Het circuit dat voor herhaling wordt voorgesteld, is een versterker die zeer gevoelig is voor het elektromagnetische veld dat wordt gegenereerd door externe apparaten. Wanneer de ingangspen van het circuit is aangesloten op de antenne, signaleert de LED de aanwezigheid van straling elektromagnetisch veld en interferentie van elektrische apparatuur. De LED geeft ook aan dat het contact wordt aangeraakt, omdat de rol van de antenne in dit geval wordt uitgevoerd door het menselijk lichaam. Vandaar de naam - aanraaksensor. Een andere naam voor het circuit is een actieve antenne.

Schematisch diagram De aanraaksensor wordt weergegeven in afbeelding 1.

Het circuit lijkt op een autogenerator aan transistor n-p-n structuren. Een van de klemmen van de wikkeling L1 is rechtstreeks verbonden met het ingangscontact X1. De polariteit van de VD1 LED is niet belangrijk. Weerstand R2 begrenst de stroom door de LED en bepaalt daardoor de helderheid van zijn gloed wanneer de sensor wordt geactiveerd.

De aanraaksensor is gemonteerd op broodplankje maat 40 × 40 mm. Verschijning ontwerp is weergegeven in figuur 2.

Figuur 2.	Het uiterlijk van de aanraaksensor.

Wikkelingen L1 en L2 bevinden zich op een gemeenschappelijk frame met twee wikkelsecties en een ferriettrimmerkern. De buitendiameter van het frame is 10 mm, de lengte van de kern is 23 mm en de draaddiameter aan de basis van de kern is 6 mm. In het ontwerp getoond in figuur 2, is L1 op het bovenste gedeelte gewikkeld, L2 op de bodem. Elke spoel bevat 100 windingen van PEL 0.2-draad. De wikkelingen worden meegeleverd. Met een schroevendraaier wordt de kern in de binnenkant van het frame geschroefd. VD1 LED - elk van de AL307-serie. Als X1 wordt een aardingslip gebruikt. Als u deze aanraakt, gaat de LED branden.

Parallelle VD1 kan worden aangesloten meetapparatuur, bijvoorbeeld een multimeter in spanningsmeetmodus, waarmee u het niveau van de veldsterkte kunt schatten. In dit geval kan de externe antenne een stuk installatiedraad zijn van enkele centimeters lang. Het opzetten van de schakeling komt neer op het kiezen van de lengte van de antenne en het vinden van een zodanige positie van de kern waarbij de spanning over de LED maximaal is.

Het schema is niet kieskeurig over de keuze van de elementbasis. In de originele versie van het circuit werd bijvoorbeeld de KT815G-transistor gebruikt, de weerstand van de weerstand R1 was 100 kOhm. Als L1 en L2 werden twee spoelen gebruikt op een staafferrietkern van een langgolvige magnetische antenne van een radio-ontvanger. De spoelen konden langs de kern worden bewogen. Toen de spoelen werden bewogen, werden verschijnselen waargenomen die niet in tegenspraak waren met de wet van elektromagnetische inductie, in tegenstelling tot het in V voorgestelde schema. Met een behoorlijke afstand tussen de spoelen en zonder een ferrietkern werkte de schakeling niet meer.

De schakeling kan praktische toepassing vinden, niet alleen in het ontwerp van veldsterktemeters, maar ook in automatiserings- en signaleringsapparatuur. De aanraaksensor kan worden aangesloten op de microcontroller. Om dit te doen, moet de analoog-naar-digitaal conversie van de spanning op de VD1 LED worden uitgevoerd, mogelijk met behulp van de middelen van de microcontroller zelf, als deze een ingebouwde ADC bevat.

Concluderend moet worden opgemerkt dat er veel aanraaksensorcircuits zijn die zijn gebaseerd op veldeffecttransistoren en die geen inductieve elementen bevatten. Misschien is hun werk in veel gevallen efficiënter, maar de constructie in dit artikel is een voorbeeld van het origineel technische oplossing en is gericht op beginnende radioamateurs.

