3 Madaling Capacitive Proximity Sensor Circuits na ginalugad

Sa post na ito, komprehensibong tinatalakay namin ang isang 3 pangunahing mga circuit ng sensor ng kalapitan na may maraming mga circuit ng application at detalyadong mga tampok ng circuit. Ang unang dalawang capacitive proximity sensor circuit ay gumagamit ng isang simpleng IC 741 at IC 555 batay sa mga konsepto, habang ang huli ay medyo mas tumpak at isinasama ang isang tumpak na disenyo ng batay sa PC PCF8883.

1) Paggamit ng IC 741

Ang circuit na ipinaliwanag sa ibaba ay maaaring mai-configure upang maisaaktibo ang isang relay o anumang naaangkop na karga tulad ng a gripo ng tubig , sa sandaling lumapit ang katawan o kamay ng tao sa capacitive sensor plate. Sa mga tukoy na kundisyon ang kalapitan ng kamay ay sapat lamang upang ma-trigger ang output ng circuit.

Ang isang mataas na input ng impedance ay ibinibigay ng Q1, na isang regular na field effect transistor tulad ng 2N3819. Ang isang pamantayang 741 op amp ay nagtatrabaho sa anyo ng isang sensitibong antas ng switch ng boltahe na pagkatapos ay hinihimok ang kasalukuyang buffer Q2, isang daluyan ng kasalukuyang pnp bipolar transistor, sa gayon ay pinapagana ang relay na maaaring sanay na lumipat ng isang aparato, tulad ng mga alarma, faucet atbp .

Habang ang circuit ay nasa kondisyon na idle standby, ang boltahe sa pin 3 ng op amp ay naayos na mas malaki kaysa sa antas ng pin 2 boltahe sa pamamagitan ng naaangkop na pag-aayos ng preset na VR1.

Tinitiyak nito na ang boltahe sa output pin 6 ay magiging mataas na sanhi ng transistor Q2 at ang relay ay mananatiling naka-off.

Kapag ang daliri ay dinala malapit sa sensor plate o bahagyang hawakan, ang isang pagbaba sa kabaligtaran na bias VGS ay magpapataas ng kasalukuyang alisan ng FET Q1 at ang magresultang pagbagsak sa kabuuan ng R1 boltahe ay magbabawas ng op amp pin 3 boltahe sa ibaba ng boltahe na mayroon sa pin 2.

Magreresulta ito sa pin 6 boltahe na mahulog at dahil dito lumipat sa relay sa pamamagitan ng Q2. Ang Resistor R4 ay maaaring matukoy upang ang relay ay pinananatiling naka-OFF sa ilalim ng normal na mga kondisyon, isinasaalang-alang na ang isang maliit na positibong off set boltahe ay maaaring bumuo sa op amp pin 6 output kahit na ang pin 3 boltahe ay nangyari na mas mababa kaysa sa pin 2 boltahe sa ang quiescent (idle) na estado. Ang problemang ito ay maaaring malunasan sa pamamagitan lamang ng pagdaragdag ng isang LED sa serye gamit ang Q2 base.

2) Paggamit ng IC 555

Ipinapaliwanag ng post ang isang mabisang IC 555 batay sa capacitive proximity sensor circuit na maaaring magamit para sa pagtuklas ng mga nanghihimasok malapit sa isang presyong bagay tulad ng iyong sasakyan. Ang ideya ay hiniling ni G. Max Payne.

Ang Kahilingan sa Circuit

Kumusta Swagatam,

Mangyaring Mag-post ng isang Capacitive / Body / Sensitive Circuit na maaaring mailapat sa bisikleta. Ang nasabing aparato na nakikita sa system ng seguridad ng kotse, Kapag ang isang tao ay malapit sa kotse o isang simpleng 1 sa kalapitan ay mag-uudyok ng alarma sa loob ng 5 segundo.

Paano gumagana ang ganitong uri ng alarma, ang alarm lamang ay nag-uudyok kapag ang isang tao ay lumapit (sabihin 30cm) anong uri ng sensor ang ginagamit nila?

