Резистор для сенсорного выключателя

КАК СДЕЛАТЬ СЕНСОРНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Наше тело обладает определенным электрическим сопротивлением, поэтому нельзя просто взять два куска провода руками и замкнуть цепь низкого напряжения постоянного тока, чтобы например загорелся светодиод. Но это не значит что ток вообще не течет, просто кожа обладает таким большим сопротивлением (около 100 000 Ом в зависимости от сухости), что сила тока, протекающего через неё чрезвычайно мала. А если это небольшое количество электрического тока можно увеличить с помощью электронного усилителя, то можно использовать палец в качестве переключателя, который замыкает цепь, чтобы к примеру зажечь светодиод или подать звуковой сигнал.

Схема сенсорного выключателя

Чтобы собрать сенсорный выключатель, подберите указанные детали для схемы. Если используете макетную плату для тестовой сборки, то просто сделайте как на фотографии.

Процесс сборки схемы

1. Изучите светодиод и определите где положительный вывод, который обычно длиннее.
2. Удерживая транзистор плоской стороной к себе и опустив ножки, найдите коллектор (левая ножка), базу (центральная ножка) и эмиттер (правая ножка).
3. Соедините транзисторы так, чтобы эмиттер транзистора первого каскада был соединен с базой транзистора второго. Подключите эмиттер транзистора второго каскада к минусовой шине питания на макетке. Добавьте короткую перемычку от базы первого транзистора к неиспользуемому ряду на макетной плате.
4. Поместите резистор 100 кОм между первым транзисторным коллектором и положительной шиной питания. Подсоедините положительный провод светодиода к плюсовой шине. Вставьте резистор 220 Ом между отрицательным проводом светодиода и коллектором второго транзистора.
5. Теперь можно использовать 2 перемычки, расположенные вертикально на макетке, для создания сенсорной кнопки. Подключите активный зуммер параллельно светодиоду, если надо. И в конце подключите аккумуляторную батарею 6 В к положительным и минусовым силовым шинам.

В этой схеме транзисторные усилители соединены последовательно, чтобы обеспечить усиление в несколько сотен раз превышающее исходный ток. Когда касаемся неизолированного провода, подключенного между шиной 6 В и другого к базе транзистора, подключенной к резистору 100 кОм, только небольшое количество тока течет от батареи через палец к базе.

Но этот небольшой ток усиливается сначала одним транзистором, а затем вторым, увеличивая его настолько, чтобы зажечь светодиод и подать звуковой сигнал. Практических применений этого модуля может быть масса — например сенсорный LED фонарик, который начинает светить как только вы берете его в руки (пару проводов на корпусе) и тут же гаснет, стоит его положить на место.

Форум по обсуждению материала КАК СДЕЛАТЬ СЕНСОРНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изучение принципа действия и параметров кварцевого генератора, выбор КГ для различных устройств.

Импульсные стабилизаторы напряжения AIMTEC AMSR и AMSRI — отличная замена для популярных 78xx / 79xx микросхем.

Увеличение мощности интегральных усилителей транзисторами. Рассматривается на примере схем LM3886 и TDA7294.

Сенсорные панели и кнопки на квантовых эффектах. Решения от Peratech

Сенсорные экраны и клавиатуры давно стали неотъемлемой частью бытовой, автомобильной и даже промышленной электроники. В настоящее время наиболее широкое распространение получили емкостные сенсорные технологии. Однако, несмотря на высокую популярность, емкостные кнопки и экраны имеют определенные недостатки. По этой причине разработчики пытаются создать более продвинутые и совершенные сенсорные решения. Например, высоким потенциалом обладают материалы с использованием туннельного эффекта QTC (Quantum Tunnelling Composite) от компании Peratech. Они способны фиксировать не только наличие прикосновения, но и усилие нажатия, что позволяет использовать их для создания 3D-интерфейсов.

