Самодельные сенсорные переключатели и электронные кнопки

Сенсорные устройства зарекомендовали себя надежно и неприхотливо в различных радиолюбительских «штучках». Они позволяют сберегать кнопки с механическими контактами и плоские клавиатуры и привносят в устройство некоторую оригинальность.

Применять сенсоры можно практически в любом электронном устройстве как прибор, коммутирующий каналы информации или какую-либо нагрузку.

Ограничение для сенсоров только одно- оно вытекает из физического объяснения работы системы. Сенсоры бесполезны в лесах, на природе и вдали от электрических коммуникаций, иногда ненадежно работают в поселках в домах с земляным полом.

Ведь сенсор улавливает наведенное в теле человека небольшое переменное напряжение 0,05...0,5 В от находящихся рядом проводов электросетей.

Если заземлить человека одновременно с касанием сенсорного контакта намеренно или случайно взяться за токопроводящую водопроводную коммуникацию, то эффекта от электрических наводок также не будет, все они уйдут «в землю». Далее рассмотрим два разных схемных решения, объединенных эффектом сенсора.

Схема сенсорного переключателя

На рисунке 1 представлена схема сенсорного триггера с двумя сенсорами, иными словами сенсорное реле. Рассмотрим работу схемы на примере блока 1 (блок 2 аналогичен блоку 1).

С помощью коаксиального кабеля от телевизионной антенны конденсатор С1 подключают к небольшой токопроводящей площадке F1, с максимальными размерами 60x60 мм.

Длина коаксиального соединения может достигать 1 м. Экран кабеля подключают к общему проводу. Конденсатор С1 пропускает сетевые наводки от тела человека с частотой 50 Гц.

Принципиальная схема  сенсорного переключателя с двумя кнопками

Рис. 1. Принципиальная схема  сенсорного переключателя с двумя кнопками.

Диоды VD1, VD2 выпрямляют переменное напряжение наводок и через ограничивающий резистор R1 оно поступает на вход первого инвертора. Полевые транзисторы на входе логического элемента обладают высокой чувствительностью и кроме инверсии сигнала еще и усиливают его.

Резистор R2 необходим для нейтрализации ложных срабатываний от помех из-за колебания входных токов элемента D1.1. На выходе элемента импульсный сигнал свободно проходит через конденсатор С2 (гальваническую развязку) и уже имеет форму меандра сетевой частоты, который детектируется диодами VD3, VD4 и сглаживается конденсатором C3.

Далее фронт импульса (при касании сенсора) усиливается и дважды инвертируется логическими элементами D1.2, D1.3. С вывод 8 микросхемы К561ЛА7 фронт импульса проходит через диод развязки VD6 и управляет триггером Шмитта на элементе D2.1.

Элемент D2.1 находится в состоянии ожидания за счет делителя напряжения R4R5. Низкий логический уровень, поданный на вход D2.1 через диод VD7 от блока 2, переключит элемент (на его выходе появится и будет удерживаться состояние высокого логического уровня) - транзисторный ключ откроется, включит реле.

Оно своими контактами коммутирует маломощную нагрузку. Высокий логический уровень, поступивший на вход триггера Шмитта через диод VD6 от блока 1, перебросит триггер в другое устойчивое состояние, транзисторный ключ на VT1 закроется и реле отключит нагрузку.

Диод VD5 препятствует броскам обратного напряжения при коммутации реле, защищая транзистор. Напряжение питания схемы может варьироваться от +5 до +15 В.

При максимальных значениях напряжения питания чувствительность сенсорного устройства уменьшается, поэтому необходимо точнее подобрать значения элементов R1, R2, R3 и конденсаторов С1, С2.

Наилучшие результаты получены при эксплуатации схемы с питающим стабилизированным напряжением в интервале +5...+8 В. Исполнительное реле также следует подбирать исходя из питающего напряжения схемы.

Чувствительный сенсор

На рисунке 2 представлена очень чувствительная сенсорная схема, реагирующая на прикосновение человека к сенсорной пластине Е1 даже через перчатки или одежду.

Схема простого самодельного сенсорного переключателя с высокой чувствительностью на 555

Рис. 2. Схема простого самодельного сенсорного переключателя с высокой чувствительностью на 555.

В схеме предусмотрены регулировки чувствительности (переменный резистор R4) и задержки срабатывания (переменный резистор R1). Популярная микросхема DA1 КР1006ВИ1 включена по стандартной схеме.