Diagram ng Circuit

Kagandahang-loob ng Imahe ng Circuit: Elektor Electronics

Ang disenyo

Ang capacitive sensor circuit ay maaaring maunawaan sa tulong ng sumusunod na paglalarawan:

Ang IC1 ay karaniwang naka-wire bilang isang astable, ngunit nang hindi isinasama ang isang tunay na kapasitor. Dito ipinakilala ang isang capacitive plate at kinukuha ang posisyon ng kinakailangan ng capacitor para sa astable na operasyon.

Dapat pansinin na ang mas malaking capacitive plate ay makakapagdulot ng mas mahusay at mas maaasahang tugon mula sa circuit.

Dahil ang circuit ay inilaan upang gumana bilang isang sistema ng seguridad ng alerto sa kalapitan ng katawan ng sasakyan, ang katawan mismo ay maaaring magamit bilang capacitive plate, at ito ay napakalaking dami ng akma na angkop sa aplikasyon.

Sa sandaling ang capacitive proximity sensor plate ay isinama, ang IC555 ay dumating sa isang standby na posisyon para sa mga astable na pagkilos.

Sa pagtuklas ng isang elemento na 'ground' sa isang malapit na lugar, na maaaring kamay ng isang tao, ang kinakailangang capacitance ay binuo sa kabuuan ng pin2 / 6 at ground ng IC.

Ang mga nabanggit sa itaas ay nagreresulta sa isang agarang pagbuo ng dalas habang nagsisimula ang oscillating ng IC sa astable mode nito.

Ang senyas na parang talanggana ay nakuha sa pin3 ng IC na naaangkop na 'isinama' sa tulong ng R3, R4, R5 kasama ang C3 ---- C5.

Ang resulta na 'integrated' ay pinakain sa isang entablado ng opamp na itinalsik bilang isang kumpare.

Ang kumpare na nabuo sa paligid ng IC2 ay tumutugon sa pagbabagong ito mula sa IC1 at isinalin ito sa isang nag-uudyok na boltahe, nagpapatakbo ng T1 at ang kaukulang relay.

Ang relay ay maaaring i-wire gamit ang isang sirena o isang sungay para sa kinakailangang pag-alarma.

Gayunpaman praktikal na nakikita na ang IC1 ay gumagawa ng isang positibong tugatog sa negatibong boltahe na pulso sa instant kapag ang isang caapcitive ground ay napansin malapit sa plato.

Ang IC2 ay tumutugon lamang sa biglaang pagtaas ng ito ng rurok na boltahe para sa kinakailangang pag-trigger.

Kung ang capacitive body ay patuloy na nasa malapit na plate, ang voltahe ng rurok ng rurok sa pin3 ay nawala sa isang antas na maaaring hindi matukoy ng IC2, ginagawa itong hindi aktibo, nangangahulugang ang relay ay mananatiling aktibo lamang sa instant na sangkap ng capacitive ay dinala. o tinanggal malapit sa ibabaw ng plato.

P1, P2 ay maaaring ayusin para sa pagkuha ng maximum na pagkasensitibo mula sa capacitive plate
Para sa pagkuha ng isang aksyon sa pagdidikit, ang output ng IC2 ay maaaring karagdagang isinama sa isang flip flop circuit, na ginagawang ganap na tumpak at madaling tumugon ang capacitive proximity sensor circuit.

3) Paggamit ng IC PCF8883

Ang IC PCF8883 ay idinisenyo upang gumana tulad ng isang katumpakan na capacitive proximity sensor switch sa pamamagitan ng isang natatanging (may patenteng EDISEN) na digital na teknolohiya para sa pandama ng pinakamaliit na pagkakaiba sa capacitance sa paligid ng tinukoy nitong plate ng sensing.

Pangunahing Mga Tampok

Ang mga pangunahing tampok ng dalubhasang capacitive proximity sensor na ito ay maaaring maging mga pag-aaral tulad ng ibinigay sa ibaba:

Ipinapakita ng sumusunod na imahe ang panloob na pagsasaayos ng IC PCF8883

Ang IC ay hindi umaasa sa tradisyunal Dynamic capacitance mode ng sensing sa halip nakita ang pagkakaiba-iba sa static capacitance sa pamamagitan ng paggamit ng awtomatikong pagwawasto sa pamamagitan ng tuluy-tuloy na auto-calibration.

