Транзисторен сензор за допир. Сензор за докосване Направи си сам сензор за докосване
Сензор за допир TTP223B(Сензорен бутон) се използва за превключване на електрически вериги (превключвател / превключвател), е отличен заместител на традиционните механични бутони (клавиши). Отличава се с повишена надеждност поради липсата на движещи се части и ниската консумация на енергия.
За да използвате сензорния бутон TTP223B, трябва да свържете захранване и Arduino контролер или друго микропроцесорно устройство за управление. Платката има светодиод с надпис "D", който светва при подаване на захранване към модула. Модулната платка има четири отвора за монтаж върху равна повърхност.
Тъчпадът работи по капацитивна технология. Модулът се задейства чрез превключване чрез докосване на сензора за докосване с пръст. В покой изходът на модула има ниско ниво на напрежение, при докосване на сензора се появява високо ниво на напрежение. След 12 секунди бездействие, модулът влиза в режим на ниска мощност.
Сензорът за докосване TTP223B има един 3-пинов конектор.
Обозначаване на контакт
SIG(изходен цифров сигнал);VCC(захранващо напрежение);
GND(общ контакт).
Модулът се захранва или от Arduino, както и от друго микропроцесорно управляващо устройство, или от външен източник на захранване (захранване). Захранващо напрежение на модула 2 - 5,5 V.
Характеристики
модулът е сглобен на чип TTP223B;сензорът работи по капацитивна технология;
LED индикация на мощността;
захранващо напрежение на модула: 2 - 5.5 V;
чувствителност: 0 - 50 pF;
време за реакция (режим на ниска мощност): 220 ms;
време за реакция (активен режим): 60 ms;
размери (Д x Ш x В): 24 x 24 x 7,5 mm;
тегло: 3 гр.
Вероятно никой в наше време не трябва да обяснява какво е тъчпад? Всички съвременни лаптопи са оборудвани с този удобен манипулатор. Вместо джойстик или мишка, ние използваме тъчпада или, научно, тъчпада, за да движим курсора и да кликваме. В този урок ще работим с прост капацитивен сензор, който ви позволява да проследявате само едно докосване (ето го на фигурата вдясно). Нашата задача е да свържем докосването на сензора с пръст с някакво действие, да речем, с излъчване на звук от зумер. Докосваме сензора - зумерът бипка. Не пипаме - мълчи. За да разрешим този проблем, трябва да свържем заедно контролера Arduino Uno, зумера и всъщност самия сензор. Като последно ще използваме малка кърпичка, базирана на сензорния чип TTP223. За захранване на устройството е подходящо напрежение в диапазона от 2 до 5,5 волта. Този сензор е цифров, което означава, че дава само една от две възможни стойности: истина или невярно. В електрониката това съответства съответно на високо и ниско ниво на напрежение.
1. Връзка
Капацитивният сензор, който използвахме в урока, има три контакта:- VCC - захранване + 5V;
- GND - земя;
- OUT е сигнал.
2. Програма
Сега нека се опитаме да съживим всичко това. Всичко, от което се нуждаем, е да четем състоянието на пин #2 при всеки цикъл на програмата и в зависимост от получената стойност да включваме или изключваме зумера. Ето какво получаваме: int capPin = 2; buzzPin = 11; void setup() ( pinMode(capPin, INPUT); pinMode(buzzPin, OUTPUT); ) void loop() ( if(digitalRead(capPin)) digitalWrite(buzzPin, HIGH); else digitalWrite(buzzPin, LOW); ) Накрая, напишете програмата на Arduino Uno и вижте какво ще се случи!Тази статия представя някои основни схеми за изграждане на капацитивни сензори за докосване и обсъжда как да се справите с ниско и високочестотния шум.
Предишна статия
Промяна на измерване
Ако сте прочели предишната статия, тогава знаете, че същността на капацитивните сензори за докосване е промяната в капацитета, която възниква, когато обект (обикновено човешки пръст) се доближи до кондензатора. Наличието на пръст увеличава капацитета, защото:
- въвежда вещество (т.е. човешка плът) с относително висока диелектрична константа;
- осигурява проводима повърхност, която създава допълнителен капацитет успоредно със съществуващия кондензатор.