Рис. 1. Сенсорные технологии от Peratech

Исторически первые сенсорные компоненты использовали резистивную технологию. Резистивные кнопки и экраны состояли из двух проводящих слоев, разделенных микроизоляторами. При касании происходила деформация, и слои замыкались между собой. Измеряя сопротивление такой конструкции можно было судить как о наличии касания (в случае сенсорной кнопки), так и о его координате (в случае сенсорного экрана). К сожалению, резистивная технология имела малую точность и чувствительность, к тому же наличие механической деформации плохо сказывалось на сроке службы сенсорного экрана. Технология емкостных датчиков оказалась более удачной.

Конструктивно емкостная кнопка представляет собой пространственный конденсатор, у которого диэлектриком выступает воздух и окружающие материалы. Так как воздух имеет малую диэлектрическую проницаемость, то собственная емкость такого конденсатора мала. При касании электрода (например, пальцем), общая емкость системы возрастает. Это изменение можно зафиксировать с помощью периодического процесса заряда-разряда – чем медленее происходит заряд, тем больше емкость. Следовательно, с помощью измерения скорости периодического заряда-разряда можно судить о наличии касаний.

Емкостные решения отличаются длительным сроком службы, высокой чувствительностью и технологичностью, но вместе с тем они имеют и существенные недостатки:

• плохо работают при использовании перчаток и не позволяют эффективно применять стилусы;
• чувствительны к уровню загрязнения;
• чувствительны к попаданию влаги на поверхность;
• отличаются высокой потребляемой мощностью, которая связана с процессами заряда-разряда;
• требуют сложной вспомогательной электроники и алгоритмов обсчета;
• обладают высокой чувствительностью к помехам;
• не позволяют определять усилие нажатия и т. д.

К счастью, технологии не стоят на месте, и разработчики стараются предложить более совершенные решения, и это у них получается. Например, компания Peratech предлагает использовать материалы с квантово-туннельной проводимостью, созданные по технологии QTC (Quantum Tunnelling Composite).

Технология QTC предполагает использование особого материала – QTC-чернил, которые меняют величину своего сопротивления при приложении давления (рис. 2). Чем больше давление – тем меньше сопротивление. Такая зависимость получена за счет особого туннельного механизма проводимости QTC-чернил.

Рис. 2. Зависимость сопротивления от усилия нажатия для сенсорной кнопки SP200-10

Если между двумя проводящими слоями (например, графита) поместить прокладку из QTC-чернил, то мы получим простейшую сенсорную кнопку. При этом ее сопротивление будет меняться в зависимости от давления. Примерно такую структуру имеют кнопки SP200 от Peratech (рис. 3). На подложке из ПЭТ-пленки толщиной 100 мкм (1) наносится пара серебряных электродов толщиной 8-10 мкм (2). В непосредственном контакте со слоем серебра находится пара гребенчатых электродов первого графитового слоя 4-5 мкм (3). Далее следует разделительная прокладка 50 мкм с круглым окном (4). В этом окне размещается слой QTC-чернил в виде круга толщиной 8-10 мкм, а под ним помещен второй проводящий графитовый слой, также круглой формы (3). Снизу расположен еще один изолирующий слой полиэтилентерефталата толщиной 100 мкм (1) и разделительная прокладка 50 мкм (6). Электрическое подключение кнопки обеспечивается с помощью выводов (7), подключаемых к серебряным контактам.

Рис. 3. Конструкция сенсорных кнопок серии SP200

Принцип работы такой кнопки достаточно прост. При отсутствии касания слой QTC имеет высокое сопротивление и электрически разделяет верхний и нижний графитовые слои. Поэтому контакты верхнего гребенчатого графитового слоя оказываются изолированными друг от друга. При нажатии на кнопку сопротивление QTC-чернил падает, и нижний графитовый слой шунтирует электроды верхнего графитового слоя. Чем больше усилие нажатия, тем меньше электрическое сопротивление между контактами. Другими словами, мы получаем возможность не только обнаруживать само касание, но и измерять усилие нажатия, чего не могут обеспечить емкостные датчики.

