezvolt eu.
Rezultatul a fost un senzor tactil capacitiv universal care nu necesită ajustare și răspunde la apropierea de obiecte conductoare de electricitate, inclusiv o persoană, la o distanță de până la 5 cm. Domeniul de aplicare al senzorului tactil propus nu este limitat. Poate fi folosit, de exemplu, pentru a aprinde iluminatul, sistemele de alarmă, detectarea nivelului apei și în multe alte cazuri.
Scheme de circuite electrice
Au fost necesari doi senzori tactili capacitivi pentru a controla debitul de apă în bideul de toaletă. Un senzor trebuia instalat direct pe toaletă, trebuia să dea un semnal logic de zero în prezența unei persoane și în absența unui semnal de unitate logică. Al doilea senzor capacitiv trebuia să servească drept comutator de apă și să fie într-una dintre cele două stări logice.
Când o mână a fost adusă la senzor, senzorul a trebuit să schimbe starea logică la ieșire - de la starea inițială unică pentru a trece la starea de zero logic, când mâna a fost atinsă din nou din starea zero pentru a trece la starea a celui logic. Și așa mai departe la infinit, până când comutatorul senzorului primește un semnal logic de activare a zero de la senzorul de prezență.
Circuitul senzorului tactil capacitiv
Baza circuitului senzorului de prezență tactil capacitiv este un generator de impulsuri dreptunghiular principal, realizat conform schemei clasice pe două elemente logice ale microcircuitului D1.1 și D1.2. Frecvența oscilatorului este determinată de valorile elementelor R1 și C1 și este aleasă la aproximativ 50 kHz. Valoarea frecvenței nu are practic niciun efect asupra funcționării senzorului capacitiv. Am schimbat frecvența de la 20 la 200 kHz și vizual nu am observat niciun efect asupra funcționării dispozitivului.
Din cele 4 ieșiri ale cipului D1.2, un semnal dreptunghiular este alimentat prin rezistorul R2 la intrările 8, 9 ale cipului D1.3 și prin rezistorul variabil R3 la intrările 12.13 D1.4. Semnalul ajunge la intrarea cipului D1.3 cu o ușoară modificare a pantei frontului pulsului datorită senzorului instalat, care este o bucată de sârmă sau o placă metalică. La intrarea D1.4, datorită condensatorului C2, frontul se modifică pentru timpul necesar reîncărcării acestuia. Datorită prezenței unui rezistor de reglare R3, este posibilă setarea fronturilor de impuls la intrarea D1.4 egale cu frontul de impuls de la intrarea D1.3.
Dacă aduceți o mână sau un obiect metalic mai aproape de antenă (senzor), atunci capacitatea de la intrarea microcircuitului DD1.3 va crește și partea frontală a impulsului de intrare va fi întârziată în timp față de partea frontală a pulsului. venind la intrarea lui DD1.4. pentru a „prinde” această întârziere, aproximativ impulsuri inversate sunt alimentate la cip DD2.1, care este un flip-flop D care funcționează după cum urmează. Pe marginea pozitivă a impulsului care ajunge la intrarea microcircuitului C, semnalul care era la intrarea D în acel moment este transmis la ieșirea declanșatorului.De aceea, dacă semnalul la intrarea D nu se modifică, impulsurile de intrare la intrarea de numărare C nu afectează nivelul semnalului de ieșire. Această proprietate a declanșatorului D a făcut posibilă realizarea unui senzor tactil capacitiv simplu.
Când capacitatea antenei, datorită apropierii corpului uman de aceasta, la intrarea lui DD1.3 crește, pulsul este întârziat și acesta este fixat de declanșatorul D, schimbându-și starea de ieșire. LED-ul HL1 servește pentru a indica prezența tensiunii de alimentare, iar HL2 pentru a indica apropierea de senzorul tactil.