Ang sensor ay karaniwang sa anyo ng isang maliit na conductive foil na maaaring direktang isinama sa mga nauugnay na pinout ng IC para sa inilaan na capacitive sensing o marahil ay natapos sa mas mahabang distansya sa pamamagitan ng coaxial cables para sa pagpapagana ng tumpak at mabisang remote capacitive proximity sensing na operasyon

Ang mga sumusunod na numero ay kumakatawan sa mga detalye ng pinout ng IC PCF8883. Ang detalyadong paggana ng iba't ibang mga pinout at ang built-in na circuitry ay maaaring maunawaan sa mga sumusunod na puntos:

Mga Detalye ng Pinout ng IC PCF8883

Ang pinout IN na kung saan ay dapat na konektado sa panlabas na capacitive sensing foil ay naka-link sa ICs panloob na network ng RC.

Ang oras ng paglabas na ibinigay ng 'tdch' ng RC network ay inihambing ng oras ng paglabas ng pangalawang in-bult RC network na tinukoy bilang 'tdchimo'.

Ang dalawang mga network ng RC ay dumaan sa pana-panahong pagsingil ng VDD (INTREGD) sa pamamagitan ng magkaparehong at magkasabay na switch network, at pagkatapos ay pinalabas sa tulong ng isang risistor sa Vss o sa lupa

Ang rate kung saan isinasagawa ang pagsingil ng singil na ito ay kinokontrol ng isang rate ng sampling na tinukoy ng 'fs'.

Kung sakaling ang potensyal na pagkakaiba ay makikita na bumababa sa ibaba ng panloob na itinakda na boltahe ng sanggunian na VM, ang kaukulang output ng kumpare ay may kaugaliang maging mababa. Ang antas ng lohika na sumusunod sa mga kumpare ay kinikilala ang eksaktong kumpare na talagang maaaring lumipat bago ang isa pa.

At kung ang tuktok na kumpare ay makilala na unang pinaputok, nagreresulta ito sa isang pulso na nai-render sa CUP, samantalang kung ang mas mababang kumpare ay napansin na lumipat bago ang itaas, kung gayon ang pulso ay pinagana sa CDN.

Ang mga nasa itaas na pulso ay nakikibahagi sa pagkontrol sa antas ng singil sa panlabas na capacitor Ccpc na nauugnay sa pin CPC. Kapag ang isang pulso ay nabuo sa CUP, ang Ccpc ay sisingilin sa pamamagitan ng VDDUNTREGD para sa isang naibigay na tagal ng oras na nagpapalitaw ng tumataas na potensyal sa Ccpc.

Medyo sa parehong mga linya, kapag ang isang pulso ay nai-render sa CDN, ang Ccpc ay nai-link sa kasalukuyang sink aparato sa lupa na pinalabas ang capacitor na sanhi ng potensyal na gumuho.

Sa tuwing ang capacitance sa pin IN ay nakakakuha ng mas mataas, ito nararapat na nagdaragdag ng paglabas ng oras tdch, na kung saan ay sanhi ng boltahe sa kabuuan ng kaugnay na kumpara upang mahulog sa isang naaangkop na mas mahabang oras. Kapag naganap ito ang output ng kumpara ay may posibilidad na makakuha ng mababa na siya namang nagbibigay ng isang pulso sa CDN na pinipilit ang panlabas na capacitor CCP na maalis sa ilang mas maliit na degree.

Ipinapahiwatig nito na ang CUP ay bumubuo ngayon ng karamihan ng mga pulso na sanhi ng pagsingil ng CCP nang higit pa nang hindi dumadaan sa anumang karagdagang mga hakbang.

Sa kabila nito, ang awtomatikong boltahe na kinokontrol na tampok sa pag-calibrate ng IC na umaasa sa isang sink na kasalukuyang regulasyon na 'ism' na nauugnay sa pin IN ay nagsisikap na balansehin ang oras ng paglabas ng tdch sa pamamagitan ng pagtukoy dito sa isang panloob na itinakdang tdcmef ng oras ng paglabas.