Literatuur

1. Brovin VI Het fenomeen van energieoverdracht van inductanties door de magnetische momenten van een stof in de omringende ruimte en de toepassing ervan. - M.: MetaSintez, 2003 - 20 d.
2. Krylov K.S., Lee Jaeho, Kim Young Jin, Kim Seunghwan, Lee Sang-Ha. Uitvindingsoctrooi №2395876. Actieve magnetische antenne met ferrietkern.

Aanraaksensoren (aanraaksensoren) zijn verschillende principes acties zoals resistief (geleidende films), optisch (infrarood), akoestisch (SAW), capacitief, enz. Dit project is een experiment met een capacitieve aanraaksensor. Dit soort sensor staat bekend als een aanwijsapparaat dat wordt gebruikt in tablet-pc's en smartphones.

Capacitieve aanraaksensorprincipe

Een capacitieve aanraaksensor detecteert een verandering in capaciteit die optreedt bij een elektrode doordat deze wordt bedekt door een geleidend object zoals een vinger. Er zijn verschillende methoden om de capaciteit te meten. Dit project maakt gebruik van de integratiemethode die wordt gebruikt in de capaciteitsmeter. De verandering in capaciteit Cx is vrij klein, ongeveer 1pF tot 10pF, maar zal gemakkelijk worden gedetecteerd omdat de capaciteitsmeter een meetresolutie van 20pF heeft. Ook moeten de te detecteren objecten worden geaard om een ​​Cx-circuit te creëren volgens het werkingsprincipe. Het werkt echter goed, zelfs als het menselijk lichaam geïsoleerd is van de aarde. Dit kan om de volgende reden zijn.

Hardware-onderdeel:

Software

Kalibreer eerst elk punt (haal de referentiecommunicatietijd op met Cs) en voer de scan vervolgens uit met een constante periode. Wanneer de integratietijd is toegenomen en de drempel overschrijdt, zal deze beslissen "gevonden". Hysterese vereist een drempelwaarde, anders is de uitvoer niet stabiel wanneer deze half wordt aangeraakt. De meettijd voor elk punt is gelijk aan de integratietijd, dus dit kan heel snel.

De capaciteitsmeter meet de integratietijd met een resolutie van één klokcyclus (100 ns) met een analoge comparator en invoervergrendelingsfunctie. Deze functie is echter niet op alle I/O-poorten beschikbaar. Om een ​​aanraaksensor op een I/O-poort te implementeren, wordt de integratietijd gemeten door middel van polling software en de resolutie wordt 3 klokken (375ns). V normale conditie het nummer van het tijdrapport is ongeveer 80, wat voldoende is voor de aanraaktoetsen.

Conclusie

Als resultaat kan ik bevestigen dat een capacitieve sensor eenvoudig kan worden geïmplementeerd op een conventionele microcontroller. De kunststof overlay kan tot 1 mm dik zijn (afhankelijk van diëlektrische constante) voor een goede baan. Wanneer de ATtiny2313 wordt gebruikt voor een aanraaksensormodule, kan deze 15 aanraakpunten hebben. Het besturingsprogramma dat in dit project wordt gebruikt, is experimenteel en is niet getest onder vuile omstandigheden zoals ruis en interferentie, dus voor echt gebruik kan elk anti-ruisalgoritme nodig zijn.

Lijst van radio-elementen

Aanraaksensor voor Arduino

De module is een aanraakknop, aan de uitgang wordt een digitaal signaal gegenereerd, waarvan de spanning overeenkomt met de niveaus van logische eenheden en nul. Verwijst naar capacitieve sensoren aanraken. Dit soort data-invoerapparaten komen we tegen als we werken met het beeldscherm van een tablet, een iPhone of een touchscreen-monitor. Als we op de monitor op het pictogram drukken met een stylus of een vinger, dan gebruiken we hier een gebied van het bordoppervlak ter grootte van een Windows-pictogram, dat alleen met een vinger wordt aangeraakt, de stylus is uitgesloten. De basis van de module is de TTP223-BA6-microschakeling. Er is een stroomindicator.