Circuitul comutatorului tactil
Circuitul senzorului tactil capacitiv poate fi folosit și pentru a acționa comutatorul tactil, dar cu puțin rafinament, deoarece trebuie nu numai să răspundă la apropierea corpului uman, ci și să rămână într-o stare stabilă după îndepărtarea mâinii. . Pentru a rezolva această problemă, a fost necesar să adăugați un alt declanșator D, DD2.2, la ieșirea senzorului tactil, conectat conform circuitului divizor-by-two.
Circuitul senzorului capacitiv a fost ușor modificat. Pentru a elimina falsele pozitive, deoarece o persoană își poate aduce și scoate mâna încet, din cauza prezenței interferenței, senzorul poate emite mai multe impulsuri către intrarea de numărare D a declanșatorului, încălcând algoritmul de funcționare a comutatorului necesar. Prin urmare, a fost adăugat un lanț RC de elemente R4 și C5, care a blocat pentru scurt timp posibilitatea de a comuta declanșatorul D.
Declanșatorul DD2.2 funcționează în același mod ca DD2.1, dar semnalul către intrarea D nu este furnizat de la alte elemente, ci de la ieșirea inversă a lui DD2.2. Ca urmare, pe marginea pozitivă a impulsului care ajunge la intrarea C, semnalul la intrarea D se schimbă în sens opus. De exemplu, dacă în starea inițială a existat un zero logic la pinul 13, atunci aducând mâna la senzor o dată, declanșatorul se va comuta și o unitate logică va fi setată la pinul 13. Data viitoare când se acționează asupra senzorului, un zero logic va fi setat din nou la pinul 13.
Pentru a bloca comutatorul în absența unei persoane pe toaletă, o unitate logică este furnizată de la senzor la intrarea R (setarea la zero la ieșirea de declanșare, indiferent de semnalele de la toate celelalte intrări ale sale) a microcircuitului DD2.2 . Un zero logic este setat la ieșirea comutatorului capacitiv, care este alimentat prin cablaj la baza tranzistorului cheie pentru pornirea supapei solenoidale din unitatea de alimentare și comutare.
Rezistorul R6, în absența unui semnal de blocare de la senzorul capacitiv în cazul defectării acestuia sau al unei ruperi a firului de comandă, blochează declanșatorul la intrarea R, eliminând astfel posibilitatea alimentării spontane cu apă a bideului. Condensatorul C6 protejează intrarea R de interferențe. LED-ul HL3 servește la indicarea alimentării cu apă în bideu.
Structura și detaliile senzorilor tactili capacitivi
Când am început să proiectez un sistem de senzori pentru bideu, cea mai dificilă sarcină pentru mine mi s-a părut să fie dezvoltarea unui senzor de prezență capacitiv. Acest lucru s-a datorat unui număr de restricții privind instalarea și funcționarea. Nu am vrut ca senzorul să fie conectat mecanic la capacul toaletei, deoarece trebuie îndepărtat periodic pentru spălare și nu a interferat cu igienizarea toaletei în sine. Prin urmare, am ales capacitatea ca element de reacție.
Senzor de prezenta
Conform schemei publicate mai sus, am realizat un prototip. Detaliile senzorului capacitiv sunt asamblate pe o placă de circuit imprimat, placa este plasată într-o cutie de plastic și este închisă cu un capac. Pentru a conecta antena, în carcasă este instalat un conector cu un singur pin și este instalat un conector RSh2N cu patru pini pentru a furniza tensiunea de alimentare și semnalul. Placa de circuit imprimat este conectată la conectori prin lipire cu conductori de cupru în izolație fluoroplastică.
Senzorul capacitiv tactil este asamblat pe două microcircuite din seria KR561, LE5 și TM2. În loc de cipul KR561LE5, puteți folosi KR561LA7. Chipurile din seria 176, analogi importați, sunt de asemenea potrivite. Rezistoarele, condensatoarele și LED-urile se potrivesc cu orice tip. Condensatorul C2, pentru funcționarea stabilă a senzorului capacitiv atunci când funcționează în condiții de fluctuații mari ale temperaturii ambientale, trebuie luat cu un TKE mic.
