Сенсорная кнопка схема: Урок 3. TTP223 сенсорная кнопка схема подключения к Arduino

Сенсорные кнопки? – с решениями от STM еще проще!

30 ноября 2011

Не секрет, что одна из частых причин выхода из строя устройства или установки — механические повреждения. Причем речь идет даже не о поврежденных корпусах, разбитых экранах, трещинах печатных плат. Поломка может быть еще меньше — не работает кнопка. Причин этому может быть много — залипли или окислились контакты, ослабла пружинка, заполз жучок, стерлись токопроводящие части контакта, и там далее. Результат один — необходим ремонт. Хорошо, если такое произошло с чем-то не особо важным, например пультом от телевизора (хотя, если мы ждем ответственного матча любимой команды, и это покажется очень важным), а если от работы прибора зависит работа предприятия, то это — простои, потеря времени и возможной прибыли. Наличие подвижных деталей, особенно мелких, вносит дополнительный вклад в вероятность отказа прибора или сбоя.

Решение, конечно же, существует и известно давно — сенсорные кнопки. В отличие от обычных в них нет механических частей, ломаться просто нечему. А сами контакты сенсорных кнопок можно достаточно хорошо защитить от внешних воздействий, и более простыми способами, чем это возможно для механических кнопок. В качестве лирического отступления упомянем автоматизированный город Диаспар из романа «Город и звезды» Артура Кларка — его исполнительные механизмы и устройства взаимодействия с людьми не имели подвижных частей.

Плюсы и минусы сенсорных кнопок

Преимущества сенсорных кнопок можно перечислять долго. Остановимся на основных:

• долговечность- срок эксплуатации определяется фактически целостностью печатной платы и временем функционирования обработчика событий кнопки;
• повышенная защищенность от внешних воздействий- сенсорные кнопки намного проще защитить от действия пыли, влаги, масла;
• вандалостойкость- нечего сжигать или выламывать;
• возможность работы в условиях низкой освещенности — подсветку сенсорной кнопки реализовать проще, чем обычной [9].

Однако преимущества несколько нивелируются несколько большей сложностью сенсорных кнопок — возникает ряд требований к разводке печатной платы, форме сенсорных контактов, обработке сигналов с кнопки. Перечисленные причины приводят к повышению затрат на этапе разработки — появление дополнительных элементов схемы (и, как следствие, увеличение потребляемой мощности), подготовка разводки печатной платы (расчет формы и взаимного расположения электродов), программное обеспечение (дополнительное время на разработку и отладку проекта), в некоторых случаях — предварительное макетирование изделия.

Способы реализации сенсорных датчиков

Чаще всего сенсорные кнопки — емкостные: отслеживается изменение емкости в контуре генератора или мультивибратора. Такой вариант требует меньше дискретных элементов, чем, скажем, вариант с инфракрасной подсветкой, работающий на отражение.

Основные технологии емкостных сенсорных кнопок заключаются в следующем [1].

Измерение времени заряда/разряда RC-цепочки — при касании в чувствительной зоне кнопки (чаще всего касание одного из электродов) изменяется емкость, соответственно изменяется постоянная времени цепочки, что и регистрируется контролирующей схемой.

Опрос кнопки путем измерения времени заряда измерительного конденсатора разрядом конденсатора, образованного сенсорной кнопкой — так называемый опрос путем переноса заряда. В этом случае конденсатор сенсорной кнопки периодически заряжается, а его разряд происходит на другой конденсатор (измерительный), и замеряется время его заряда до определенного напряжения. При касании кнопки ее емкость увеличивается (накапливается больший заряд), и заряд измерительного конденсатора происходит за меньшее время.  

Реализация сенсорной кнопки за счет изменения поверхностной емкости. Емкость кнопки изменяется при приближении пальца близко к ее поверхности за счет дополнительной емкости:

• до земли через тело человека;
• емкости между человеческой рукой и устройством;
• емкости между телом человека и печатной платой устройства (наподобие антенны).

Проекционная емкость — за счет прикосновения изменяется диэлектрическая проницаемость, соответственно изменяется общая емкость.

В качестве модификации методов переноса заряда и проекционной емкости можно указать технологию ProxSence^TM, реализующую эти методы с помощью специализированных схемных решений, выполненных в виде IP-ядер.

Для корректной реализации сенсорных элементов управления необходимо следовать рекомендациям по форме и размеру электродов емкостного сенсора, расположению проводников и общего провода на печатной плате. Ошибки приводят к потере чувствительности сенсорной кнопки, влиянию на работу кнопки других сигнальных проводников схемы. Часто встречающиеся формы и типовые размеры электродов сенсорных кнопок представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Примерная форма и размеры электродов для сенсорных кнопок

Интересным моментом является возможность реализации в виде сенсорных элементов таких элементов управления, как полосы прокрутки (слайдеры), колеса (вращатели, роторы). Различают полосы прокрутки и колеса с прямыми электродами и с перекрывающимися электродами (рисунки 2а-в и 3а-в). Перекрывающиеся электроды позволяют получить более плавную реакцию, но взамен, для большей чувствительности, требуется применение опроса по методу переноса заряда.

Рис. 2. Примерная форма электродов для сенсорных слайдеров (линий прокрутки)

Рис. 3. Примерная форма электродов для сенсорных колес прокрутки

При разработке устройства с сенсорными кнопками разработчику приходится решать вопрос о способе их реализации — 1) на дискретных логических элементах, 2) при помощи специализированных микросхем, 3) используя внешние выводы микроконтроллера с соответствующей программной поддержкой.

Вариант с дискретными логическими элементами можно исключить сразу, так как это ведет к неоправданному увеличению места на печатной плате, дополнительному потреблению энергии, к увеличению времени на расчеты и отладку при весьма сомнительной стабильности работы. В настоящее время такое решение можно рассматривать в качестве радиолюбительской поделки.

Применение специализированных микросхем — аппаратных драйверов сенсорных кнопок — даст намного более стабильную работу при минимальных затратах на программную поддержку. Принятие такого решения обусловлено занимаемой площадью, потребляемой мощностью и ценой.