После воздействия на сенсор через 2...10 с (задержка определяется значениями элементов времязадающей цепи R1R2C1) на выводе 3 появляется исходный низкий уровень напряжения.

Транзистор VT1 закрывается, но не выключает реле, так как используется тиристор VS1 в ключевом режиме. Реле будет находиться во включенном состоянии до тех пор, пока не будет (хотя бы кратковременно) нарушена цепь питания схемы переключателем S1.

Контакты реле К1 коммутируют цепь маломощной нагрузки. Схему можно использовать универсально - как сигнальное устройство или устройство управления любой маломощной активной нагрузкой.

Резистор R4 исключать из схемы нельзя, так как без него устройство работает ненадежно. Он задает смещение тиристору и тем самым регулирует его порог срабатывания.

Если все элементы схемы правее точки А (по схеме) исключить, то получится надежный сенсорный узел, где выход DA1 (вывод 3) будет способен управлять любыми электронными устройствами. Размах управляющего напряжения в этом случае составит 2/3 напряжения питания.

Сенсорный модуль на К1564ТЛ2

На рисунке 3 показана схема простого сенсора на микросхеме К1564ТЛ2 с передаточной характеристикой триггеров Шмитта. Касание сенсоров Е1 и Е2 вызывает устойчивое состояние соответственно высокого (лог. 1) и низкого (лог. 0) логического уровня на выходе элемента D1.1 (вывод 2).

Принципиальная схема простого сенсора на микросхеме К1564ТЛ2

Рис. 3. Принципиальная схема простого сенсора на микросхеме К1564ТЛ2.

 При замыкании токопроводящим предметом (например, пальцем) сенсора подается лог. 0 на один из входов триггера. При одновременном замыкании обоих сенсоров система остается в первоначальном состоянии.

Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов - Радиолюбителям схемы, 2008.

3 4148 Элементы управления
сенсор переключатель
Комментарии (3):
#1 Александр Апрель 25 2012
0

Здравствуйте.Собрал вашу схему правда на NE555N. Подскажите почему светодиод постоянно открыт на выходе 3 всегда сигнал и на сенсор не реагирует.

Схема сенсорного переключателя на NE555

#2 root Апрель 26 2012
+2

Попробуй для начала вот что:

  • сделать все провода в схеме максимально короткими
  • отсоединить от вывода 2 сенсор и через резистор 1кОм заземлить/повесить на + питания, посмотреть как изменится напряжение на выводе 3
  • поэкспериментировать с резистором R1, который задает длительность срабатывания схемы после касания сенсора.

Возможные причины неработоспособности схемы:

  • Слишком длинные провода, много помех, а поскольку чувствительность очень высокая то схема перевозбуждается и поэтому на выводе 3 постоянно присутствует сигнал.
  • Как я уже говорил, схема очень чувствительная, сенсор возможно что реагирует даже на поднесение к нему руки на расстоянии 30 см, чувствительность срабатывания ключа на транзисторе VT1 можно попробовать изменить резистором R2.
  • Попробуй уменьшить габариты сенсора, используй в его качестве кусочек провода длинной несколько сантиметров.
  • При монтаже или пайке возможно была подпалена или перегрета микросхема, она очень боится статики и перегрева. Микросхему заменить на новую и аккуратно заземленным паяльником (желательно с заземленным браслетом на руке) припаять в схему.
  • Очень важно для данной схемы качественное питание, если ты подключаешь схему к сетевому блоку питания, то попробуй подключить ее к батарее и посмотреть что получится, возможно на работу схемы влияют помехи по питанию.

Осветил некоторые моменты, думаю для начала хватит. Из своего опыта могу сказать что когда игрался с сенсорами на микросхемах 561ЛА7 то заметил то что они чрезвычайно чувствительны, долго экспериментировал на макетной панели чтобы довести до толку, пока не понял что монтажные провода очень длинные, укоротил все до минимума - схема заработала более-менее стабильно.

Подключал схему к батарее из 4х пальчиков по 1.5В = 6В(для 561 серии микросхем хватит). Сенсор оказался очень чувствительным, насколько помню использовал 2 элемента микросхемы, а на выходе для контроля - светодиод с гасящим резистором. Был даже момент когда сенсор реагировал на приближение руки на расстоянии более 50см, а также на разные электромагнитные помехи.

Краткий итог: нужно экспериментировать!

#3 Александр Апрель 26 2012
+1

Спасибо, укоротил провода к питанию всё заработало.

Написать комментарий:

cashback