Izpētītas 3 viegli ietilpīgas tuvuma sensoru shēmas

Šajā ziņojumā mēs vispusīgi apspriežam 3 pamata tuvuma sensoru ķēdes ar daudzām lietojuma ķēdēm un detalizētām ķēdes īpašībām. Pirmajās divās kapacitatīvās tuvuma sensoru ķēdēs tiek izmantoti vienkārši uz IC 741 un IC 555 balstīti jēdzieni, bet pēdējais ir nedaudz precīzāks un ietver precīzu IC PCF8883 balstītu dizainu

1) Izmantojot IC 741

Tālāk paskaidroto shēmu var konfigurēt, lai aktivizētu releju vai jebkuru piemērotu slodzi, piemēram, a ūdenskrāns , tiklīdz cilvēka ķermenis vai roka tuvojas kapacitatīvā sensora plāksnei. Konkrētos apstākļos rokas tuvums ir pietiekams, lai iedarbinātu ķēdes izeju.

Augstas pretestības ieeju dod Q1, kas ir regulārs lauka efekta tranzistors, piemēram, 2N3819. Standarta 741 op amp tiek izmantots jutīga sprieguma līmeņa slēdža veidā, kas pēc tam virza strāvas buferi Q2, vidējas strāvas pnp bipolāru tranzistoru, tādējādi aktivizējot releju, kas var būt pieradis ierīces pārslēgšanai, piemēram, trauksmes signāli, jaucējkrāns utt. .

Kamēr ķēde ir gaidīšanas režīmā, spriegums op amp 3 kontaktā tiek fiksēts lielākam par pin 2 sprieguma līmeni, atbilstoši pielāgojot iepriekš iestatīto VR1.

Tas nodrošina, ka spriegums izejas tapā 6 būs augsts, izraisot tranzistora Q2 un releja izslēgšanu.

Kad pirksts tiek novietots sensora plāksnes tuvumā vai viegli pieskaras, nolaižot pretēju novirzi VGS, palielināsies FET Q1 iztukšošanas strāva, un rezultātā R1 sprieguma kritums samazinās op amp 3. kontakta spriegumu zem sprieguma, kas pastāv pie tapa 2.

Tā rezultātā tapas 6 spriegums nokritīsies un attiecīgi ieslēgs releju, izmantojot Q2. Rezistoru R4 var noteikt, lai relejs tiktu izslēgts normālos apstākļos, ņemot vērā, ka pie opamp amp pin 6 izejas var izveidoties neliels pozitīvs izslēgts spriegums, pat ja pin 3 spriegums ir zemāks par pin 2 spriegumu miega (dīkstāves) stāvoklis. Šo problēmu varētu novērst, vienkārši pievienojot LED virkni ar Q2 bāzi.

2) Izmantojot IC 555

Šajā rakstā ir paskaidrota efektīva IC 555 bāzes kapacitatīvā tuvuma sensora shēma, kuru var izmantot, lai atklātu iebrucējus netālu no cenas objekta, piemēram, jūsu transportlīdzekļa. Ideju pieprasīja Makss Peins.

Circuit pieprasījums

Sveiks, Svagatam,

Lūdzu, ievietojiet velosipēdam kapacitatīvu / ķermeņa / jutīgu ķēdi. Šāda ierīce, kas redzama automašīnas drošības sistēmā, kad kāds nāk tuvāk automašīnai vai vienkāršs 1 in ch tuvums iedarbina trauksmi uz 5 sekundēm.

Kā darbojas šāda veida trauksme, trauksme tiek aktivizēta tikai tad, kad kāds nāk tuvāk (teiksim, 30 cm), kāda veida sensoru viņi izmanto?

Ķēdes shēma

Ķēdes attēla pieklājība: Elektor Electronics

Dizains

Kapacitatīvā sensora ķēdi var saprast, izmantojot šādu aprakstu:

IC1 pamatā ir vads kā astable, bet neietverot reālu kondensatoru. Šeit tiek ieviesta kapacitatīvā plāksne, kas ieņem kondensatora pozīciju, kas nepieciešama astable darbībai.

Jāatzīmē, ka lielāka kapacitatīvā plāksne radīs labāku un daudz ticamāku ķēdes reakciju.