Контроллер в качестве драйвера сенсорных кнопок представляется самым экономичным решением — основные проблемы будут заключаться в программном обеспечении при условии, что вычислительных ресурсов контроллера хватит для выполнения основных задач.

Аппаратные решения STM для сенсорных кнопок

STMicroelectronics предлагает и специализированные аппаратные драйверы, и программную поддержку в виде библиотек с открытым кодом. Более того, некоторые контроллеры имеют встроенный аппаратный драйвер сенсорных кнопок.

В семействах продуктов STM8 и STM32 STMicroelectronics поддерживается практически любой из описанных выше принципов опроса емкостных сенсорных кнопок:

• измерение постоянной времени RC-цепочки- семейства STM8S и STM8L:

• опрос на основе переноса заряда- STM8L и STM32L;

• реакция на изменение поверхностной емкости с технологией ProxSense^TM— семейство STM8T14x;

• изменение проекционной емкости с технологией ProxSense^TM— семейство STM8T850xx.

Кроме того, STM32TS60 поддерживает работу с резистивными сенсорными кнопками.

Рассмотрим предлагаемые решения более подробно.

В 8-битных контроллерах поддержка сенсорных кнопок (или тач-приложений) начинается с семейства STM8S [2, 3], для которого существует свободно распространяемая библиотека для тач-приложений — STM8-Touch-lib. В случае с STM8S основа реализации — программная обработка событий на внешних выводах контроллера на основе метода измерения постоянной времени RC-цепочки (рисунок 4).

Рис. 4. Способ подключения сенсорных кнопок при опросе по методу переноса заряда

Более интересным вариантом может стать решение на базе семейства низкопотребляющих контроллеров с ядром STM8 — STM8L, имеющего аппаратный драйвер емкостных сенсорных кнопок, работающий по принципу переноса заряда. Для STM8L также предлагается версия библиотеки STM8-Touch-lib, обеспечивающая управление сенсорными кнопками (простые кнопки, линии прокрутки, колеса прокрутки), обработку событий, фильтрацию шума и компенсацию влияния внешнего окружения. STM8L может обслуживать до 16 сенсорных кнопок, что для большинства приложений более чем достаточно. В дополнение к драйверу кнопок ряд линеек продукции данного семейства имеют встроенный контроллер ЖК-дисплея — таким образом, получается комплексное, компактное и энергоэффективное решение (рисунок 5).

Рис. 5. Пример подключения сенсорных кнопок к контроллерам STM8L/STM32L

Аналогичная поддержка емкостных сенсорных кнопок присутствует и в серии STM8AL семейства контроллеров STM8A, ориентированных на автомобильное применение.

Для одиночных кнопок во многих случаях может подойти аппаратный драйвер на основе переноса заряда с технологией ProxSense^TM — STM8T14x, выпускаемый в компактных корпусах UFDFPN8 (3 x 2 x 0,6 мм) и SO8. Данный драйвер помимо прямой функции отслеживания нажатия/касания может выступать датчиком приближения (начиная с расстояния примерно 20 см).

STM8T14x [4] имеет уникальные возможности для оптимизации чувствительности, компенсации паразитных емкостей и компенсации влияния электромагнитных наводок. STM8T14x имеет в своем составе несколько встроенных измерительных емкостей и схему компенсации паразитной емкости электрода (electrode parasitic capacitance compensation circuitry — EPCC). EPCC автоматически компенсирует влияние возникающей паразитной емкости от заземленных панелей прибора, печатных проводников, больших металлических объектов вблизи сенсорной кнопки, которые в обычных условиях приводят к существенному снижению чувствительности сенсора. Специализированный алгоритм автоматической настройки электрода оптимизирует параметры системы путем выбора наиболее подходящей измерительной емкости и параметров схемы компенсации EPCC.

Микросхема STM8T142 имеет два раздельных выхода, один из которых сигнализирует о касании сенсора, второй выдает сигнал, сигнализирующий о приближении пальца или руки пользователя к сенсору (в STM8T141 эти выводы совмещены). Всего обеспечивается восемь уровней чувствительности к касанию и четыре — к степени приближения. Для меньшей зависимости от наводок по питанию, генерируемых остальными частями схемы, в STM8T14x интегрирован собственный стабилизатор напряжения. Микросхема имеет широкий диапазон питающих напряжений — от 2 до 5,5 В при токах потребления в активном режиме 30…50 мкА/МГц. Режимы низкого энергопотребления обеспечивают токи всего 9…12 мкА, что особенно важно для приложений с автономным питанием.

Варианты включения STM8T14x (рисунок 6а,б) допускают расположение сенсорных кнопок на отдельной печатной плате.

Рис. 6. Способы подключения сенсорной кнопки к аппаратному драйверу
а) напрямую и б) на отдельной плате

Для работы с большим количеством сенсорных кнопок идеально подойдет новая серия контроллеров с ультранизким потреблением — STM8T850xx [5] (рисунок 7). Построенные на базе ядра STM8 микроконтроллеры STM8T850xx способны контролировать до 300 сенсорных кнопок. Опрос кнопок производится по методу изменения проекционной емкости, то есть емкости между двумя электродами, расположенными либо на некотором расстоянии друг от друга, либо на разных слоях печатной платы (или по разные стороны от диэлектрической подложки). В основе метода — продвинутая технология ProxSense^TM, реализованная в виде отдельного периферийного модуля, автоматизирующего опрос кнопок и обработку их сигналов. Микроконтроллеры идеальны для систем с батарейным или аккумуляторным питанием благодаря низкому потреблению в активном режиме — менее 150 мкА/МГц, наличию энергосберегающих режимов — менее 0,8 мкА при сохранении контроля за состоянием кнопок, широкому диапазону напряжения питания — от 1,65 до 3,6 В.

Рис. 7. Подключение сенсорных кнопок к контроллеру STM8T850xx

Обладающие богатым набором периферии мощные (1,25 DMIPS/МГц) 32-битные контроллеры серии STM32TS [7] с новым популярным процессорным ядром ARM-Cortex-M3 имеют встроенную поддержку резистивных сенсорных панелей с разрешением до 81 х 64 линий. В STM32TS присутствуют два специализированных модуля для работы с тач-панелями — сканер PMatrix scaning engine (PMSE) и детектор активных областей PMatrix area detection (PMAD).