Сенсорная технология QTC дает следующие преимущества:

• возможность обнаруживать не только касание, но и усилие нажатия;
• высокая чувствительность (от 10 г);
• возможность использования самых разнообразных поверхностей в качестве оснований (металл, стекло, пластик и т. д.);
• возможность работы в перчатках (в отличие от емкостных решений);
• высокая стойкость к запыленности и загрязнению поверхности (в отличие от емкостных решений);
• возможность работы с влажными предметами (в отличие от емкостных решений);
• высокая устойчивость к ЭМИ;
• длительный срок службы;
• малая толщина (до 200 мкм);
• сверхнизкое потребление;
• возможность работы на поверхностях сложной формы;
• возможность создания самых различных форм.

Последние два пункта являются следствием того, что QTC-чернила в действительности представляют собой своего рода чернила и при печати могут образовывать самые различные формы. Более того, они могут быть прозрачными, что дает возможность создания не только кнопок, но и кнопок с подсветкой и целых сенсорных экранов.

В настоящий момент Peratech предлагает семейство сенсорных кнопок SP200 и сенсорные экраны M2450 и M2436.

Семейство сенсорных кнопок SP200 объединяет двух представителей (рис. 4). SP200-10 – сенсорные кнопки с диаметром чувствительной части 10 мм. SP200-05 – сенсорные кнопки с диаметром чувствительной части 5 мм.

Рис. 4. Внешний вид сенсорных кнопок серии SP200 от Peratech

Представители серии SP200 отличаются значительным диапазоном усилий нажатия 0,1…20 Н и высоким механическим ресурсом более 1 миллионов нажатий. Для подключения сенсорных кнопок используются двухконтактные разъемы (рис. 5).

Рис. 5. Подключение сенсорных кнопок серии SP200

Важным достоинством SP200 является высокая стойкость к изменениям внешней среды. В рабочем состоянии при температуре 100 °C сопротивление уменьшится не более, чем на 10% за 1 час испытания. При температуре −40 °C рост сопротивления не превысит 5% при той же временной выдержке.

Еще больший интерес у разработчиков могут вызвать сенсорные панели QTC Multi-touch, которые представляет собой матрицу кнопок QTC (рис. 6).

M2450-154361-ZF – трехмерная сенсорная панель с размерами 154 x 361 мм с плоским шлейфом для подключения к модулю обсчета MT-TPU-V2R2 (Multi-TouchTouch Processing Unit).

M2436-100148-ZF – трехмерная сенсорная панель с размерами 100 x 148 мм с плоским шлейфом для подключения к модулю обсчета MT-TPU-020 (Multi-Touch Touch Processing Unit).

Рис. 6. Внешний вид сенсорных панелей M2450 и M2436 от Peratech

Конструкция данных сенсорных экранов не отличается от конструкции рассмотренных выше кнопок. По сути, она представляет собой матрицу из кнопок с мультиплексированием для сокращения числа выводов (рис. 7). Общее число контактов в плоском шлейфе при этом удалось снизить до 50.

Рис. 7. Структура сенсорных панелей M2450 и M2436

Преимуществами новых сенсорных панелей над емкостными аналогами являются:

• возможность определения касания и усилия нажатия;
• простая поддержка многоточечного прикосновения;
• минимальные затраты мощности;
• простая реализация элементов управления (полосы прокрутки и т. д.);
• минимальная чувствительность к помехам;
• возможность использования поверхностей изогнутой формы;
• возможность работы в перчатках;
• высокая стойкость к запыленности и загрязнению;
• возможность работы с влажными предметами.

Работу с новыми сенсорными решениями можно начать уже сейчас при заказе отладочного набора Touch Development Kit (рис. 8). В его состав входят 10 кнопок SP200-5, 10 кнопок SP200-10, 7-дюймовый сенсорный экран; драйвер сенсорных продуктов, драйвер для Arduino. В дополнение к аппаратной части разработчики получат доступ к вспомогательному фирменному ПОPT Suite Demonstration GUI.

