Сенсорный выключатель с индикацией для низковольтной нагрузки

Предлагаемый сенсорный коммутатор (СК) можно использовать как электронный тумблер с двухцветной индикацией для включения низковольтной нагрузки (3...9 В), а также как игрушку - тональный прерывистый сигнализатор.

Вместо механического тумблера включения питания потребуется лишь комплект из трех винтов (желательно с хромированными головками) на декоративной пластинке из диэлектрического материала.

Принципиальная схема

При одновременном касании сенсоров Е3 и Е2 (рис.1) напряжение батареи подается на нагрузку (активный зуммер BF1) и сопровождается включением на 0,5 с зеленого светодиода HL1.

Касание сенсоров Е1 и Е2 обесточивает нагрузку и индицируется красным светодиодом HL2 (на 1 с). Вместо активного зуммера можно включить другую нагрузку, например, реле, контакты которого будут управлять радиоприемником, охранным устройством и т.п.

СК отличается высокой экономичностью дежурного режима (ток-менее 0,1 мкА и сопоставим с током саморазряда элементов питания). Для достаточной яркости индикаторов в них применены светодиоды с повышенной световой отдачей.

СК состоит из:

  • RS-триггера на логических элементах DD1.1 и DD1.2 и элементов преобразования сигналов сенсорных датчиков E1-R1-C2-R3 и E3-R4-C3-R7 в логические уровни;
  • генератора прямоугольных импульсов частотой 0,6 Гц на элементах C8-R9-DD1.3-DD1.4;
  • ключа на полевом транзисторе VТ1;
  • нагрузки транзистора VТ1, состоящей из зуммера BF1 с конденсатором фильтра С10;
  • дифференцирующих цепочек С1-R2 и C5-R10;
  • одновибраторов (ждущих мультивибраторов) на C4-R5-R6-DD2.1 - DD2.2 и C9-R11-R12-DD2.3-DD2.4;
  • светодиодных индикаторов HL1-R8 и HL2-R13.

При установке элементов GB1 в батарейный отсек, за счет заряда конденсатора С2 через R1 на вход 1 DD1.1 через резистор R3 поступает короткий импульс отрицательной полярности (“0”).

На выходе 3 DD1.1 на это время появляется “Г (согласно логики работы элемента 2И-НЕ), которая подается на вход 5 DD1.2. Аналогичный импульс, но более короткий (емкость СЗ меньше емкости С2), через резистор R4 поступает на вход б DD1.2, и на выходе 4 DD1.2 - также “1”.

Принципиальная схема сенсорного переключателя

Рис. 1. ПРинципиальная схема сенсорного переключателя.

После окончания импульса на входе б DD1.2 на нем устанавливается “1". Учитывая “1” на входе 5, поскольку импульс на входе 1 DD1.1 еще не закончился, на выходе 4 DD1.2 появляется “0”.

Этот низкий уровень подается на вход 2 DD1.1 и поддерживает “1” на его выходе 3 после окончания импульса на входе 1, т.е. RS-триггер устанавливается в стартовое положение (на выходе 3 DD1.1 - “1”, а на выходе 4 DD1,2 - “О”). С выхода 4 DD1.2 “0” поступает на вход 9 элемента DD1.3, вместе с DD1.4 и С8, R9 образующего генератор импульсов. Генератор заторможен, на его выходе (выводе 11 DD1.4) - “0”. Поэтому транзистор VT1 закрыт, и нагрузка BF1 обесточена.

Активный зуммер BF1 молчит. Для включения СК следует пальцем замкнуть сенсорные контакты Е2 и ЕЗ (на вход б DD1.2 через кожу пальца и резистор R4 подается “О”).

Тогда RS-триггер устанавливается в другое устойчивое состояние, на выходе 4 DD1.2 появляется “1”, которая разрешает работу генератора. Генератор вырабатывает импульсы частотой 0,6 Гц (длительность импульсов примерно в два раза больше длительности пауз).