Сканер PMSE способен автоматически контролировать линии ввода-вывода, ответственные за строки и столбцы панели, и генерировать сигнал АЦП и детектору активных областей PMAD, снижая тем самым нагрузку на центральный процессор (рисунок 8). Сканер сочетает в себе возможность работы на высоких частотах сканирования (до 250 кГц) с режимами экономии энергии (нормальный, быстрое сканирование, режим ожидания).

Рис. 8. Структурная схема подключения контроллера STM32TS60 к сенсорному экрану

PMAD, работая совместно с PMSE, возвращает информацию о нажатых областях сенсорной панели. И PMSE, и PMAD могут управляться непосредственно контроллером прямого доступа в память, увеличивая общее быстродействие системы.

Любой контроллер серии STM32L [3, 6] благодаря библиотеке STM32 Touch-Sensing Library может работать с емкостными сенсорами, включая кнопки, полосы и колеса прокрутки. Добавьте к нему всю вычислительную мощь процессорного ядра ARM-Cortex-M3, и устройство на его основе получит уникальные возможности.

Основные параметры микросхем для сенсорных приложений представлены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры контроллеров и аппаратных драйверов STMicroelectronics для тач-приложений  

Параметр/Наименование	STM8S	STM8L	STM8T14х	STM8T850xx	STM32L	STM32TS60
Тип	8-бит контроллер с ядром STM8	8-бит контроллер с ядром STM8	Аппаратный драйвер	8-бит контроллер с ядром STM8	32-бит контроллер с ядром ARM-Cortex-M3	32-бит контроллер с ядром ARM-Cortex-M3
Поддерживаемая технология опроса	RC	RC, CT	CT	PC	CT	Резистивная матрица
Количество тач-кнопок	до 24 кнопок + 2 слайдера	RC – до 24 кнопок + 2 слайдера; CT – до 16 кнопок + 2 слайдера	1	до 300 кнопок (до 20 рядов с 15 чувствительными каналами)	до 19 кнопок + 2 слайдера	матрицы с разрешением до 81 х 64 линий
Потребляемый ток (в режиме низкого энергопотребления)	150 мкА/МГц (5…15 мкА)	200 мкА/МГц (0,4…5 мкА)	30…50 мкА (9…11 мкА)	150 мкА/МГц (0,4…1 мкА)	230 мкА/МГц (0,27…9 мкА)	230 мкА/МГц (0,3…9 мкА)
Напряжение питания, В	1,65…5,5	2,95…3,6	2,0…5,5	1,65…3,6	1,65…3,6	2,4…3,6
Производительность	До 24 MIPS	До 16 MIPS	–	До 16 MIPS	До 1,25 DMIPS/МГц	До 1,25 DMIPS/МГц
RC – опрос по методу измерения постоянной времени RC-цепочки; CT – работа основана на методе переноса заряда; PC – работа прибора на основе отслеживания межэлектродной емкости (проекционной).

Библиотеки STM8/STM32 Touch-Sensing Library

Свободно предоставляемые библиотеки STM8/STM32 Touch-Sensing Library существенно упрощают реализацию сенсорных приложений на основе контроллеров STM8/32 [8]. Библиотеки позволяют организовывать не только опрос емкостных сенсоров, но и реализуют обработку сигналов с целью снижения влияния внешних помех и повышения стабильности работы.

Библиотеки STM8/STM32 Touch-Sensing Library предоставляется в виде открытых исходных кодов на языке С, совместимых со всеми популярными компиляторами (MISRA, Cosmic, IAR, Raisonance C) с примерами использования. Структура библиотек для 8- и 32-битных контроллеров практически идентична — набор высокоуровневых функций для взаимодействия с прикладными программами, набор вспомогательных сервисов, драйвера устройств, специфичные для каждого из семейств контроллеров, и ядро библиотеки, отвечающее за обработку информации от сенсорных кнопок, калибровку, фильтрацию сигналов, отслеживание изменения окружения.

Кроме опроса емкостной кнопки в библиотеке предусмотрены алгоритмы обработки сигнала, позволяющие компенсировать негативное влияние таких факторов, как температура, внешнее окружение, изменения напряжения питания.

Ядром библиотеки являются два конечных автомата — центральный автомат, управляющий последовательностью выполнения действий, и автомат тач-кнопки, отслеживающий изменения ее состояния, копия которого запускается для каждой из установленных кнопок.

С точки зрения прикладного программиста работа с библиотекой состоит в инициализации и вызове необходимых функций (рисунок 9). Приятным моментом является тот факт, что за исключением уровня драйверов, имена функций и способы их вызова совпадают для 8- и 32-битной версии, что упрощает миграцию приложений между этими платформами.

Рис. 9. Структура библиотек STM8/STM32 Touch-Sensing Library

Библиотека STM8 Touch-Sensing Library для 8-битных контроллеров STM8 позволяет использовать их линии ввода-вывода для работы с сенсорными кнопками при минимальном количестве внешних компонент и затратах памяти. Опрос кнопки реализуется либо по измерению постоянной времени RC-цепочки (до 24 кнопок и двух линий или колес прокрутки), или по принципу переноса заряда (до 16 кнопок и двух линий или колес прокрутки). Опрос по первому методу доступен для любого контроллера STM8 или STM8L, тогда как метод переноса заряда требует наличия в контроллере специального модуля и в настоящее время реализуем для серий STM8L101x и STM8L15x.

Программисту доступны функции опроса, фильтрации, калибровки, позволяющие довольно просто оптимизировать работу сенсорных приложений в совершенно различных условиях. Так, располагая всего тремя чувствительными емкостными каналами, можно получить разрешение полосы прокрутки (или колеса прокрутки) в 8 бит — 256 уровней, и это всего лишь на 8-битном ядре при сохранении возможности контроллера работать с другими периферийными устройствами, такими как светодиодные индикаторы, ЖК-дисплеи, работа с коммуникационными интерфейсами!

Для устройств серии STM8L15x возможна поддержка как программного опроса по методу переноса заряда, так и инициализация библиотеки с поддержкой аппаратного опроса.