Рис. 8. Отладочный набор Touch Development Kit

В качестве заключения хотелось бы отметить, что новая сенсорная QTC технология от Peratech будет востребована не только в традиционных коммерческих приложениях (смартфоны, планшеты), но и в тех областях, в которых ранее применение емкостных сенсорных технологий было затруднено: в промышленном оборудовании (пульты операторов ЧПУ, пульты управления и т. д.), автомобильной электронике, медицинской технике и т. д. При этом даже в коммерческой электронике QTC представляют большой интерес, особенно с учетом возможности использования поверхностей сложной формы (рис. 9).

Рис. 9. Области применения новых сенсорных панелей

Характеристики сенсорных кнопок SP200-05:

• диапазон допустимых усилий: 0,1. 20 Н;
• устойчивость к усилиям: 100 Н;
• погрешность сопротивления: ±4,5%;
• срок службы: 1 млн. нажатий;
• диапазон рабочих температур: 0…80 °C;
• диапазон температур хранения: -40…100°C;
• размер кнопки: 5 мм.

Состав отладочного набора Touch Development Kit:

• количество датчиков SP200-5: 10;
• количество датчиков SP200-10: 10;
• сенсорный экран: 7″;
• драйвер сенсорных клавиш для Arduino (2-4 проводов): 1;
• драйвер сенсорной панели: 1.

О компании:

Peratech — компания, специализирующаяся на разработке и производстве сенсорных материалов нового поколения QTC ® (Quantum Tunnelling Composites).

сенсорные выключатели для зеркала в Санкт-Петербурге

• Зеркала интерьерные
• Розетки, выключатели и рамки
• Электрические переключатели

Сенсорный выключатель для зеркал TS103-AC (DZS-2, DZS-3) (Толстый (высота 20мм) ver.1 (DZS-2))

KOMBI-1 | Сенсорный выключатель для зеркала IP44, 220В/200Вт

Выключатель (датчик) сенсорный для зеркал и поверхностей (12V, IP20, черный)

Зеркало Vigo Marta Luxe 100 с подсветкой и часами Хром

Зеркало Vigo Marta Luxe 100 с подсветкой и часами Хром

Зеркало Vigo Elen Luxe 60 с подсветкой и часами Хром

Сенсорный выключатель света 220 в, золото

зеркало для ванной Стив 91,5х68,5 см сенсорный выключатель

Сенсорный выключатель HZK201 (DKs-1) (Длина провода 1,5 м)

Сенсорный выключатель для жалюзей Livolo 2 клавиши 1 модуль Белый

Сенсорный выключатель для жалюзей Livolo 2 клавиши 1 модуль Серый

Зеркало BelBagno SPC-MAR 50 с сенсорным выключателем с подсветкой

Сенсорный диммер/выключатель с коннектором 5,5х2,1 мм

Сенсорный диммер/выключатель с коннектором 5,5х2,1 мм

Сенсорный выключатель для жалюзей Livolo 2 клавиши 1 модуль Черный

Сенсорный выключатель света Livolo 220 в, белый

Сенсорный выключатель для жалюзей Livolo 2 клавиши 1 модуль Золотой

Сенсорный выключатель света Livolo 220 в, двухклавишный, золото

Сенсорный выключатель Livolo 1 клавиша 1 пост Серый

Сенсорный выключатель света 220 в, двухклавишный, белый

Сенсорный выключатель света Livolo 220 в, двухклавишный, черный

Сенсорный выключатель света Livolo 220 в, черный

Сенсорный выключатель Livolo 1 клавиша 1 пост Белый

Зеркало для ванной Перла D77 см, сенсорный выключатель

VL-Q7-01-13 Одноклавишный сенсорный выключатель Livolo Quadro, цвет золотой (механизм)

Сенсорный выключатель/диммер на мах рукой для алюминиевых профилей с индикатором

Зеркало для ванной Мальта 80х55см сенсорный выключатель

Зеркало Belbagno SPC с встроенным светильником и сенсорным выключателем 60 SPC-MAR-600-600-LED-TCH