Sub platforma vasului de toaletă este instalat un senzor, pe care rezervorul de scurgere este instalat într-un loc în care apa nu poate pătrunde în cazul unei scurgeri din rezervor. Corpul senzorului este lipit de vasul de toaletă folosind bandă adezivă cu două fețe.
Senzorul de antenă al senzorului capacitiv este o bucată de sârmă de cupru lungă de 35 cm în izolație PTFE, lipită cu bandă adezivă transparentă de peretele exterior al vasului de toaletă la un centimetru sub planul ochelarilor. Senzorul este clar vizibil în fotografie.
Pentru a regla sensibilitatea senzorului tactil, este necesar, după instalarea acestuia pe toaletă, prin schimbarea rezistenței rezistenței de reglare R3 pentru a face LED-ul HL2 să se stingă. Apoi, puneți mâna pe capacul toaletei deasupra locației senzorului, LED-ul HL2 ar trebui să se aprindă, dacă scoateți mâna, ieșiți. Deoarece coapsa umană este mai mare în masă decât brațul, atunci în timpul funcționării senzorul tactil, după o astfel de setare, va funcționa garantat.
Designul și detaliile comutatorului tactil capacitiv
Circuitul comutatorului tactil capacitiv are mai multe detalii și a fost nevoie de o carcasă mai mare pentru a le găzdui, iar din motive estetice, aspectul carcasei în care a fost amplasat senzorul de prezență nu era foarte potrivit pentru instalare într-un loc vizibil. Priza de perete rj-11 pentru conectarea telefonului a atras atenția asupra ei. Se potrivește mărimii și arată bine. După ce am scos tot ce era de prisos din priză, am plasat placa de circuit imprimat a comutatorului tactil capacitiv în ea.
Pentru a fixa placa de circuit imprimat, a fost instalat un stâlp scurt la baza carcasei, iar o placă de circuit imprimat cu părți ale comutatorului tactil a fost înșurubat cu un șurub.
Senzorul senzorului capacitiv a fost realizat prin lipirea unei foi de alamă pe partea inferioară a capacului prizei cu lipici Moment, după ce a tăiat o fereastră pentru LED-urile din ele. Când capacul este închis, arcul (preluat de la o brichetă cu cremene) intră în contact cu foaia de alamă și astfel asigură contact electric între circuit și senzor.
Comutatorul tactil capacitiv este atașat de perete folosind un șurub autofiletant. Pentru aceasta, în corp este prevăzută o gaură. Apoi, placa, conectorul este instalat și capacul este fixat cu zăvoare.
Setarea comutatorului capacitiv este practic aceeași cu setarea senzorului de prezență descris mai sus. Pentru a configura, trebuie să aplicați tensiunea de alimentare și să reglați rezistența astfel încât LED-ul HL2 să se aprindă atunci când o mână este adusă la senzor și să se stingă când este îndepărtat. Apoi, trebuie să activați senzorul tactil și să aduceți și să scoateți mâna la senzorul comutatorului. LED-ul HL2 ar trebui să clipească, iar LED-ul roșu HL3 ar trebui să se aprindă. Când mâna este îndepărtată, LED-ul roșu ar trebui să rămână aprins. Când mâna este ridicată din nou sau corpul este scos din senzor, LED-ul HL3 ar trebui să se stingă, adică să oprească alimentarea cu apă în bideu.
PCB universal
Senzorii capacitivi prezentați mai sus sunt asamblați pe plăci de circuite imprimate, care sunt ușor diferite de placa de circuite imprimate prezentată în fotografia de mai jos. Acest lucru se datorează combinării ambelor plăci de circuite imprimate într-una universală. Dacă asamblați comutatorul tactil, atunci trebuie doar să tăiați pista numărul 2. Dacă asamblați senzorul de prezență, atunci pista numărul 1 este îndepărtată și nu toate elementele sunt instalate.
Elementele necesare pentru funcționarea comutatorului tactil, dar interferând cu funcționarea senzorului de prezență, R4, C5, R6, C6, HL2 și R4, nu sunt instalate. În loc de R4 și C6, jumperii de sârmă sunt lipiți. Lanțul R4, C5 poate fi lăsat. Nu va afecta munca.