Tā kā ķēde ir paredzēta darbam kā transportlīdzekļa virsbūves tuvuma trauksmes drošības sistēma, virsbūvi varētu izmantot kā kapacitatīvo plāksni, un tās lielais tilpums būtu piemērota lietošanai diezgan labi.

Kad kapacitatīvā tuvuma sensora plāksne ir integrēta, IC555 nonāk gaidīšanas stāvoklī, lai veiktu asas darbības.

Atklājot “zemes” elementu tiešā tuvumā, kas varētu būt cilvēka roka, nepieciešamā kapacitāte tiek attīstīta visā pin2 / 6 un IC zemē.

Iepriekšminētā rezultātā momentāni attīstās frekvence, kad IC sāk svārstīties savā astabilajā režīmā.

Astabiskais signāls tiek iegūts pie IC pin3, kas ir atbilstoši 'integrēts' ar R3, R4, R5 un C3 ---- C5 palīdzību.

“Integrētais” rezultāts tiek ievadīts opamp stadijā, kas ir pielīdzināta salīdzinājumam.

Ap IC2 izveidotais salīdzinātājs reaģē uz šīm izmaiņām no IC1 un pārveido to par sprūda spriegumu, darbinot T1 un atbilstošo releju.

Relejs var būt savienots ar sirēnu vai ragu vajadzīgajiem trauksmes signāliem.

Tomēr praktiski ir redzams, ka IC1 rada maksimālo pozitīvā vai negatīvā sprieguma impulsu brīdī, kad plāksnes tuvumā tiek atklāts caapcitīvs pamats.

IC2 reaģē tikai uz šo pēkšņo maksimālā sprieguma pieaugumu vajadzīgajai iedarbināšanai.

Ja kapacitatīvais korpuss turpina atrasties plāksnes tuvumā, maksimālais frekvences spriegums pie pin3 pazūd līdz aa līmenim, kuru IC2 var nenosakīt, padarot to neaktīvu, tas nozīmē, ka relejs paliek aktīvs tikai tajā brīdī, kad tiek celts kapacitatīvais elements vai noņemts pie plāksnes virsmas.

P1, P2 var noregulēt, lai iegūtu maksimālu jutību no kapacitatīvās plāksnes
Lai iegūtu fiksācijas darbību, IC2 izvadi var tālāk integrēt flip flop ķēdē, padarot kapacitatīvo tuvuma sensora ķēdi ārkārtīgi precīzu un reaģējošu

3) Izmantojot IC PCF8883

IC PCF8883 ir izveidots tā, lai darbotos kā precīzi kapacitatīvs tuvuma sensora slēdzis, izmantojot unikālu (EDISEN patentētu) digitālu tehnoloģiju, lai uztvertu mazākās kapacitātes atšķirības ap noteikto sensoru plāksni.

Galvenās iezīmes

Šī specializētā kapacitatīvā tuvuma sensora galvenās iezīmes var būt šādi pētījumi:

Šajā attēlā parādīta IC PCF8883 iekšējā konfigurācija

IC nepaļaujas uz tradicionālo uztveres dinamiskās kapacitātes režīms drīzāk nosaka statiskās kapacitātes svārstības, izmantojot automātisku korekciju ar nepārtrauktu automātisku kalibrēšanu.

Sensors būtībā ir mazs vadītspējīgs folijas veids, kuru var tieši integrēt attiecīgajos IC spraudņos paredzētajai kapacitīvajai noteikšanai vai, iespējams, izbeigt uz lielākiem attālumiem caur koaksiālajiem kabeļiem, lai nodrošinātu precīzas un efektīvas attālinātas kapacitatīvās tuvuma noteikšanas darbības

Turpmākie attēli atspoguļo IC PCF8883 pinout informāciju. Dažādu kontaktligzdu un iebūvēto shēmu detalizētu darbību var saprast ar šādiem punktiem:

Sīkāka informācija par IC PCF8883

Pinout IN, kas paredzēts savienot ar ārējo kapacitatīvo sensoru foliju, ir saistīts ar IC iekšējo RC tīklu.

RC tīkla “tdch” norādīto izlādes laiku salīdzina ar otrā in-bult RC tīkla izlādes laiku, kas apzīmēts kā “tdchimo”.