Het ritme van de melodie beheersen

Bij installatie in het apparaat is het sensorgebied van het oppervlak van de modulekaart bedekt dunne laag glasvezel, kunststof, glas of hout. De voordelen van een capacitieve aanraakknop zijn onder meer een lange levensduur en de mogelijkheid om het voorpaneel van het apparaat af te dichten, vandaalbestendige eigenschappen. Hierdoor kan de aanraaksensor worden gebruikt bij het werken aan buitenshuis apparaten in direct contact met waterdruppels. Bijvoorbeeld een deurbelknop of Huishoudelijke apparaten... Interessante toepassing in apparatuur Slim huis- vervanging van lichtschakelaars.

Specificaties:

Voedingsspanning 2,5 - 5,5 V
Reactietijd om aan te raken verschillende modi huidige consumptie
laag 220 ms
typisch 60 ms
Uitgangssignaal
Spanning
hoge stam. niveau 0,8 X voedingsspanning
laag log. niveau 0,3 X voedingsspanning
Stroom bij voeding 3 V en logische niveaus, mA
laag 8
hoog -4
Afmetingen bord 28 x 24 x 8 mm

Contacten en signaal

Niet aanraken - het uitgangssignaal heeft een laag logisch niveau, aanraken - een logische eenheid bij de sensoruitgang.

Waarom werkt het of een beetje theorie?

Het menselijk lichaam bezit, net als alles wat ons omringt, elektrische kenmerken:... Wanneer de aanraaksensor wordt geactiveerd, manifesteren onze capaciteit, weerstand en inductie zich. Aan de onderzijde van het modulebord is een foliedeel aangesloten op de ingang van de microschakeling. Een diëlektrische laag bevindt zich tussen de vinger van de operator en de folie aan de onderkant - het materiaal van de ondersteunende basis printplaat module. Op het moment van aanraking wordt het menselijk lichaam geladen met een microscopisch kleine stroom die door een condensator wordt gevormd die wordt gevormd door een stuk folie en een menselijke vinger. In een vereenvoudigde weergave vloeit de stroom door twee in serie geschakelde condensatoren: een folie, een vinger op tegenoverliggende oppervlakken van het bord en een menselijk lichaam. Daarom, als het oppervlak van het bord is bedekt met een dunne laag isolator, zal dit leiden tot een toename van de dikte van de diëlektrische laag van de folievingercondensator en zal het de werking van de module niet verstoren.
De TTP223-BA6-microschakeling vangt een onbeduidende puls van microstroom op en registreert een aanraking. Vanwege de eigenschappen van de microschakeling veroorzaakt deze technologie geen schade om met dergelijke stromen te werken. Wanneer we de behuizing van een werkende tv of monitor aanraken, gaan microstromen van grotere omvang door ons heen.

Modus voor laag verbruik

Nadat de stroom is ingeschakeld, bevindt de aanraaksensor zich in een modus voor laag energieverbruik. Na 12 seconden getriggerd te zijn, gaat de module in de normale modus. Als er geen aanraking meer plaatsvindt, keert de module terug naar de modus met verminderd stroomverbruik. De snelheid van de reactie van de module op aanraking in verschillende modi wordt gegeven in de bovenstaande kenmerken.

Samenwerken met Arduino UNO

Download het volgende programma naar Arduino UNO.