Для STM32 поддерживаемым методом работы с емкостными сенсорами является метод на основе переноса заряда и реализуется на контроллерах семейства STM32L.

Заключение

Как мы видим, решения STMicroelectronics охватывают практически весь спектр возможных сенсорных приложений, от отдельных кнопок и небольших клавиатур до полнофункциональных терминалов с полной клавиатурой [5,9]. Кроме решений для емкостных сенсорных кнопок компания STMicroelectronics предлагает спектр решений для резистивных экранов.

Для различных задач возможен выбор между чисто аппаратными, программными, и программно-аппаратными решениями [9]. Возможно создание устройств для работы с внешними управляющими контроллерами и автономных полнофункциональных устройств, сочетающих в себе и контроль за сенсорной клавиатурой и выполнение медиа-приложений с продвинутым пользовательским интерфейсом и графическими возможностями. Предлагаемые программные решения существенно упрощают разработку программного обеспечения, уменьшая время выхода продукта на рынок. Дополнительно возможна миграция программного обеспечения на уровне исходных текстов между 8- и 32-битными системами.

Литература

1. Guidelines for designing touch sensing applications// http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00222015.pdf.

2. STM8 product families// http://www.st.com/internet/com/SALES_AND_MARKETING_RESOURCES/MARKETING_COMMUNICATION/MARKETING_BROCHURE/brstm8.pdf.

3. STM32L and STM8 MCU families// http://www.st.com/internet/com/SALES_AND_MARKETING_RESOURCES/MARKETING_COMMUNICATION/MARKETING_BROCHURE/brulp.pdf.

4. Single-channel capacitive sensor for touch or proximity detection with shielded sensing electrode// http://www. st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00234616.pdf.

5. 8-bit ultralow power touch sensing microcontroller with 16 Kbytes Flash, ProxSenseTM, timers, USART, SPI, I²C// http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATA_BRIEF/DM00028187.pdf.

6. Ultralow power ARM-based 32-bit MCU with up to 128 KB Flash, RTC, LCD, USB, USART, I²C, SPI, timers, ADC, DAC, comparators// http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATASHEET/CD00277537.pdf.

7. STM32TS60// http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATA_BRIEF/CD00259761.pdf.

8. STM8 touch sensing library// http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/DATA_BRIEF/CD00284216.pdf.

9. Андрей Никитин. Современные сенсорные интерфейсы на основе датчиков S-Touch компании ST Microelectronics. //Новости Электроники. 2010. №1. С. 14 — 17.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: [email protected]

Новое ПО для интеллектуального электропривода от STMicro

Компания STMicroelecronics предлагает разработчикам дополнительный инструментарий для управления трехфазными электродвигателями на основе популярного семейства микроконтроллеров STM32F.

Новое программное обеспечение позволяет упростить процесс и повысить скорость разработки энергоэффективных интеллектуальных электроприводов для таких приложений как промышленная автоматика, бытовая электротехника, системы кондиционирования воздуха.

Семейство микроконтроллеров STM32 имеет расширенную периферию для управления электродвигателями и готовое бесплатное программное обеспечение и библиотеки для создания интеллектуальных драйверов.

Обновленная библиотека управления электродвигателями STM32 FOC PMSM SDK v3. 0 теперь поддерживает младшую недорогую линейку микроконтроллеров STM32F100хх «Value Line», что позволяет создавать оптимизированные по ценовому критерию системы. На основе линейки STM32F103хх «Performance Line» с объемами флеш-памяти более 256 кБ теперь можно управлять сразу двумя двигателями, что также может быть актуальным в критичных по цене приложениях.

При использовании библиотеки разработчики могут быстро конфигурировать микроконтроллер для управления трехфазными электродвигателями PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motors), используя алгоритм FOC (Field Oriented Control) для эффективного управления. Функциональность библиотеки обеспечивает управление крутящим моментом и контроль скорости с возможностью переключения режимов «на лету». Дополнительным свойством библиотеки является запатентованный алгоритм измерения тока на одном шунте.

STMicroelectronics предоставляет программное обеспечение MC Workbench v1. 0.2 — графический инструментарий для конфигурации библиотеки управления электродвигателями, упрощающий задачу построения системы. Для управления электроприводом предлагается оценочный набор STM3210B-MCKIT на основе линейки микроконтроллеров STM32F103xx «Performance Line».

•••

сенсорная кнопка выхода с ресурсом до 500 000 циклов срабатывания

7 лучших схем сенсорных переключателей

В посте подробно описаны 8 простых способов создания цепей сенсорных сенсорных переключателей в домашних условиях, которые можно использовать для включения и выключения приборов на 220 В простым касанием пальца. Первый представляет собой простой сенсорный переключатель с использованием одной микросхемы IC 4017, второй использует микросхему триггера Шмидта, третий работает с конструкцией на основе триггера, а еще один использует микросхему M668. Изучим процедуры подробно.

1) Использование микросхемы 4017 для активации сенсорного реле

Ссылаясь на приведенную ниже принципиальную схему для предлагаемой первой простой схемы реле, активируемой касанием, мы можем видеть, что вся конструкция построена вокруг микросхемы IC 4017, которая представляет собой 10-ступенчатую микросхему делителя декадного счетчика Джонсона.

IC в основном состоит из 10 выходов, начиная с вывода № 3 и случайным образом заканчивая выводом № 11, что составляет 10 выходов, которые предназначены для создания последовательности или сдвига высокой логики на этих выходных контактах в ответ на каждый приложенный положительный импульс. на выводе №14.

Последовательность не обязательно должна заканчиваться на последнем выводе № 11, вместо этого может быть назначена остановка на любом желаемом промежуточном выводе и возврат к первому выводу № 3, чтобы начать цикл заново.

Это просто сделать, соединив вывод конечной последовательности с выводом сброса № 15 микросхемы. Это гарантирует, что всякий раз, когда последовательность достигает этой цоколевки, цикл здесь останавливается и возвращается к пину №3, который является начальным выводом для включения повторного цикла последовательности в том же порядке.