Mai jos este un desen al unei plăci de circuit imprimat pentru moletare folosind metoda termică de aplicare a pistelor pe folie.
Este suficient să imprimați desenul pe hârtie lucioasă sau hârtie de calc și șablonul este gata pentru fabricarea unei plăci de circuit imprimat.
Funcționarea fără probleme a senzorilor capacitivi pentru sistemul de control tactil al alimentării cu apă în bideu a fost dovedită în practică timp de trei ani de funcționare continuă. Nu au fost înregistrate erori.
Cu toate acestea, vreau să remarc faptul că circuitul este sensibil la zgomotul puternic de impuls. Am primit un e-mail prin care mi-am cerut ajutor pentru configurare. S-a dovedit că în timpul depanării circuitului a existat un fier de lipit cu un controler de temperatură cu tiristor în apropiere. După ce a oprit fierul de lipit, circuitul a funcționat.
A mai fost un caz. Senzorul capacitiv a fost instalat în lampă, care a fost conectat la aceeași priză ca și frigiderul. Când îl aprinzi, lumina se aprinde și când o stingi din nou. Problema a fost rezolvată prin conectarea lămpii la o altă priză.
A venit o scrisoare despre aplicarea cu succes a circuitului senzorului capacitiv descris pentru reglarea nivelului apei într-un rezervor de stocare din plastic. În părțile inferioare și superioare, acesta a fost lipit cu silicon de-a lungul senzorului, care controla pornirea și oprirea pompei electrice.
Astăzi, nu veți surprinde pe nimeni cu dispozitive electronice de avertizare preventivă de diverse scopuri și eficiență, care anunță oamenii sau pornesc o alarmă de efracție cu mult înainte de contactul direct al unui oaspete nedorit cu o graniță (teritoriu) protejată. Multe dintre aceste noduri descrise în literatură, de exemplu, în, conform autorului, sunt interesante, dar complicate.
În schimb, au dezvoltat un circuit electronic simplu pentru un senzor capacitiv fără contact (Fig. 2.2), pe care chiar și un radioamator începător îl poate asambla. Dispozitivul are o sensibilitate mare de intrare, ceea ce îi permite să fie folosit pentru a avertiza că o persoană se apropie de senzorul E1.
Principiul de funcționare a dispozitivului se bazează pe o schimbare a capacității dintre senzorul-antena E1 și „împământare” (fir comun: tot ceea ce corespunde buclei de masă - în acest caz, aceasta este podeaua și pereții camerei ). Când o persoană se apropie, această capacitate se schimbă semnificativ, ceea ce este suficient pentru a declanșa cipul K561TL1.
Orez. 2.2. Schema electrică a unui senzor capacitiv fără contact
Designul se bazează pe două elemente ale microcircuitului K561TL1 (DD1), incluse ca invertoare. Acest microcircuit încorporează patru elemente de același tip cu funcția 2I-NOT cu declanșatoare Schmitt cu histerezis (întârziere) la intrare și inversare la ieșire.
Utilizarea microcircuitului K561TL1 se datorează consumului scăzut de curent, imunității ridicate la zgomot (până la 45% din nivelul tensiunii de alimentare), funcționării într-o gamă largă de tensiune de alimentare (în intervalul 3-15 V), protecției de intrare de la electricitate statică și excesul pe termen scurt al nivelurilor de intrare și multe altele.avantaje care permit cipului să fie utilizat pe scară largă în proiecte de radio amatori fără a necesita precauții și protecție speciale.
În plus, microcircuitul K561TL1 vă permite să conectați elementele sale logice independente în paralel, ca elemente tampon, în urma cărora puterea semnalului de ieșire crește proporțional. Declanșatoarele Schmitt sunt circuite bistabile care pot gestiona semnale de intrare care cresc încet, inclusiv zgomotul. În același timp, fronturile abrupte ale impulsurilor care oferă ieșire pot fi transmise la nodurile ulterioare ale circuitului pentru andocare cu alte elemente cheie și microcircuite. Cipul K561TL (precum și K561TL2, de altfel) poate aloca un semnal de control (inclusiv digital) pentru alte dispozitive de la un impuls de intrare analogic sau fuzzy.