Abi RC tīkli tiek periodiski uzlādēti ar VDD (INTREGD), izmantojot pāris identiskus un sinhronizētus komutatoru tīklus, un pēc tam ar rezistora palīdzību tiek izvadīti uz Vss vai zemi.

Šīs uzlādes izpildes ātrumu regulē paraugu ņemšanas ātrums, ko apzīmē ar “fs”.

Gadījumā, ja tiek uzskatīts, ka potenciālā starpība samazinās zem iekšēji iestatītā atsauces sprieguma VM, attiecīgā salīdzinātāja izeja mēdz kļūt zema. Loģiskais līmenis, kas seko salīdzinātājiem, identificē precīzu salīdzinātāju, kurš faktiski varētu pārslēgties pirms otra.

Un, ja tiek konstatēts, ka augšējais salīdzinātājs ir iedarbinājies pirmais, tas rada impulsu CUP, savukārt, ja tiek konstatēts, ka apakšējais salīdzinātājs ir pārslēdzies pirms augšējā, tad impulss tiek iespējots CDN.

Iepriekš minētie impulsi iesaistās ārējā kondensatora Ccpc lādēšanas līmeņa kontrolē, kas saistīts ar tapu CPC. Kad CUP tiek ģenerēts impulss, Ccpc tiek uzlādēts caur VDDUNTREGD uz noteiktu laika periodu, kas izraisa Ccpc pieaugošu potenciālu.

Diezgan tajās pašās līnijās, kad impulss tiek sniegts CDN, Ccpc tiek savienots ar pašreizējo izlietnes ierīci ar zemi, kas izlādē kondensatoru, izraisot tā potenciālu.

Ikreiz, kad kapacitāte pie tapas IN kļūst lielāka, tas attiecīgi palielina izlādes laiku tdch, kā rezultātā spriegums attiecīgajā salīdzinātājā samazinās attiecīgi ilgākā laikā. Kad tas notiek, salīdzinātāja izejai mēdz būt zema, kas savukārt CDN rada impulsu, liekot ārējam kondensatoram CCP izlādēties nedaudz mazākā mērā.

Tas nozīmē, ka CUP tagad ģenerē lielāko daļu impulsu, kuru dēļ CCP uzlādējas vēl vairāk, neveicot citus soļus.

Neskatoties uz to, IC automātiskā sprieguma kontrolētā kalibrēšanas funkcija, kas balstās uz izlietnes strāvas regulēšanu “ism”, kas saistīta ar tapu IN, cenšas izlīdzināt izlādes laiku tdch, atsaucoties uz iekšēji iestatītu izlādes laiku tdcmef.

Spriegums pāri Ccpg tiek kontrolēts ar strāvu un kļūst diezgan atbildīgs par kapacitātes izlādi uz IN diezgan ātri, ja tiek atklāts, ka pieaug CCP potenciāls. Tas lieliski līdzsvaro ieejas tapas IN pieaugošo kapacitāti.

Šis efekts rada slēgtas cilpas izsekošanas sistēmu, kas nepārtraukti uzrauga izlādes laika tdch automātisku izlīdzināšanu un atsauci uz tdchlmf.

Tas palīdz izlabot gausas kapacitātes variācijas IC IN pinout. Ātri uzlādēšanas laikā, piemēram, kad cilvēka pirksts tiek ātri piegriezts pie sensora folijas, apspriestā kompensācija var neizdoties, līdzsvara apstākļos izlādes perioda ilgums neatšķiras, izraisot impulsu pārmaiņus svārstības starp CUP un CDN.

Tas arī nozīmē, ka ar lielākām Ccpg vērtībām CUP vai CDN var sagaidīt relatīvi ierobežotas sprieguma izmaiņas katram impulsam.

Tāpēc iekšējā strāvas izlietne rada lēnāku kompensāciju, tādējādi palielinot sensora jutīgumu. Gluži pretēji, ja CCP piedzīvo samazinājumu, sensora jutība samazinās.

Iebūvēts sensora monitors

Iebūvēts skaitītāja posms uzrauga sensora iedarbināšanu un attiecīgi skaita impulsus CUP vai CDN, skaitītājs tiek atiestatīts katru reizi, kad pulsa virziens pāri CUP mainās vai mainās.