Например, в нашей конструкции контакт № 4, который является третьим выводом в последовательности, можно увидеть прикрепленным к контакту № 15 микросхемы, что означает, что последовательность переходит от контакта № 3 к следующему выводу № 2, а затем к контакт № 4, он мгновенно возвращается или переключается обратно на контакт № 3, чтобы снова включить цикл.

Как это работает

Этот цикл вызывается прикосновением к указанной сенсорной пластине, что вызывает появление положительного импульса на выводе № 14 микросхемы при каждом касании.

Предположим, что при включении питания высокая логика находится на выводе № 3, этот вывод никуда не подключен и не используется, а вывод № 2 можно увидеть подключенным к каскаду управления реле, поэтому в этот момент реле остается выключенным. .

Как только коснитесь сенсорной панели, положительный импульс на контакте № 14 микросхемы переключает выходную последовательность, которая теперь перескакивает с контакта № 3 на контакт № 2, позволяя реле включиться.

В этой точке положение фиксируется, реле находится во включенном положении, а подключенная нагрузка активирована.

Однако, как только сенсорная панель снова коснется, последовательность принудительно переходит от контакта № 2 к контакту № 4, что, в свою очередь, побуждает ИС вернуть логику обратно к контакту № 3, отключив реле и нагрузки и переводит микросхему обратно в режим ожидания.

Модифицированная конструкция

Вышеупомянутая бистабильная схема триггера с сенсорным управлением может показывать некоторые колебания в ответ на касание пальцем, что приводит к дребезгу реле. Чтобы устранить эту проблему, схема должна быть изменена, как показано на следующей схеме.

Или вы также можете следовать схеме, которая показана в видео.

2) Схема сенсорного переключателя с использованием IC 4093

Эта вторая конструкция представляет собой еще один точный сенсорный переключатель, который может быть построен с использованием одной IC 409.3 и несколько других пассивных компонентов. Показанная схема чрезвычайно точна и отказоустойчива.

Схема в основном представляет собой триггер, который может запускаться касанием пальцев вручную.

Использование триггера Шмитта

IC 4093 представляет собой четырехканальный логический элемент И-НЕ с двумя входами и триггером Шмидта. Здесь мы используем все четыре вентиля из ИС для предполагаемой цели.

Как работает схема

Глядя на рисунок, схему можно понять по следующим пунктам:

Все логические элементы микросхемы в основном сконфигурированы как инверторы, и любая входная логика преобразуется в противоположную сигнальную логику на соответствующих выходах.

Первые два затвора N1 и N2 выполнены в виде защелки, резистор R1, идущий от выхода N2 к входу N1, становится ответственным за требуемое действие защелки.

Транзистор T1 представляет собой транзистор Дарлингтона с высоким коэффициентом усиления, который был встроен для усиления мельчайших сигналов от прикосновений пальцев.

Первоначально, когда питание включено из-за конденсатора C1 на входе N1, логика на входе N1 подтягивается к потенциалу земли, защелкивая систему обратной связи N1 и N2, при этом этот вход создает отрицательную логику на выходе N2 .

Таким образом, ступень привода выходного реле становится неактивной при первоначальном включении питания. Теперь предположим, что к базе T1 прикасаются пальцем, транзистор мгновенно открывается, вызывая высокий логический уровень на входе N1 через C2, D2.

C2 мгновенно заряжается и блокирует дальнейшие неисправные триггеры от прикосновения, следя за тем, чтобы эффект устранения дребезга не мешал работе.

Вышеупомянутый высокий логический уровень мгновенно меняет состояние N1/N2, которое теперь фиксируется, создавая положительное значение на выходе, запуская ступень релейного привода и соответствующую нагрузку.

Пока операция выглядит довольно просто, однако теперь следующее касание пальца должно заставить схему разрушиться и вернуться в исходное положение, и для реализации этой функции используется N4, и его роль становится действительно интересной.

После того, как выполнено вышеуказанное срабатывание, C3 постепенно заряжается (в течение секунд), приводя к низкому логическому уровню на соответствующем входе N3, а другой вход N3 уже удерживается на низком логическом уровне через резистор R2, который подключен к земля. Теперь N3 находится в идеальном режиме ожидания, «ожидая» следующего касания на входе.

Теперь предположим, что очередное последующее касание пальцем производится на входе T1, на входе N1 через C2 срабатывает еще один положительный триггер, однако это не оказывает никакого влияния на N1 и N2, так как они уже защелкиваются в ответ на ранее введенный положительный триггер.

Теперь второй вход N3, который также подключен к приему входного триггера через C2, мгновенно получает положительный импульс на подключенном входе.

В этот момент оба входа N3 становятся высокими. Это генерирует низкий логический уровень на выходе N3. Этот низкий логический уровень немедленно заземляет вход N1 через диод D2, нарушая положение защелки N1 и N2. Это приводит к тому, что выход N2 становится низким, отключая драйвер реле и соответствующую нагрузку. Мы вернулись в исходное состояние, и теперь схема ожидает следующего касания, чтобы повторить цикл.

Список деталей

Детали, необходимые для изготовления простой схемы сенсорного переключателя ВКЛ/ВЫКЛ.

• R1, R2 = 100K,
• R6 = 1K
• R3, R5 = 2M2,
• R4 = 10K,
• C1 = 100uF/25V
• C2, C3 = 0.22uF
• D1, D2, D3 = 1N4148,
• N1—N4 = IC 4093,
• T1 = 8050,
• T2 = BC547
• Реле = 12 В, SPDT

Вышеупомянутая конструкция может быть дополнительно упрощена с помощью пары вентилей NAND. , и цепь реле ON OFF. Весь дизайн можно увидеть на следующей диаграмме:

3) Цепь электронного сенсорного выключателя 220 В

Теперь возможно преобразовать существующую схему выключателя освещения сети 220 В в схему электронного сенсорного выключателя, описанную в этой 3-й конфигурации. Эта третья идея основана на микросхеме M668 и использует всего несколько других компонентов для реализации предлагаемого приложения включения / выключения сенсорного переключателя сети.

Как работает эта простая схема сетевого электронного сенсорного выключателя

Указанные 4 диода образуют базовую мостовую диодную сеть, тиристор используется для переключения сети 220 В переменного тока на нагрузку, а микросхема M668 используется для обработки включения/выключения. Фиксация OFF при каждом касании сенсорного переключателя.