Разбира се, самият факт, че капацитетът се променя, не е особено полезен. За да реализираме действително капацитивен сензор за докосване, имаме нужда от верига, която може да измерва капацитета с достатъчна точност, за да идентифицира увеличаването на капацитета, причинено от присъствието на пръст. Има различни начини да направите това, някои са доста прости, други са по-сложни. В тази статия ще разгледаме два основни подхода за внедряване на капацитивна сензорна функционалност: първият се основава на времевата константа на веригата RC (резистор-кондензатор), а вторият се основава на честотни смени.
RC верига времеконстанта
Може също така да почувствате университетска носталгия, когато видите експоненциална крива, представяща графиката на напрежението като зареждане или разреждане на кондензатор. Може би някой, гледайки тази крива за първи път, е осъзнал, че висшата математика все още има нещо общо с реалния свят и дори в ерата на роботите, работещи в лозя, има нещо привлекателно в простотата на разреждане на кондензатор. Във всеки случай знаем, че тази експоненциална крива се променя, когато резисторът или кондензаторът се променят. Да кажем, че имаме RC верига, състояща се от 1 MΩ резистор и капацитивен сензор за докосване с типичен капацитет (без пръст) от 10 pF.
Можем да използваме I/O щифт с общо предназначение (конфигуриран като изход), за да заредим кондензатора до логическо високо напрежение. След това трябва да разредим кондензатора през голям резистор. Важно е да разберете, че не можете просто да превключите изходното състояние на логическо ниско. I/O щифт, конфигуриран като изход, ще доведе до ниско ниво на сигнала, т.е. ще създаде връзка с ниско съпротивление на изхода към земята. По този начин кондензаторът бързо ще се разреди през това ниско съпротивление - толкова бързо, че микроконтролерът няма да може да открие фините временни промени, създадени от малки промени в капацитета. Това, което искаме тук, е щифт с високо входно съпротивление, което ще доведе до преминаване на почти целия разряден ток през резистора и това може да се постигне чрез конфигуриране на щифта да действа като вход. И така, първо задавате щифта като изход, който извежда високо логическо ниво, а след това етапът на разреждане се извиква чрез промяна на режима на щифта към входа. Полученото напрежение ще изглежда така:
Ако някой докосне сензора и по този начин създаде допълнителен капацитет от 3 pF, времевата константа ще се увеличи, както следва:
По човешки стандарти времето за разреждане не се различава много, но модерен микроконтролер със сигурност може да открие тази промяна. Да кажем, че имаме таймер с тактова честота 25 MHz; стартираме таймер, когато превключим pin в режим на въвеждане. Можем да използваме таймер, за да следим времето за разреждане, като конфигурираме същия този щифт да действа като тригер, който задейства събитие за улавяне („улавяне“ означава съхраняване на стойността на таймера в отделен регистър). Събитие за улавяне ще настъпи, когато напрежението на разреждане пресече долния праг на извода, например 0,6 V. Както е показано на следващата графика, разликата във времето на разреждане спрямо прага от 0,6 V е ΔT = 5,2 µs.
При тактов период на таймера от 1/(25 MHz) = 40 ns, това ΔT съответства на 130 тактови цикъла. Дори ако промяната на капацитета е намалена с фактор 10, все още имаме разлика от 13 цикъла между недокоснатия сензор и докоснатия сензор.
Така че идеята е многократно да зареждате и разреждате кондензатора чрез контролиране на времето за разреждане; ако времето за разреждане надвишава определената грешка, микроконтролерът приема, че пръстът е осъществил „контакт“ с кондензатора на сензора за докосване (слагам „контакт“ в кавички, защото пръстът всъщност никога не докосва кондензатора - както беше споменато в предишната статия, кондензаторът е отделен от външната среда с лак върху платката и корпуса на устройството). Реалният живот обаче е малко по-сложен от идеализираната дискусия, представена тук; Източниците на грешки се обсъждат по-долу в раздела „Работа в реалност“.
Променлив кондензатор, променлива честота
При внедряване на промяна на честотата, капацитивен сензор се използва като "C" част в RC осцилатор, така че промяната в капацитета причинява промяна в честотата. Изходният сигнал се използва като вход към модул за брояч, който отчита броя на повишенията или спадовете, които се случват по време на периода на измерване. Когато приближаващ пръст предизвиква увеличаване на капацитета на сензора, честотата на изхода на осцилатора намалява и по този начин броят на покачванията/спаданията също намалява.