#define ctsPin 2 // Verbindingspen van de signaallijn van de aanraaksensor
int ledPin = 13; // Contactpersoon voor LED

Ongeldige instelling () (
Serieel.begin (9600);
pinMode (ledPin, UITGANG);
pinMode (ctsPin, INPUT);
}

Void-lus () (
int ctsValue = digitalRead (ctsPin);
if (ctsValue == HOOG) (
digitalWrite (ledPin, HOOG);
Serial.println ("TOUCHED");
}
anders (
digitalWrite (ledPin, LAAG);
Serial.println ("niet aangeraakt");
}
vertraging (500);
}

Sluit de aanraaksensor en Arduino UNO aan zoals weergegeven in de afbeelding. De schakeling kan worden aangevuld met een LED die aangaat bij aanraking van de sensor, via een weerstand van 430 Ohm aangesloten op pin 13. Touch buttons zijn vaak voorzien van een touch indicator. Het is handiger voor de operator om op deze manier te werken. Als we op een mechanische knop drukken, voelen we een klik, ongeacht de reactie van het systeem. Hier is de nieuwheid van de technologie een beetje verrassend vanwege onze motorische vaardigheden die zich in de loop der jaren hebben ontwikkeld. De drukindicator verlost ons van het onnodige gevoel van nieuwigheid.

Aanraaksensor voor Arduino

De module is een aanraakknop, aan de uitgang wordt een digitaal signaal gegenereerd, waarvan de spanning overeenkomt met de niveaus van logische eenheden en nul. Verwijst naar capacitieve aanraaksensoren. Dit soort data-invoerapparaten komen we tegen als we werken met het beeldscherm van een tablet, een iPhone of een touchscreen-monitor. Als we op de monitor op het pictogram drukken met een stylus of een vinger, dan gebruiken we hier een gebied van het bordoppervlak ter grootte van een Windows-pictogram, dat alleen met een vinger wordt aangeraakt, de stylus is uitgesloten. De basis van de module is de TTP223-BA6-microschakeling. Er is een stroomindicator.

Het ritme van de melodie beheersen

Bij installatie in het apparaat is het sensorgebied van het oppervlak van de modulekaart bedekt met een dunne laag glasvezel, plastic, glas of hout. De voordelen van de capacitieve aanraakknop zijn onder meer een lange levensduur en de mogelijkheid om het voorpaneel van het apparaat af te dichten, anti-vandalisme-eigenschappen. Hierdoor kan de aanraaksensor worden gebruikt in buitentoepassingen waar waterdruppels direct worden blootgesteld. Bijvoorbeeld een deurbelknop of huishoudelijke apparaten. Een interessante toepassing in smart home-apparatuur is de vervanging van lichtschakelaars.

Specificaties:

Voedingsspanning 2,5 - 5,5 V
Reactietijd om aan te raken in verschillende modi van stroomverbruik
laag 220 ms
typisch 60 ms
Uitgangssignaal
Spanning
hoge stam. niveau 0,8 X voedingsspanning
laag log. niveau 0,3 X voedingsspanning
Stroom bij voeding 3 V en logische niveaus, mA
laag 8
hoog -4
Afmetingen bord 28 x 24 x 8 mm

Contacten en signaal

Niet aanraken - het uitgangssignaal heeft een laag logisch niveau, aanraken - een logische eenheid bij de sensoruitgang.

Waarom werkt het of een beetje theorie?

Het menselijk lichaam heeft, net als alles om ons heen, elektrische eigenschappen. Wanneer een aanraaksensor wordt geactiveerd, manifesteren onze capaciteit, weerstand en inductie zich. Aan de onderzijde van het modulebord is een foliedeel aangesloten op de ingang van de microschakeling. Tussen de vinger van de operator en de folie aan de onderkant bevindt zich een diëlektrische laag - het materiaal van de dragerbasis van de printplaat van de module. Op het moment van aanraking wordt het menselijk lichaam geladen met een microscopisch kleine stroom die door een condensator gevormd door een stuk folie en een menselijke vinger vloeit. In een vereenvoudigde weergave vloeit de stroom door twee in serie geschakelde condensatoren: een folie, een vinger op tegenoverliggende oppervlakken van het bord en een menselijk lichaam. Daarom, als het oppervlak van het bord is bedekt met een dunne laag isolator, zal dit leiden tot een toename van de dikte van de diëlektrische laag van de folievingercondensator en zal het de werking van de module niet verstoren.
De TTP223-BA6-microschakeling vangt een onbeduidende puls van microstroom op en registreert een aanraking. Vanwege de eigenschappen van de microschakeling veroorzaakt deze technologie geen schade om met dergelijke stromen te werken. Wanneer we de behuizing van een werkende tv of monitor aanraken, gaan microstromen van grotere omvang door ons heen.