Мостовая сеть выпрямляет переменный ток в постоянный через R1, который ограничивает переменный ток до безопасного уровня для цепи, а VD5 соответствующим образом регулирует постоянный ток. Конечным результатом является выпрямленный, стабилизированный постоянный ток 6 В, который подается на сенсорную цепь для операций.

Сенсорная панель подключена к сети ограничения тока с помощью R7/R8, чтобы пользователь не чувствовал удара, касаясь этой сенсорной панели.

Различные функции распиновки микросхемы можно узнать из следующих пунктов:

Положительный сигнал питания подается на контакт № 8 и заземление на контакт № 1 (минус). Сигнал касания сенсорной панели отправляется на контакт № 2, а логика преобразуется в ON или OFF на выходном контакте № 7. .

Этот сигнал с контакта № 7 последовательно переводит SCR и подключенную нагрузку в состояние ON или OFF.

C3 обеспечивает отсутствие ложного срабатывания SCR из-за множественных импульсов в ответ на неправильное или неадекватное прикосновение к сенсорной панели. R4 и C2 образуют каскад генератора для обеспечения необходимой обработки сигналов внутри ИС.

Сигнал синхронизации от R2/R5 делится внутри через контакт № 5 микросхемы. Вывод № 4 микросхемы выполняет очень важную и интересную функцию. При подключении к положительной линии или Vcc микросхема позволяет выходу попеременно включаться и выключаться, позволяя попеременно включать и выключать свет или нагрузку в ответ на каждое прикосновение к сенсорной панели.

Однако, когда контакт № 4 подключен к земле или отрицательной линии Vss, он преобразует ИС в 4-ступенчатую схему диммера.

Значение в этом положении означает, что каждое прикосновение к сенсорной панели заставляет нагрузку (например, лампу) последовательно уменьшать или увеличивать свою интенсивность, постепенно уменьшая или постепенно увеличивая яркость (и OFF на концах). Если у вас есть какие-либо вопросы относительно работы описанной выше схемы сетевого сенсорного выключателя, пожалуйста, запишите их в поле для комментариев…

4) Сенсорная схема лампы с таймером задержки

Четвертая конструкция представляет собой бестрансформаторную сенсорную задержку 220 В с задержкой Схема выключателя лампы позволяет пользователю на мгновение включить настольную лампу или любую другую прикроватную лампу в ночное время.

Как работает схема.

В приведенной выше схеме четыре диода на входе образуют базовую схему мостового выпрямителя для преобразования сетевого переменного тока в постоянный. Этот выпрямленный постоянный ток стабилизируется 12-вольтовым стабилитроном и фильтруется конденсатором C2, чтобы получить достаточно чистый постоянный ток для соответствующей схемы сенсорного переключателя.

R5 используется для ограничения входного сетевого тока до гораздо более низкого уровня, подходящего для безопасной работы схемы.

Виден светодиод, подключенный к этому источнику питания, который гарантирует, что тусклый свет всегда включен рядом с цепью, что облегчает быстрое обнаружение панели сенсорного переключателя.

ИС, используемая в этой сенсорной лампе трансформатора со схемой задержки, представляет собой двойной D-триггер IC 4013, который имеет 2 встроенных триггерных каскада, здесь мы используем один из этих каскадов для нашего приложения.

Всякий раз, когда к указанной сенсорной панели прикасаются пальцем, наше тело создает ток утечки в точке, вызывая мгновенный высокий логический уровень на выводе № 3 ИС, что, в свою очередь, приводит к тому, что вывод № 1 ИС становится высоким.
Когда это происходит, подключенный симистор срабатывает через R4, и мостовой выпрямитель завершает свой цикл, питая последовательную лампу. Лампа теперь горит ярко.

В то же время конденсатор C1 постепенно начинает заряжаться через R3, и когда он полностью заряжается, контакт № 4 обрабатывается с помощью высокой логики, которая сбрасывает триггер в исходное состояние. Это мгновенно переводит контакт № 1 в низкий уровень, отключая SCR и лампу.

Значение R3/C1 дает задержку примерно в 1 минуту, ее можно увеличить или уменьшить, соответственно увеличив или уменьшив значения этих двух компонентов RC в соответствии с индивидуальными предпочтениями.

5) Сенсорный экран с использованием одного МОП-транзистора

Всего один полевой полевой МОП-транзистор и несколько дополнительных пассивных элементов — это все, что нужно для создания схемы пятого датчика касания. Видно, что затвор MOSFET соединен с резистором 22 МОм, а сенсорный датчик построен с использованием печатной платы с медной сеткой.

С указанным резистором 22 МОм даже дыхания на сетку датчика будет достаточно, чтобы МОП-транзистор мгновенно выключился. Если вы обнаружите, что эта чувствительность слишком высока, вы можете уменьшить 22M до 10M, тогда это позволит MOSFET выключаться прикосновением пальца к медной сенсорной плате.

В отсутствие прикосновения к датчику МОП-транзистор остается во включенном состоянии за счет положительного напряжения, поступающего с R1. В течение этого периода базовое напряжение Q2 через R2 остается заземленным через сток MOSFET, что приводит к тому, что транзистор Q2 остается выключенным. Когда Q2 выключен, реле также остается выключенным.

Как только сенсорная пластина касается, это мгновенно вызывает заземление напряжения R1 через палец, заставляя МОП-транзистор выключаться.

Когда МОП-транзистор выключен, транзистор Q2 получает доступ к потенциалу от R2 и теперь включается. Когда Q2 включается, катушка реле получает необходимое количество энергии, и она также включается, переключая ВКЛ любую нагрузку, которая может быть настроена на ее контакты.

При удалении пальца с сенсорного датчика цепь восстанавливается в исходное состояние, и реле выключается.

6) Используя IC 4011

Работая только с одной 1/2 микросхемы IC 4011, а также с несколькими биполярными транзисторами общего назначения, можно разработать этот седьмой сенсорный переключатель, который хорошо подходит для многочисленных цепей с батарейным питанием. Учитывая, что все входы оставшихся затворов IC 4011 подключены к линии заземления, ток, потребляемый IC в выключенном состоянии, практически равен нулю, а это означает, что срок службы батареи будет долгим и неизменным.