Така нареченият релаксиращ осцилатор (осцилатор, чиито пасивни и активни нелинейни елементи нямат резонансни свойства) е основната верига, която може да се използва за тази цел. Това изисква няколко резистора и компаратор в допълнение към кондензатора на сензора за докосване. Това изглежда създава повече проблеми от метода за зареждане/разреждане, обсъден по-горе, но ако вашият микроконтролер има вграден модул за сравнение, това не е толкова лошо. Няма да навлизам в подробности за тази осцилаторна верига, защото първо тя се обсъжда на много други места и второ, малко вероятно е да искате да използвате този осцилаторен метод, когато има много микроконтролери и самостоятелни интегрални схеми, които предлагат високопроизводителна капацитивна сензорна функционалност. Ако нямате друг избор, освен да създадете своя собствена верига с капацитивен сензор за докосване, мисля, че методът за зареждане/разреждане, описан по-горе, е по-прост. В противен случай направете живота си малко по-лесен, като изберете микроконтролер със специален хардуер за капацитивен сензор за докосване.
Пример за вграден модул, базиран на релаксиращ осцилатор, е капацитивният периферен сензор в микроконтролери EFM32 от Silicon Labs:
Мултиплексорът позволява честотата на трептене да се контролира от осем различни кондензатора на сензора за докосване. Чрез бързо превключване между каналите, контролерът може ефективно да управлява осем сензорни бутона едновременно, тъй като работната честота на микроконтролера е много висока в сравнение със скоростта на пръста.
Работете в реалността
Капацитивната сензорна система ще бъде засегната от високочестотен и нискочестотен шум.
Високочестотният шум причинява малки промени във времето на разреждане или измерванията на броя на границите от проба на проба. Например веригата за зареждане/разреждане без пръсти, обсъдена по-горе, може да има време за разреждане от 675 цикъла, след това 685 цикъла, след това 665 цикъла, след това 670 цикъла и т.н. Значението на този шум зависи от очакваната промяна във времето за разреждане, когато се постави пръст. Ако капацитетът се увеличи с 30%, тогава ΔT ще бъде 130 цикъла. Ако нашите високочестотни промени са само ±10 цикъла, тогава можем лесно да различим сигнала от шума.
Увеличението на капацитета с 30% обаче е близо до максималната промяна на капацитета, която можем да очакваме. Ако получим само 3% промяна, ΔT ще бъде 13 цикъла, което е твърде близо до нивото на шума. Един от начините да намалите ефекта на шума е да увеличите амплитудата на сигнала и можете да направите това, като намалите физическото разстояние между отпечатания кондензатор и пръста. Често обаче механичният дизайн е ограничен от други фактори и вече не можете да увеличите нивото на сигнала. В този случай трябва да намалите нивото на шума, което може да се постигне чрез осредняване. Например всяко ново време на разреждане може да не се сравнява с предишното време на разреждане, а със средната стойност от последните 4, 8 или 32 измервания на времето на разреждане. Методът, базиран на изместване на честотата, описан по-горе, автоматично включва осредняване, тъй като малки промени около централната честота няма да повлияят значително на броя цикли, отчетени за период на измерване, който е по-дълъг от периода на трептене.
Нискочестотният шум се отнася до дългосрочни промени в капацитета на сензора без докосване с пръст; тези промени може да са причинени от условията на околната среда. Този тип смущения не могат да бъдат осреднени, тъй като промените могат да продължат за много дълъг период от време. Следователно единственият начин за ефективно справяне с нискочестотния шум трябва да бъде адаптивен: прагът, използван за откриване на присъствие на пръст, не може да бъде фиксирана стойност. Вместо това трябва редовно да се коригира въз основа на измерени стойности, които не показват значителни краткосрочни промени, като тези, причинени от близостта на пръст.
Заключение
Методите за внедряване, обсъдени в тази статия, показват, че капацитивното откриване на допир не изисква сложен хардуер и софтуер. Въпреки това, това е универсална, надеждна технология, която осигурява значително подобрение на производителността спрямо механичните алтернативи.