Modus voor laag verbruik

Nadat de stroom is ingeschakeld, bevindt de aanraaksensor zich in een modus voor laag energieverbruik. Na 12 seconden getriggerd te zijn, gaat de module in de normale modus. Als er geen aanraking meer plaatsvindt, keert de module terug naar de modus met verminderd stroomverbruik. De snelheid van de reactie van de module op aanraking in verschillende modi wordt gegeven in de bovenstaande kenmerken.

Samenwerken met Arduino UNO

Download het volgende programma naar Arduino UNO.

#define ctsPin 2 // Verbindingspen van de signaallijn van de aanraaksensor
int ledPin = 13; // Contactpersoon voor LED

Ongeldige instelling () (
Serieel.begin (9600);
pinMode (ledPin, UITGANG);
pinMode (ctsPin, INPUT);
}

Void-lus () (
int ctsValue = digitalRead (ctsPin);
if (ctsValue == HOOG) (
digitalWrite (ledPin, HOOG);
Serial.println ("TOUCHED");
}
anders (
digitalWrite (ledPin, LAAG);
Serial.println ("niet aangeraakt");
}
vertraging (500);
}

Sluit de aanraaksensor en Arduino UNO aan zoals weergegeven in de afbeelding. De schakeling kan worden aangevuld met een LED die aangaat bij aanraking van de sensor, via een weerstand van 430 Ohm aangesloten op pin 13. Touch buttons zijn vaak voorzien van een touch indicator. Het is handiger voor de operator om op deze manier te werken. Als we op een mechanische knop drukken, voelen we een klik, ongeacht de reactie van het systeem. Hier is de nieuwheid van de technologie een beetje verrassend vanwege onze motorische vaardigheden die zich in de loop der jaren hebben ontwikkeld. De drukindicator verlost ons van het onnodige gevoel van nieuwigheid.

Afstands- en aanraaksensoren

Ultrasoon sensor

De ultrasone sensor is een van de twee sensoren die het zicht van de robot vervangen. Met een ultrasone sensor kan de robot objecten zien en detecteren. Het kan ook worden gebruikt om de robot in staat te stellen obstakels te vermijden, afstand in te schatten en te meten en de beweging van een object vast te leggen.

Ultrasone sensormetingen worden gemeten in centimeters en inches. Hij kan afstanden meten van 0 tot 255 centimeter met een nauwkeurigheid van +/- 3 cm. De ultrasone sensor werkt op dezelfde manier als een vleermuiszoeker: hij meet de afstand door de tijd te berekenen die een geluidsgolf nodig heeft om terug te keren na te zijn weerkaatst van een object, zoals echo.

Grote objecten met harde oppervlakken kunnen het beste worden gedefinieerd. Objecten van zachte materialen(stoffen) of rond (bal), evenals te dun, klein, enz., kan de sensor moeilijk te bedienen maken.

Houd er rekening mee dat twee of meer ultrasone transducers die in dezelfde ruimte werken, interferentie kunnen veroorzaken en de nauwkeurigheid van de resultaten kunnen verminderen.

Voorbeelden van toepassingen voor ultrasone afstandssensoren zijn onder meer het gebruik in auto's om de bestuurder te waarschuwen of automatische besturing op basis van signalen van sensoren die gevaarlijke situaties verbonden met een mens-machine-interface (HMI).

figuur 1

Het ultrasone principe van obstakeldetectie is gebaseerd op het echoprincipe. De transducer bevat twee transducers: één transducer zendt ultrasone golven uit en de gereflecteerde golven worden gedetecteerd door een of meer andere transducers. Dezelfde transducer die ultrasone golven uitzendt, kan worden gebruikt om de gereflecteerde golf te detecteren. Het belangrijkste doel van de sensoren is om de aan- of afwezigheid van een obstakel te detecteren, maar dit principe (vliegtijd) maakt het ook mogelijk om de afstand tot een object te berekenen uit de terugkeertijd van de echo met een bekende snelheid van geluidsvoortplanting .