При прикосновении пальца к контакту «вкл» контакт 3 становится высоким, что включает пару Дарлингтона и питание подается на нагрузку. При прикосновении к контактам «выключено» происходит обратное, и действие отключает нагрузку.

Q1 должен быть транзистором с высоким коэффициентом усиления, а Q2 должен быть выбран в соответствии с текущими характеристиками нагрузки.

7) Использование IC 4001 и IC 4020

В этой 8-й идее сенсорного переключателя при прикосновении к входному контакту затвора 1 (который, как и другие три затвора в устройстве, связан с функцией инвертора), паразитный фон сети улавливается и подключается к входу вентиля 1 (который, как и три других вентиля в устройстве, подключен для работы в качестве инвертора) через R1. Входной сигнал может переключать вход затвора 1 с одного логического уровня на другой, поскольку IC1 представляет собой КМОП-устройство с очень высоким входным сопротивлением.

Поскольку входное сопротивление схемы IC 4001 велико, обратное сопротивление D1 используется для соединения входа с землей во время бездействия, предотвращая ошибочные действия. В сочетании с входной емкостью схемы R1 работает как фильтр нижних частот, ослабляя шумы и помехи, которые могут возникнуть при сетевом сигнале частотой 50 Гц. На выходе логического элемента 1 по-прежнему присутствует значительное количество шумовых компонентов, а время нарастания недостаточно для работы конечного каскада схемы.

Для решения этой проблемы используется триггерная схема, построенная вокруг вентилей 2 и 3. Из-за связи с R2, R3 пытается поддерживать вход вентиля 2 почти в том же состоянии, что и выход вентиля 3, предотвращая любое изменение логического состояния, вызванное выходом вентиля 1. Поскольку R2 меньше R3, затвор 1 может управлять триггерной схемой, если его выходной сигнал достаточно велик. Основной сигнал 50 Гц действительно будет мощным, однако шумовые всплески могут и не появиться, поэтому они будут удалены с выхода триггера.

Соединение через R3 гарантирует быстрый сдвиг всякий раз, когда выход триггера начинает изменять состояние. IC2 представляет собой 14-ступенчатый двоичный (деление на 2) счетчик, а Q1 управляется с выхода седьмого каскада через резистор ограничения тока R5. При включении питания C2 и R4 посылают на счетчик положительный импульс сброса, в результате чего на выходах устанавливается низкий уровень, а транзистор Q1 выключается.

Нагрузку для транзистора Q1 формирует регулируемое устройство, которое, по-видимому, не получает существенной мощности. Сигнал частотой 50 Гц подается на IC2 при активации сенсорного контакта, а выход 7-й ступени меняет состояние после 64 импульсов.

Нагрузка включается и выключается, когда на этом выходе колеблется высокий и низкий уровень. На практике контакт удерживается достаточно долго, чтобы устройство перешло в идеальное состояние (что пользователь хочет сделать автоматически). В выключенном состоянии устройство потребляет около 1 мкА, а во включенном — примерно 3 мА.

Схема сенсорной последовательной светодиодной лампы

Следующая сенсорная последовательная светодиодная лампа будет работать следующим образом:

При включении питания короткий импульс посылается на контакт № 15 через подключенный конденсатор емкостью 1 мкФ. Короткий положительный импульс сбрасывает микросхему таким образом, что на выводе №3 достигается высокий логический уровень. При наличии высокого логического уровня на контакте №3 подключенный SCR включается, и светодиод 1 также включается. Поскольку источник питания постоянный, SCR постоянно фиксирует светодиод LED1 и поддерживает его постоянно включенным.

После этого, если коснуться сенсорной панели один раз, высокий уровень логики на контакте №3 перейдет на контакт №2.

SCR на контакте № 2 также фиксируется и постоянно включает светодиод 2. Поэтому теперь и LED1, и LED2 включаются один за другим.

Затем, если снова коснуться сенсорной панели, высокий логический уровень с контакта № 2 переходит на контакт № 4, что приводит к тому, что транзистор TIP127 получает высокий логический уровень на своей базе, поэтому он выключается.

Когда транзистор TIP127 выключен, подача постоянного тока на светодиоды также выключается, что нарушает защелку двух SCR. Теперь оба тиристора выключаются, и светодиоды также выключаются.

Если в этой позиции коснуться сенсорной панели еще раз, высокий логический уровень на контакте № 4 перейдет к следующему выходному контакту, который является контактом № 7.

Однако, поскольку вывод № 7 подключен к выводу № 15 микросхемы, этот высокий логический уровень сбрасывает микросхему обратно. Действие сброса приводит к возврату высокого логического уровня на контакт № 3, в результате чего соответствующий SCR включается (защелкивается) и загорается светодиод 1. Теперь процесс повторяется.

Как мы видим, здесь используются только два светодиода, однако, поскольку у IC 4017 есть 10 выходов, мы можем использовать в общей сложности 10 светодиодов в этой схеме.

Последовательность выводов микросхемы следующая: 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 3, 2, 4, 7. Контакт № 4 используется для выключения транзистора и тринисторов, контакт № 7 используется для сброса микросхемы обратно на контакт № 3.

Это означает, что два контакта, которые следуют сразу за последним светодиодом в последовательности, могут использоваться для поворота транзистора и сброса микросхемы соответственно.

Допустим, мы хотим использовать 8 последовательно активирующихся светодиодов. Для этого мы должны использовать выводы 3, 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6 для подключения сетей SCR/LED. В этой ситуации два последующих контакта, которые следуют за контактом № 6 (который является последним выводом светодиода), могут использоваться для выключения транзистора и для сброса ИС. Эти две распиновки, очевидно, являются контактом № 9.и штифт №11.

Вот как вы можете настроить распиновку IC 4017 для последовательного включения желаемого количества светодиодов посредством сенсорной активации.

Схема сенсорного переключателя ВКЛ и ВЫКЛ и принцип работы

Схема сенсорного переключателя ВКЛ и ВЫКЛ построена вокруг таймера 555 с использованием свойств по умолчанию выводов микросхемы таймера 555. С помощью этой схемы вы можете включать и выключать устройство, просто прикасаясь к сенсорным панелям.