Izvades tapa, kas attēlota kā OUT, tiek aktivizēta tikai tad, ja tiek konstatēts pietiekams impulsu skaits CUP vai CDN. Neliels traucējumu līmenis vai lēna mijiedarbība starp sensoru vai ieejas kapacitāti neietekmē izejas iedarbināšanu.

Mikroshēma atzīmē vairākus nosacījumus, piemēram, nevienlīdzīgus uzlādes / izlādes modeļus, lai tiktu nodrošināta apstiprināta izejas pārslēgšana un netiktu novērsta viltus noteikšana.

Advanced Start-up

IC ietver uzlabotu palaišanas shēmu, kas ļauj mikroshēmai diezgan ātri sasniegt līdzsvaru, tiklīdz tiek ieslēgta barošana tai.

Iekšēji tapa OUT ir konfigurēta kā atvērta aizplūšana, kas sāk pieslēgumu ar augstu loģiku (Vdd) ar maksimālo strāvu 20mA piestiprinātai slodzei. Ja izeja tiek pakļauta slodzēm, kas pārsniedz 30 mA, barošana tiek nekavējoties atvienota īssavienojuma aizsardzības funkcijas dēļ, kas tiek nekavējoties iedarbināta.
Šī pinout ir saderīga arī ar CMOS, tāpēc tā kļūst piemērota visām CMOS balstītām slodzēm vai ķēdes posmiem.

Kā minēts iepriekš, izlases ātruma parametrs “fs” attiecas uz 50% no frekvences, ko izmanto RC laika tīklā. Paraugu ņemšanas ātrumu var iestatīt iepriekš noteiktā diapazonā, atbilstoši nosakot CCLIN vērtību.

Iekšēji modulēta oscilatora frekvence ar 4% caur pseido-nejaušības signālu kavē jebkādas iespējas traucēt apkārtējās maiņstrāvas frekvences.

Izvades stāvokļa selektora režīms

IC ir arī noderīgs “izejas stāvokļa izvēles režīms”, ko var izmantot, lai ļautu izejas tapai vai nu monostabilā, vai bistabilā stāvoklī, reaģējot uz ieejas pinout kapacitīvo uztveri. Tas tiek atveidots šādā veidā:

1. režīms (TYPE iespējots pie Vss): izvade tiek aktivizēta sp, kamēr ievade tiek turēta ārējā kapacitatīvā ietekmē.

2. režīms (TYPE iespējots pie VDD / NTRESD): Šajā režīmā izeja tiek pārmaiņus ieslēgta un izslēgta (augsta un zema), reaģējot uz turpmāko kapacitatīvo mijiedarbību sensora folijā.

3. režīms (CTYPE iespējots starp TYPE un VSS): Ar šo nosacījumu izejas tapa tiek aktivizēta (zema) kādu iepriekš noteiktu laiku, reaģējot uz katru kapacitatīvo sensoru ievadi, kura ilgums ir proporcionāls CTYPE vērtībai un var tikt mainīts ar ātrumu 2,5 ms uz nF kapacitāti.

CTYPE standarta vērtība, lai apietu 10 ms kavēšanos režīmā # 3, varētu būt 4,7 nF, un maksimālā pieļaujamā vērtība CTYPE ir 470 nF, kas var izraisīt aptuveni sekundes kavēšanos. Jebkādas pēkšņas kapacitatīvas iejaukšanās vai ietekme šajā periodā tiek vienkārši ignorēta.

Kā lietot ķēdi

Nākamajās sadaļās mēs uzzinām tipisku ķēdes konfigurāciju, izmantojot to pašu IC, ko var pielietot visos produktos, kuriem nepieciešama precīza tālvadība tuvuma stimulētas operācijas .

Piedāvāto kapacitatīvo tuvuma sensoru var dažādi izmantot daudzās dažādās lietojumprogrammās, kā norādīts šādos datos:

Tipisku lietojumprogrammu konfigurāciju, izmantojot IC, var redzēt zemāk:

Lietojumprogrammas ķēdes konfigurācija

Ievades padeve + ir pievienota ar VDD. Izlīdzināšanas kondensatoru vēlams savienot pāri un VDD un zemei, kā arī VDDUNTREGD un zemei, lai mikroshēma darbotos uzticamāk.