Сенсорный выключатель/диммер (с пружинкой) для алюминиевых профилей с индикатором

Одноклавишный сенсорный выключатель livolo с дистанционным управлением золотого цвета (VL-C701R-13)

VL-C702W-19 Сенсорный выключатель для жалюзи Livolo 2 клавиши 1 модуль Синий

Одноклавишный сенсорный выключатель livolo с дистанционным управлением белого цвета (VL-C701R-11)

ИК-выключатель на взмах руки PM-218C (Диаметр датчика 15 мм)

VL-P7-01R-13 Одноклавишный сенсорный выключатель Livolo Module с функцией радиоуправления, цвет золотой (механизм)

VL-C702W-17 Сенсорный выключатель для жалюзи Livolo 2 клавиши 1 модуль Розовый

Одноклавишный сенсорный выключатель livolo с дистанционным управлением чёрного цвета (VL-C701R-12)

VL-C701-19 Сенсорный выключатель Livolo 1 клавиша 1 пост Синий

VL-C702W-13 Сенсорный выключатель для жалюзи Livolo 2 клавиши 1 модуль Золотой

Беспроводной выключатель Z-Light 0154 (1 клавиша, белый)

Стеклянная панель для трех сенсорных выключателей (1+2+1)

Зеркало BelBagno 600x30x800, встроенный светильник и сенсорный выключатель, SPC-OND-600-800-LED-TCH

Зеркало Aquanika Cosmo 1000х600 мм., LED подсветка, сенсорный выключатель, увеличительная зеркало арт. AQC80100RU29

Зеркало BelBagno 600x30x800 встроенный светильник, сенсор. выкл. SPC-VST-600-800-LED-BTN

Зеркало Aquanika Basic 800х680 мм., сенсорный выключатель арт. AQB6880RU42

VL-C701-12 Сенсорный выключатель Livolo 1 клавиша 1 пост Черный

VL-C702W-15 Сенсорный выключатель для жалюзи Livolo 2 клавиши 1 модуль Серый

Выключатель сенсорный на две линии с ДУ CGSS WT-M02R (механизм)

Одноклавишный сенсорный выключатель livolo золотого цвета (VL-C701-13)

Сенсорный выключатель для управления приборами от сети 220В

Различные устройства включения и выключения потребителей тока, регуляторы яркости свечения лампы накаливания и другие не только создают определенные удобства при эксплуатации электроприборов, но и позволяют экономить электроэнергию.

Предлагаемая схема сенсорного устройства найдет применение в различных электроприборах для быстрого прерывания тока в целях нагрузки. Описанное ниже устройство позволяет включать и выключать приборы мощностью до 100 Вт в сеть напряжения 220 В практически мгновенно, легким прикосновением пальцев руки к сенсорному контакту.

Устройство сенсорного выключателя имеет следующие характеристики:

• Время включения, не более 1,5 с
• Время выключения, не более 0,2 с
• Номинальная мощность нагрузки 40-100 Вт
• Потребляемый ток в ждущем режиме, не более 2 мА.

Принципиальная схема

Принципиальная схема сенсорного выключателя для настольного светильника показана на рис.1. Она состоит из усилителя тока на транзисторах VT1 и VT2 и фильтра на элементах R3 и С1, который сводит до минимума сигнал помехи в момент прикосновения к сенсорному контакту Е1.

Основой схемы является RS-триггер на двух логических элементах DD1.3 и 001.4. Как известно, установка триггера в нужное состояние осуществляется подачей напряжения низкого уровня на один из входов (на другом входе в это время должно быть напряжение высокого уровня).

Рис. 1. Принципиальная схема сенсорного выключателя для управления приборами от сети 220В.

Чтобы подавать напряжение низкого уровня поочередно на вывод 1 либо вывод 6 триггера, введены две RC-цепочки: R5C2 и R6C3 с разными постоянными времени. Триггер управляет транзистором VT3 и тринистором VS1, который включает или выключает лампочку HL1.