Analog străin al lui K561TL1 - CD4093B.
Circuitul de comutare al invertorului este unul clasic, este descris în cărțile de referință. Particularitatea dezvoltării prezentate este în nuanțele de design. După pornirea alimentării la intrarea elementului DD1.1 există o stare nedefinită aproape de un nivel logic scăzut. La ieșirea lui DD1.1 - un nivel ridicat, la ieșirea lui DD1.2 - din nou scăzut. Tranzistorul VT1 este închis. Capsula piezoelectrică HAI (cu generator intern 34) nu este activă.
O antenă este conectată la senzorul E1 - o antenă telescopică de automobile este potrivită. Când o persoană se află lângă antenă, capacitatea dintre pinul antenei și podea se schimbă. Din acest comutați elementele DD1.1, DD1.2 în stare opusă. Pentru a comuta nodul, o persoană de înălțime medie trebuie să fie (trece) lângă o antenă de 35 cm lungime la o distanță de până la 1,5 m. Un nivel de tensiune înaltă apare la pinul 4 al microcircuitului, în urma căruia tranzistorul VT1 se deschide și capsula HA1 sună.
Prin selectarea capacității condensatorului C1, puteți schimba modul de funcționare al elementelor de microcircuit. Deci, atunci când capacitatea C1 scade la 82-120 pF, nodul funcționează diferit. Acum, semnalul sonor sună numai în timp ce intrarea DD1.1 este afectată de interferența de tensiune AC - o atingere umană.
Circuitul electric (fig. 2.2) poate fi folosit și ca bază pentru un senzor de declanșare. Pentru a face acest lucru, rezistorul constant R1, firul ecranat sunt excluse, iar senzorii sunt contactele microcircuitului 1 și 2.
Un fir ecranat este conectat în serie cu R1 (cablu RK-50, RK-75, fir ecranat pentru semnale AF - toate tipurile sunt potrivite) 1-1,5 m lungime, scutul este conectat la un fir comun, miezul central la capătul este conectat la pinul antenei.
Sub rezerva acestor recomandări și a utilizării tipurilor și evaluărilor elementelor indicate în diagramă, nodul generează un semnal sonor cu o frecvență de aproximativ 1 kHz (în funcție de tipul capsulei HA1) atunci când o persoană se apropie de pinul antenei la o distanță de 1,5–1 m. Nu există efect de declanșare. De îndată ce obiectul se îndepărtează de antenă, senzorul trece în modul armat (standby).
Experimentul a fost efectuat și cu animale - o pisică și un câine: nodul nu reacționează la apropierea lor de senzorul-antenă.
Capacitățile dispozitivului cu greu pot fi supraestimate. În varianta autorului, se montează lângă tocul ușii; usa din fata este metalica.
Volumul semnalului AF emis de capsula HA1 este suficient pentru a-l auzi pe o logie închisă (este comparabil cu volumul unui clopot de casă).
Alimentarea este stabilizata, cu o tensiune de 9-15 V, cu o buna filtrare a tensiunii de ondulare la iesire. Consumul de curent este neglijabil în modul standby (mai mulți microamperi) și crește la 22–28 mA când emițătorul HA1 funcționează activ. O sursă fără transformator nu poate fi utilizată din cauza probabilității de șoc electric. Condensatorul de oxid C2 acționează ca un filtru de putere suplimentar, tipul său este K50-35 sau similar, pentru o tensiune de funcționare nu mai mică decât tensiunea de alimentare.