COLIN kapacitātes vērtība, kas iegūta uz tapas CLIN, efektīvi nosaka paraugu ņemšanas ātrumu. Palielinot paraugu ņemšanas ātrumu, iespējams paātrināt sensora ievades reakcijas laiku, proporcionāli palielinot pašreizējo patēriņu

Tuvuma sensora plāksne

Sensējošā kapacitatīvā sensora plāksne var būt miniatūras metāla folijas vai plāksnes formā, kas ir pasargāta un izolēta ar nevadošu slāni.

Šo uztveršanas zonu var vai nu izbeigt lielākos attālumos, izmantojot koaksiālo kabeli CCABLE, kura citi gali var būt saistīti ar IC IN, vai arī plāksni var vienkārši tieši savienot ar IC INpinout atkarībā no lietojuma vajadzībām.

IC ir aprīkots ar iekšēju zemfrekvences filtru shēmu, kas palīdz nomākt visu veidu RF traucējumus, kas var mēģināt iekļūt IC caur IC IN tapu.

Turklāt, kā norādīts diagrammā, var pievienot arī ārēju konfigurāciju, izmantojot RF un CF, lai vēl vairāk uzlabotu RF slāpēšanu un pastiprinātu RF imunitāti ķēdē.

Lai panāktu optimālu ķēdes veiktspēju, ieteicams, lai CSENSE + CCABLE + Cp kapacitātes vērtību summai būtu noteiktā atbilstošā diapazonā, labs līmenis varētu būt aptuveni 30pF.

Tas palīdz vadības kontūram labāk darboties ar CSENSE statisko kapacitāti, lai izlīdzinātu diezgan lēnāko mijiedarbību uz sensora kapacitatīvās plāksnes.

Panākt palielinātu kapacitātes ievadi

Lai sasniegtu paaugstinātu kapacitatīvo ieeju līmeni, var ieteikt iekļaut papildu rezistoru Rc, kā norādīts diagrammā, kas palīdz kontrolēt izlādes laiku saskaņā ar iekšējo laika prasību specifikācijām.

Pievienotās sensora plāksnes vai sensora folijas šķērsgriezuma laukums kļūst tieši proporcionāls ķēdes jutībai kopā ar kondensatora Ccpc vērtību, samazinot Ccpc vērtību, var ievērojami ietekmēt sensora plāksnes jutīgumu. Tāpēc, lai sasniegtu efektīvu jutīguma daudzumu, MPK varētu optimāli un atbilstoši palielināt.

Piespraudes marķējums CPC ir iekšēji saistīts ar lielu pretestību, un tāpēc tas varētu būt jutīgs pret noplūdes strāvu.

Pārbaudiet, vai Ccpc ir izvēlēts ar augstas kvalitātes MKT kondensatora vai X7R tipa PPC, lai iegūtu optimālu veiktspēju no konstrukcijas.

Darbojas zemā temperatūrā

Ja sistēmu paredzēts darbināt ar ierobežotu ieejas kapacitāti līdz 35 pF un sasalšanas temperatūrā -20 grādiem C, tad var būt ieteicams samazināt barošanas spriegumu IC līdz aptuveni 2.8V. Tas savukārt samazina Vlicpc sprieguma darbības diapazonu, kura specifikācija ir no 0,6 V līdz VDD - 0,3 V.

Turklāt, samazinot Vucpc darbības diapazonu, ķēdes ieejas kapacitātes diapazons var samazināties proporcionāli.

Var arī pamanīt, ka, samazinoties temperatūrai, palielinoties Vucpc vērtībai, kā parādīts diagrammās, tas mums paskaidro, kāpēc atbilstoša barošanas sprieguma pazemināšana palīdz pazemināties temperatūrai.

Ieteicamās komponentu specifikācijas

6. un 7. tabulā ir norādīts ieteicamais komponentu vērtību diapazons, ko var atbilstoši izvēlēties atbilstoši vēlamajām lietojuma specifikācijām, atsaucoties uz iepriekš minētajām instrukcijām.

Atsauce: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8883.pdf