Сензор за докосване за Arduino
Модулът е сензорен бутон, на изхода му се генерира цифров сигнал, чието напрежение съответства на нивата на логически единици и нула. Отнася се за капацитивни сензори за докосване. С такива входни устройства се сблъскваме при работа с дисплея на таблет, iPhone или тъчскрийн монитор. Ако на монитора натиснем иконата със стилус или пръст, тогава за това използваме област от повърхността на дъската с размер на икона на Windows, която се докосва само с пръст, стилусът е изключен. Основата на модула е чипът TTP223-BA6. Има индикатор за захранване.
Контрол на ритъма на възпроизвеждане на мелодия
Когато се монтира в устройството, зоната на сензора на повърхността на платката на модула е покрита с тънък слой фибростъкло, пластмаса, стъкло или дърво. Предимствата на капацитивен сензорен бутон включват дълъг експлоатационен живот и възможност за запечатване на предния панел на устройството, антивандалски свойства. Това позволява сензорът за докосване да се използва във външни уреди в директен контакт с водни капки. Например бутон за звънец или домакински уреди. Интересно приложение в оборудването на интелигентния дом е подмяната на ключове за осветление.
Характеристики
Захранващо напрежение 2.5 - 5.5 V
Време за реакция при докосване в различни режими на консумация на ток
ниско 220 ms
типично 60 ms
Изходен сигнал
Волтаж
висок дънер. ниво 0,8 X захранващо напрежение
нисък дънер. ниво 0,3 X захранващо напрежение
Ток при 3 V захранващи и логически нива, mA
ниско 8
високо -4
Размери на дъската 28 х 24 х 8 мм
Контакти и сигнал
Без докосване - изходният сигнал е с ниско логическо ниво, докосване - логическа единица на изхода на сензора.
Защо работи или някаква теория
Човешкото тяло, както всичко, което ни заобикаля, има електрически характеристики. Когато сензорът за докосване се задейства, се появява нашият капацитет, съпротивление, индуктивност. От долната страна на платката на модула има част от фолио, свързана към входа на микросхемата. Между пръста на оператора и фолиото от долната страна има диелектричен слой - материалът на носещата основа на печатната платка на модула. В момента на контакт човешкото тяло се зарежда с микроскопичен ток, протичащ през кондензатор, образуван от парче фолио и човешки пръст. В опростен изглед токът протича през два последователно свързани кондензатора: фолио, пръст, разположен на противоположните повърхности на дъската, и човешкото тяло. Следователно, ако повърхността на платката е покрита с тънък слой изолатор, това ще доведе до увеличаване на дебелината на диелектричния слой на фолио-пръстовия кондензатор и няма да наруши работата на модула.
Микросхемата TTP223-BA6 улавя малък микротоков импулс и регистрира докосване. Благодарение на свойствата на микросхемата, тази технология не причинява никаква вреда при работа с такива токове. Когато докоснем корпуса на работещ телевизор или монитор, през нас преминават микротокове с по-голяма сила.
Режим на ниска мощност
След подаване на захранване сензорът за докосване е в режим на ниска мощност. След задействане за 12 секунди, модулът преминава в нормален режим. Ако не се осъществи допълнителен контакт, модулът ще се върне в режим на намалена консумация на ток. Скоростта на реакция на модула при докосване в различни режими е дадена в спецификациите по-горе.
Работа с Arduino UNO
Изтеглете следната програма на Arduino UNO.
#define ctsPin 2 // Контакт за свързване на сигналната линия на сензора за докосване
int ledPin = 13; // Пин за LED
Void setup() (
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPin, ИЗХОД);
pinMode(ctsPin, INPUT);
}
void loop() (
int ctsValue = digitalRead(ctsPin);
if (ctsValue == HIGH)(
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Serial.println("ДОПИНАТ");
}
иначе(
digitalWrite(ledPin,LOW);
Serial.println("не е докоснат");
}
забавяне (500);
}
Свържете сензора за докосване и Arduino UNO, както е показано. Веригата може да бъде допълнена със светодиод, който се включва при докосване на сензора, свързан чрез резистор 430 Ohm към щифт 13. Сензорните бутони често са оборудвани с сензорен индикатор. Това улеснява работата на оператора. При натискане на механичен бутон усещаме щракане независимо от реакцията на системата. Тук новостта на технологията е малко изненадваща поради нашите двигателни умения, които са се развили през годините. Индикаторът за налягане ни спасява от прекомерно усещане за новост.