În timpul funcționării nodului, au fost dezvăluite caracteristici interesante. Tensiunea de alimentare a nodului afectează funcționarea acestuia: atunci când tensiunea de alimentare crește la 15 V, ca senzor-antenă este utilizat doar un fir de cupru electric neecranat obișnuit cu o secțiune transversală de 1-2 mm și o lungime de 1 m; în acest caz, nu este nevoie de ecran și rezistență R1, firul electric de cupru este conectat direct la bornele 1 și 2 ale elementului DD1.1. Efectul este similar. Când se schimbă fazatul ștecherului de alimentare al sursei de alimentare, nodul își pierde în mod catastrofal sensibilitatea și poate funcționa doar ca senzor (reacționează la atingerea E1). Acest lucru este valabil pentru orice valoare a tensiunii de alimentare în intervalul 9-15 V. Evident, al doilea scop al acestui circuit este un senzor obișnuit (sau senzor-declanșator).
Aceste nuanțe ar trebui luate în considerare la repetarea dispozitivului. Totuși, în cazul conexiunii corecte descrise aici, se obține o componentă importantă a unei alarme de efracție, asigurând siguranța locuinței, avertizând proprietarii chiar înainte de apariția unei situații de urgență.
Elementele sunt montate compact pe o placă din fibră de sticlă. Carcasa dispozitivului este orice material dielectric (neconductiv). Pentru a controla pornirea, dispozitivul poate fi echipat cu un LED indicator conectat în paralel cu sursa de alimentare.
Nu este necesară ajustarea cu respectarea strictă a recomandărilor. Dacă experimentați lungimea cablului de ecranare, lungimea și aria antenei senzorului E1 și modificați tensiunea de alimentare, poate fi necesar să ajustați rezistența rezistorului R1 pe o gamă largă - de la 0,1 la 100 MΩ. Pentru a reduce sensibilitatea, creșteți capacitatea condensatorului C1. Dacă acest lucru nu aduce rezultate, un rezistor constant cu o rezistență de 5-10 MΩ este conectat în paralel cu C1.
Orez. 2.3. senzor capacitiv
Condensator nepolar C1 - tip KM6. Rezistor fix R2 - MLT-0,25. Rezistorul R1 - tip VS-0.5, VS-1. Tranzistorul VT1 este necesar pentru a amplifica semnalul de la ieșirea elementului DD1.2. Fără acest tranzistor, capsula HA1 sună moale. Tranzistorul VT1 poate fi înlocuit cu KT503, KT940, KT603, KT801 cu orice index de litere.
Emițătorul de capsulă HA1 poate fi înlocuit cu unul similar cu un generator încorporat 34 și un curent de funcționare de cel mult 50 mA, de exemplu, FMQ-2015B, KRX-1212V și altele asemenea.
Datorită utilizării unei capsule cu un generator încorporat, unitatea prezintă un efect interesant: atunci când o persoană se apropie de antena senzorului E1, sunetul capsulei este monoton și atunci când o persoană se îndepărtează (sau se apropie de o persoană , începând de la o distanță de 1,5 m până la E1), capsula emite un sunet intermitent care este de natură stabilă în conformitate cu modificarea nivelului potențialului la ieșirea elementului DD1.2. (Un efect similar a stat la baza primului instrument muzical electronic, Thereminul.)
Pentru o imagine mai completă a proprietăților unui senzor capacitiv, autorul recomandă citirea materialului.
Dacă o capsulă cu un generator AF încorporat, de exemplu, KRI-4332-12, este utilizată ca HA1, atunci la o distanță relativ mare de antena senzorului, sunetul va semăna cu o sirenă, iar la o aproximare maximă - un semnal intermitent.
Unele dezavantaje ale dispozitivului pot fi considerate lipsa selectivității (sistemul de recunoaștere „prieten / dușman”), astfel încât nodul va semnala apropierea oricărei persoane de E1, inclusiv proprietarul apartamentului care a ieșit „la pâine”. Baza funcționării dispozitivului este preluarea electrică și modificările capacității, care sunt cele mai utile atunci când funcționează în zone rezidențiale mari cu o rețea dezvoltată de comunicații electrice; evident că aparatul va fi inutil în pădure, pe câmp și oriunde nu există comunicații electrice.
Scheme Kashkarov A.P. 500 pentru radioamatori. Senzori electronici.