Echografie is niets meer dan trillingen met een frequentie >20 kHz. De meeste in de handel verkrijgbare converters werken in het bereik van 40-250 kHz.

Variaties in de akoestische parameters van de sensoren, omgeving en verschillende doeleinden de werking van apparaten aanzienlijk beïnvloeden.

V ultrasoon sensor de transducer genereert een korte puls die naar het doel is gericht en terugkeert

Het is belangrijk dat de geluidssnelheid een functie is van de samenstelling en temperatuur van het medium (lucht) en de nauwkeurigheid en resolutie van de sensor beïnvloedt. De nauwkeurigheid van afstandsmetingen is recht evenredig met de nauwkeurigheid van de geluidssnelheid die in de berekeningen wordt gebruikt, en varieert in het echte leven van 345 m / s bij kamertemperatuur tot meer dan 380 m/s bij een temperatuur van ongeveer 70°C. Geluidsgolflengte

is een functie van de ultrasone snelheid c en is gerelateerd aan de frequentie ѓ, daarom beïnvloeden deze parameters (golflengte en frequentie) ook de resolutie en nauwkeurigheid, evenals minimale maat doelen en het door de sensor gemeten afstandsbereik.

Geluidsdemping is een functie van frequentie en vochtigheid, die van invloed is op de maximale afstand die door de sensor wordt gedetecteerd. Langere (lagere frequentie) golven hebben minder demping. Bij frequenties boven 125 kHz treedt de maximale demping op bij een relatieve vochtigheid van 100%, bij frequenties van 40 kHz - al bij een vochtigheid van 50%. Aangezien de sensor bij alle vochtigheidswaarden moet werken, wordt in de berekeningen voor elke frequentie de maximale demping gebruikt.

Achtergrondruis is een functie van de frequentie en neemt af met toenemende frequentie, wat ook van invloed is op de maximaal detecteerbare afstand en de minimale doelgrootte. De resolutie en nauwkeurigheid zijn hoger bij hoge frequenties, terwijl het bereik groter is bij langere golflengten.

Aanraaksensor

De aanraaksensor is een knop met twee standen: ingedrukt en ingedrukt. De sensor herkent softwarematig een andere staat van Touch.

U kunt de reactie van de aanraaksensor op het scherm in de Viewer-modus zien. Wanneer de sensorknop niet wordt ingedrukt, toont het display 0 en wanneer de sensor wordt ingedrukt - 1.

Door een aanraaksensor (bijvoorbeeld in de vorm van een bumper) aan de robotstructuur toe te voegen, kun je de robot zijn gedrag laten veranderen wanneer de sensor wordt geactiveerd.

De aanraaksensor is een van de tastorganen voor robots, waardoor het overal nodig is waar de robot op objecten moet reageren.

De aanraaksensor zorgt ervoor dat de robot kan aanraken.

De druksensor kan zowel het moment van indrukken als het moment van loslaten bepalen.

De aanraaksensor wordt getoond in Fig. 2.

Figuur 2 Aanraaksensor

Gebruikte referentieapparaten en accessoires

Micrometer

Voor meting: inactieve beweging de aanraaksensor heeft een micrometer (of meetklok) ICh-25 nodig, die de afstand meet die door de sensor wordt afgelegd totdat deze wordt geactiveerd.

ICh-25 is ontworpen voor het meten van lineaire afmetingen door middel van absolute en relatieve methoden, het bepalen van de grootte van afwijkingen van een bepaalde geometrische vorm en wederzijdse gezindheid oppervlakken.

Figuur 3 toont verschillende soorten indicatoren.

Afb. 3.

Parameters van de ICh 25 micrometer:

Meetbereik 0-25 mm.

Gradatie 0,01 mm.

Afmetingen 159x85x51 mm.