Вашият регион:
Вземане от офиса
Вземане от офис в Москва
- При направена до 15:00 часа в делничен ден, поръчката може да бъде взета след 17:00 часа на същия ден, в противен случай - следващия делничен ден след 17:00 часа. Ще се обадим и ще потвърдим готовността на поръчката.
- Можете да получите поръчка от 10:00 до 21:00 часа седем дни в седмицата след като е готова. Поръчката ще ви чака 3 работни дни. Ако искате да удължите срока на съхранение, пишете или се обадете.
- Запишете номера на поръчката си, преди да посетите. Изисква се при получаване.
- За да стигнете до нас, представете паспорта си на входа, кажете, че сте в Амперка и вземете асансьора до 3-тия етаж.
- безплатно
Доставка с куриер в Москва
- Доставяме на следващия ден при поръчка до 20:00 ч., в противен случай - на следващия ден.
- Куриерите работят от понеделник до събота от 10:00 до 22:00 часа.
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване или онлайн при поръчка.
- 250 ₽
Доставка до PickPoint
- точка за избор.
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване или онлайн при поръчка.
- 240 ₽
Доставка с куриер в Санкт Петербург
Доставка с куриер в Санкт Петербург
- Доставяме през ден при поръчка до 20:00 ч., в противен случай - след два дни.
- Куриерите работят от понеделник до събота от 11:00 до 22:00 часа.
- При съгласуване на поръчка можете да изберете тричасов интервал на доставка (най-ранният е от 12:00 до 15:00 часа).
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване или онлайн при поръчка.
- 350 ₽
Доставка до PickPoint
- Доставката до място за получаване е модерен, удобен и бърз начин да получите поръчката си без да звъните и да хващате куриери.
- Точката за получаване е павилион с човек или набор от железни кутии. Те се поставят в супермаркети, офис центрове и други популярни места. Вашата поръчка ще бъде в точката, която изберете.
- Можете да намерите най-близката до вас точка на картата на PickPoint.
- Срок на доставка - от 1 до 8 дни в зависимост от града. Например в Москва е 1-2 дни; Петербург - 2-3 дни.
- Когато поръчката пристигне на място за получаване, ще получите SMS с код за получаването й.
- Във всеки удобен момент в рамките на три дни можете да дойдете на място и да използвате кода от SMS, за да получите поръчка.
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване или онлайн при поръчка.
- Цена на доставка - от 240 рубли, в зависимост от града и размера на поръчката. Изчислява се автоматично по време на касата.
- 240 ₽
Доставка до точката на получаване
Доставка до PickPoint
- Доставката до място за получаване е модерен, удобен и бърз начин да получите поръчката си без да звъните и да хващате куриери.
- Точката за получаване е павилион с човек или набор от железни кутии. Те се поставят в супермаркети, офис центрове и други популярни места. Вашата поръчка ще бъде в точката, която изберете.
- Можете да намерите най-близката до вас точка на картата на PickPoint.
- Срок на доставка - от 1 до 8 дни в зависимост от града. Например в Москва е 1-2 дни; Петербург - 2-3 дни.
- Когато поръчката пристигне на място за получаване, ще получите SMS с код за получаването й.
- Във всеки удобен момент в рамките на три дни можете да дойдете на място и да използвате кода от SMS, за да получите поръчка.
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване или онлайн при поръчка.
- Цена на доставка - от 240 рубли, в зависимост от града и размера на поръчката. Изчислява се автоматично по време на касата.
Пощенска станция
- Доставката се извършва до най-близкия пощенски клон. клоновевъв всяко населено място Русия.
- Тарифата и времето за доставка се диктуват от Руските пощи. Средно времето за изчакване е 2 седмици.
- Прехвърляме поръчката на Руската поща в рамките на два работни дни.
- Можете да заплатите поръчката в брой при получаване (наложен платеж) или онлайн при поръчка.
- Цената се изчислява автоматично по време на поръчката и трябва да бъде средно около 400 рубли.
Доставка с EMS
- Услугата EMS Russian Post е по-бърза и по-надеждна от обикновената поща и доставя до врататакупувач.