Низковольтная часть схемы питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD7. Конденсатор С4 сглаживает до минимума пульсации питающего напряжения.

Работа схемы

После подачи питающего напряжения триггер установится в такое состояние, когда на его выходе (на выходе элемента DD1.4) низкий уровень.

В этом состоянии триггер может находиться неограниченно долго, поэтому тринистор V51 закрыт и лампа НИ не светится. В исходном состоянии на выходе логического элемента DD1.2 устанавливается напряжение высокого уровня, поэтому конденсаторы С2 и C3 разряжены, диоды VD2 и VD3 закрыты.

В момент прикосновения пальцев руки к сенсорному контакту Е1 транзистор VT1 открывает транзистор VT2, который соединяет входы 8 и 9 элемента DD1.1 с шиной минус источника питания. На выходе элемента DD1.2 устанавливается напряжение низкого уровня, и конденсатор С2 через резистор R5 моментально заряжается.

Протекание тока через диод VD2 не приводит к переключению триггера, так как на входе элемента DD1.4 присутствует напряжение высокого уровня. Конденсатор С3 заряжается через резистор R6 с постоянной времени t=C3R6.

Диод VP3 открывается, и на входе элемента DD1.4 устанавливается напряжение низкого уровня. Триггер переключается в другое устойчивое состояние, когда на его выходе устанавливается напряжение высокого уровня.

Транзистор VT3 открывает тринистор VS1, через который протекает ток в каждый положительный полупериод сетевого напряжения, поэтому лампа включается и светится неполным накалом. В момент отпускания сенсора Е1 на выходе элемента DD1.2 появляется напряжение высокого уровня и конденсаторы С2, C3 быстро разряжаются.

Схема другого варианта включения нагрузки

Схема другого варианта включения нагрузки изображена на рис.2. Тринистор вместе с выпрямительным мостом включается последовательно с нагрузкой, на которую (в случае открывания транзистора VT3 и тринистора VS1) подается полное сетевое переменное напряжение.

Тринистор можно не устанавливать на радиатор, если суммарная мощность нагрузки не превышает 270 Вт.

Рис. 2. Схема другого варианта включения нагрузки.

Детали

Кроме указанных на схеме, транзисторы VT1, VT2 можно заменить любыми кремниевыми маломощными структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока 50. 250. Тринистор VS1 можно взять с буквенным индексом К, Л, М, Н. Диоды VD1, VD2, VD3 любые из серии КД521 или КД522; VD4, VD5, VD6 типа КД105 с любым буквенным индексом. В качестве стабилитрона VD7 подойдет Д814Б. Электролитические конденсаторы С1, С2, C3 типа К50-6; С4 типа К50-35.

Настройка схемы заключается в подборе необходимой чувствительности сенсора с помощью резистора R2. Для этого вольтметр с входным сопротивлением 5. 10 МОм при измерении напряжения постоянного тока подключают к коллектору транзистора VT2 относительно минуса источника питания. Дотрагиваясь к сенсорному контакту Е1, подбирают резистор R2 в пределах 300. 500 кОм для установки минимального напряжения на коллекторе VT2.

Конструктивно схема выполнена на плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 50×70 мм и помещен в пластмассовом корпусе подходящего размера. На корпусе светильника надо приклеить медную декоративную пластинку площадью 20 см2 любой конфигурации, которая будет служить сенсорным контактом Е1. С внутренней стороны корпуса светильника к пластинке подпаять провод, идущий к резистору R1.

Особое внимание при наладке следует уделить мерам безопасности, так как питается устройство без разделительного трансформатора. В момент прикосновения к сенсорному контакту через тело человека может протекать максимальный ток 70 мкА, который совершенно безопасен при любых условиях.

Автор: В.Б. Ловчук, г.Самбор, Львовская обл. Украина.

Литература: 1. Дробница Н.А. Электронные устройства для радиолюбителей. М.: Радио и связь, 1986.