[адсенс1]

Если сенсорные панели расположены в удобном месте, нам не нужно перемещаться с места для включения и выключения устройства.

Важной особенностью этой схемы является то, что вы не получите удара током, который мы иногда получаем при использовании обычных выключателей, даже если мы используем сенсорные панели.

Как упоминалось ранее, мы разработали эту схему с использованием микросхемы таймера 555. Другими важными компонентами являются релейный модуль и несколько сенсорных панелей (мы покажем вам, как сделать сенсорные панели, используемые в этом проекте).

[adsense2]

Схема

Принципиальная схема

Принципиальная схема сенсорного переключателя ON и OFF показана на рисунке ниже.

Необходимые компоненты

• 1 x 555 Таймер IC
• 1 резистор 3,3 МОм (1/4 Вт)
• Резистор 1 x 1 МОм (1/4 Вт)
• 1 x Лампа с патроном (обычная или CFL)
• 1 релейный модуль 5 В (если релейный модуль недоступен, вам потребуются следующие компоненты)
• 1 реле 5 В
• 1 x 2N2222 NPN-транзистор
• 1 x 1N4007 PN-переходной диод
• Резистор 1 x 1 кОм (1/4 Вт)

Как сделать сенсорный датчик (сенсорную пластину)?

Поскольку проект основан на включении и выключении касанием, устройства, сенсорные панели или датчики касания являются важной частью этого проекта. Нам не нужны дорогостоящие или причудливые сенсорные датчики, так как мы покажем вам, как сделать простую сенсорную панель для этого проекта.

Для того, чтобы сделать проект, нам нужны два небольших куска медных досок. Здесь мы взяли две покрытые медью доски размером 2 см х 2 см.

Теперь нам нужно сделать узкий глубокий надрез по центру досок так, чтобы на доске получилось две половинки, не сломав ее полностью. Этот разрез должен полностью отделить медь с обоих концов.

На следующем изображении показана голая плата с медным покрытием и две платы с канавкой посередине.

Также можно использовать сенсорную панель от старых игрушек и дверной звонок. Как правило, сенсорные панели изготавливаются из небольшого углеродного блока, закрепленного на силиконовой резине.

При нажатии кнопки этот блок соприкасается с пэдом. Таким образом, сопротивление между двумя чередующимися дорожками уменьшается.

Подушечки, доступные на рынке, защищены от коррозии и обладают очень хорошей чувствительностью к реакции пальцев.

Когда палец помещается между точками, из-за давления и влаги в пальце сопротивление между этими линиями падает от 150k до 850k.

Схема

Схема сенсорного переключателя ВКЛ и ВЫКЛ очень проста. Во-первых, контакты GND, VCC и RST 555, то есть контакты 1, 8 и 4, подключены к GND и 5V соответственно. На контакт 2 подается ВЫСОКИЙ уровень с помощью резистора 3,3 МОм, а на контакт 6 — НИЗКИЙ уровень с помощью резистора 1 МОм.

Две сенсорные панели подключены к контактам 2 и 6, как показано на принципиальной схеме. В случае прикосновения к пластине ON один конец подключается к контакту 2, а другой конец подключается к GND. Точно так же один конец контактной пластины OFF подключен к +5 В, а другой конец подключен к контакту 6.

Принцип проекта

Основной принцип проекта заключается в базовой функциональности контактов таймера 555. . Мы знаем, что таймер 555 имеет 8 контактов, а именно GND (1), триггер (2), выход (3), сброс (4), управляющее напряжение (5), пороговое значение (6), разряд (7) и VCC (8).

В этом проекте используются контакты 2 и 6. Теперь мы видим основную работу этих контактов. Когда вывод 6, т. е. вывод порога, удерживается НИЗКИМ, и если вывод 2, т. е. вывод триггера, установлен в НИЗКИЙ уровень, выход микросхемы таймера 555 будет ВЫСОКИМ, и он останется там. Это условие можно использовать для включения прибора.

Теперь представьте, что на выводе 2 установлен ВЫСОКИЙ уровень, а если на выводе 6 установлен ВЫСОКИЙ уровень, выход микросхемы таймера 555 будет НИЗКИМ, и он останется там. Это условие можно использовать в нашем проекте для отключения нагрузки или устройства.

Работа над проектом

• Подсоедините цепь в соответствии со схемой и подайте питание.
• Чтобы включить устройство, коснитесь пальцем пластины «ВКЛ», а чтобы выключить устройство, коснитесь пластины «ВЫКЛ».
• При подаче питания на цепь устройство, подключенное через реле (мы подключили лампочку), остается ВЫКЛЮЧЕННЫМ. Теперь, если мы посмотрим на принципиальную схему, на контакт 2 подается ВЫСОКИЙ уровень, а на контакт 6 — НИЗКИЙ уровень.
• Когда мы касаемся пластины ON, напряжение на контакте 2 (триггерный контакт) микросхемы 555 становится НИЗКИМ. Поскольку контакт 6 уже имеет НИЗКИЙ уровень, выходной сигнал на контакте 3 становится ВЫСОКИМ.
• Поскольку он подключен к релейному модулю через транзистор, транзистор будет включен, а он, в свою очередь, активирует реле. В результате устройство включается.
• В этот момент напряжение на контакте 6 равно нулю, так как по умолчанию оно имеет НИЗКИЙ уровень, а напряжение на контакте 2 имеет ВЫСОКОЕ значение.
• Теперь, когда вы касаетесь пластины OFF, на контакт 6 на короткое время подается напряжение +5 В, в результате чего на выходе микросхемы таймера 555 становится НИЗКИЙ уровень.
• Это отключит транзистор и реле. Следовательно, устройство будет выключено.
• Эта схема работает, переключая реле в состояние «ВКЛ» нажатием кнопки, а при повторном нажатии кнопки устройство переходит в состояние «ВЫКЛ». Он работает аналогично триггеру.

Приложения

• Простое касание для включения и касания для выключения В этом проекте разработана схема, с помощью которой мы можем включать и выключать любое устройство, просто касаясь контактных площадок.