- Тарифата и времето за доставка се диктуват от услугата EMS. Средното време за изчакване в Русия е 4-5 дни.
- Прехвърляме поръчката към EMS в рамките на два работни дни.
- Плащането може да се извърши само онлайн при плащане.
- Цената се изчислява автоматично по време на процеса на поръчка и трябва да бъде средно 400-800 рубли за Русия и 1500-2000 рубли за страните от ОНД.
Освен в онлайн магазина, продуктът е представен още:
Офис магазин, м. Таганская
Офис магазин, м. Таганская
Стоки от офиса не могат да бъдат поръчвани онлайн или резервирани. Можете само да дойдете, да грабнете и да избягате. Наличното количество е актуално към момента на зареждане на страницата.
Офисът се намира на 5 минути пеша от метростанция Taganskaya, на улица Bolshoy Drovyanoy 6.
Скоро Магазин-работилница, м. Лиговски пр-т
Магазин-работилница, м. Лиговски пр-т
Артикулите от магазина на работилницата не могат да бъдат поръчвани онлайн или резервирани. Можете само да дойдете, да грабнете и да избягате. Наличното количество е актуално към момента на зареждане на страницата.
Магазинът-работилница се намира на три минути пеша от метростанция Ligovsky Prospekt, на територията на пространството Loft Project Floors, на 74D Ligovsky Prospekt.
Капацитивният сензор за докосване работи като нормален бутон, но няма движещи се части. Бутонът ще се усеща като "натиснат" през тялото на устройството и ще действа като превключвател за близост в проекти за домашна автоматизация.
Сензорът работи чрез неметални материали - пластмаса, картон, шперплат или стъкло. Тази функция може да се използва за създаване на скрити или защитени контроли.
Поставете модула в запечатан калъф или го скрийте под предния панел на устройството - бутонът ще усети приближаването на пръст дори през четиримилиметров диелектричен слой.
Използването като "бутон" не е единственият случай на използване на капацитивни сензори. Те са чудесни за наблюдение на нивото на водата в пластмасова бъчва или стъклен аквариум.
Какво има на борда
Системата за откриване на допир се състои от сензорен елемент, единица за измерване на капацитета на сензора и логическа схема, която реагира на промените в капацитета, когато обект се приближи.
Като чувствителен елемент се използва тоководеща верига в предната част на модула.
Логиката е базирана на чипа AT42QT1010. Той отговаря за автоматичното калибриране на сензора. Калибрирането отнема около половин секунда и се извършва веднага след подаване на захранване към модула. В допълнение, микросхемата филтрира стойностите, компенсира дрейфа на капацитивния сензор и коригира работата на устройството при промяна на температурата и влажността на околната среда.
При всяко задействане на сензора светва яркочервен светодиод. Това ще помогне при отстраняване на грешки в проекта и е полезно за създаване на интерактивни контролни панели.
Връзка
Сензорният модул по същество е подобен на цифров бутон. Докато бутонът е натиснат, сензорът дава логическа единица; когато бутонът не е натиснат - логическа нула.
В опростен вариант модулът е свързан към управляващата електроника като обикновен бутон - един.
За това се използва лявата група контакти:
- Контакт S е сигнален щифт, свързан към цифровия вход на контролера.
- Контакт V - мощност. Свързва се към захранваща линия 3,3-5V.
- Pin G - свързва се към земята.
В дясната група контакти се използва само един щифт - M. Той превключва режимите на работа на модула. Двата останали крака се използват за сигурно фиксиране на модула към Troyka Slot Shield.
Превключване на режима на работа
По подразбиране модулът работи в режим на ниска мощност. Сензорът се запитва на всеки 80 милисекунди. Това значително спестява енергия от батерията.
Ако трябва да увеличите отзивчивостта на интерфейса, свържете щифт M към контролера и приложете към него логическа единица. Модулът ще премине в режим на високоскоростна обработка на данни, интервалът на запитване на сензора ще намалее до 10 милисекунди.
Оборудване
- 1 × модулна платка
Характеристики
- Захранващо напрежение: 3.3-5V
- Сензорен контролер: AT42QT1010
- Интерфейс на бутоните: цифров, двоичен
- Размери: 25×25 мм