На затворе VТ1 каждые 1,6 с “1” сменяется “0”. Транзистор VТ1 при “1” на затворе открывается, сопротивление его канала резко уменьшается, и к зуммеру BF1 прикладывается практически все напряжение GB1. Зуммер сигналит (конденсатор СЮ улучшает работу зуммера).

Частота генератора определяется времязадающей цепочкой C8-R9 (для увеличения частоты номиналы С8 и R9 следует уменьшить, сопротивление R9 допустимо менять от 20 кОм до 5,1 МОм).

Печатная плата для сенсорного переключателя

Рис. 2. Печатная плата для сенсорного переключателя.

При включении СК на выходе 3 DD1.1 образуется отрицательный перепад напряжения, который диф-цепочка C1-R2 преобразует в короткий отрицательный импульс, запускающий одновибратор (ОВ) на элементах DD2.1 и DD2.2.

После запуска ОВ на его выходе (выводе 3 DD2.1) появляется положительный импульс длительностью 0,5 с, от которого зажигается зеленый светодиод HL1 (индикатор включения нагрузки).

Яркость свечения HL1 определяется величиной тока DD2.1 и сопротивлением R8. Выключение СК происходит при замыкании сенсорных контактов Е1 и Е2, то есть “0” подается на вход 1 DD1.1, триггер переключается обратно, и “0” с выхода 4 DD1.2 останавливает генератор.

Одновременно отрицательный перепад преобразуется дифцепочкой C5-R10 в короткий импульс, запускающий ОВ на DD2.3 и DD2.-4. После запуска ОВ на его выходе (выводе 10 DD2.3) появляется положительный импульс длительностью 1 с, который зажигает красный светодиод HL2 (индикатор выключения).

Длительность выходных импульсов одновибраторов можно в широких пределах изменять времязадающими цепочками R5-C4 и R11-C9 (при С9=10 мкФ, а R11 =10 МОм длительность выходного импульса ОВ составляет 90 с).

При необходимости чувствительность сенсорных датчиков можно затрубить, уменьшив сопротивления R1 и R7 с 10 МОм до 2...5 МОм (сопротивления должны быть одинаковыми).

При лабораторной проверке СК с применением сетевого блока питания или с подключенным сетевым измерительным прибором (например, осциллографом) чувствительность сенсорных контактов становится намного выше (достаточно касаться только одного из контактов - Е1 или ЕЗ, а не замыкать их с Е2).

Однако после настройки и работе СК от автономного источника питания для надежного срабатывания необходимо замыкать сенсорные контакты.

При отсутствии конденсатора с малым током утечки вместо С9 можно применить керамический конденсатор емкостью 0,68... 1 мкФ, а требуемую длительность выходного импульса ОВ установить подбором R11 в пределах 3...10 МОм. В СК применены резисторы ОМЛТ и С2-23.

Конденсаторы С7, С9, СЮ - оксидные, типа К50-35 или зарубежного производства, остальные - керамические, типа КМ или КЮ-7. Полевой транзистор VТ1 (максимальный ток стока - не более 1,4 А) - КП504А (с напряжением отсечки затвор-исток 0,6 В, что гарантирует работоспособность СК при снижении напряжения батареи до 1,4 В).

В принципе, можно использовать любой транзистор из серий КП501...КП505. Микросхема DD1 (К561ЛА7) заменяется зарубежной CD4011А или отечественной К561ТЛ1, DD2 (К561ТЛ1) - CD4093A.

Устройство собрано на печатной плате (рис.2), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм и размерами 51x36 мм.

Диаметр отверстий на печатной плате под микросхемы- 0,7...0,8 мм, под остальные радиоэлектронные компоненты - 0.8...1 мм, под соединительные проводники - 1 ...1,2 мм. Крепежные отверстия - 02,7 мм. Пайку радиоэлектронных компонентов следует вести низковольтным паяльником или сетевым с заземленным жалом.

А. Ознобихин, г. Иркутск. РМ-08-12.

Литература: 1. Радио, 1999, №7, с.50.

2 49 Электронные переключатели
сенсорное управление выключатель выключатель нагрузки электронный выключатель
Написать комментарий:

cashback