Ang boltahe sa buong Ccpg ay kasalukuyang kinokontrol at nagiging responsable para sa paglabas ng kapasidad sa IN sa halip mabilis tuwing ang potensyal sa buong CCP ay napansin na tumataas. Perpektong balansehin nito ang pagtaas ng capacitance sa input pin IN.

Ang epektong ito ay nagbubunga ng isang closed loop tracking system na patuloy na sinusubaybayan at nakikibahagi sa isang awtomatikong pagpapantay ng paglabas ng oras tdch na may sanggunian sa tdchlmf.

Nakakatulong ito upang maitama ang mga tamad na pagkakaiba-iba sa capacitance sa kabuuan ng IN pinout ng IC. Sa panahon ng mabilis na pagsingil ng mga sates halimbawa kapag ang isang daliri ng tao ay lumapit sa sensing foil nang mabilis, ang tinalakay na kabayaran ay maaaring hindi lumipat, sa mga kondisyon ng katiyakan ang haba ng panahon ng paglabas ay hindi naiiba na nagdudulot ng pulso na halili na magbagu-bago sa buong CUP at CDN.

Ito ay karagdagang nagpapahiwatig na sa mas malaking halaga ng Ccpg isang medyo pinaghihigpitang pagkakaiba-iba ng boltahe para sa bawat pulso ay maaaring asahan para sa CUP o CDN.

Samakatuwid ang panloob na kasalukuyang lababo ay nagbubunga ng isang mas mabagal na kabayaran, sa gayon ang pagpapahusay ng pagiging sensitibo ng sensor. Sa kabaligtaran, kapag ang CCP ay nakakaranas ng pagbawas, nagiging sanhi ng pagbaba ng pagkasensitibo ng sensor.

In-Built Sensor Monitor

Ang isang built-in na yugto ng counter ay sinusubaybayan ang mga nag-trigger ng sensor at tumutugma sa bilang ng mga pulso sa buong CUP o CDN, ang counter ay makakakuha ng pag-reset sa bawat oras na ang direksyon ng pulso sa buong CUP sa mga alternatibong o pagbabago ng CDN.

Ang output pin na kinakatawan bilang OUT ay sumasailalim lamang ng isang pag-activate kapag nakita ang sapat na bilang ng mga pulso sa buong CUP o CDN. Ang katamtamang antas ng pagkagambala o mabagal na pakikipag-ugnayan sa kabuuan ng sensor o input capacitance ay hindi gumagawa ng anumang epekto sa pag-trigger ng output.

Ginagawa ng maliit na tilad ang ilang mga kundisyon tulad ng hindi pantay na mga pattern ng pagsingil / paglabas upang ang isang nakumpirmang paglipat ng output ay nai-render at ang maling pagtuklas ay natanggal.

Advanced na Start-up

Ang IC ay nagsasama ng isang advanced na start-up circuitry na nagbibigay-daan sa maliit na tilad upang maabot ang balanse sa halip na mabilis na kapag ang supply dito ay nakabukas ON.

Sa panloob ang pin OUT ay naka-configure bilang isang bukas na alisan ng tubig na nagsisimula sa pinout na may isang mataas na lohika (Vdd) na may maximum na 20mA kasalukuyang para sa isang nakakabit na karga. Kung sakaling ang output ay napailalim sa mga pag-load ng higit sa 30mA, ang supply ay agad na naka-disconnect dahil sa tampok na proteksyon ng maikling circuit na agad na na-trigger.
Ang pinout na ito ay tumutugma din sa CMOS at samakatuwid ay naaangkop para sa lahat ng mga nakabatay sa CMOS o mga yugto ng circuit.

Tulad ng nabanggit nang mas maaga, ang sampling rate parameter na 'fs' ay nauugnay sa kanyang sarili bilang 50% ng dalas na nagtatrabaho sa RC timing network. Ang rate ng sampling ay maaaring maitakda sa isang paunang natukoy na span sa pamamagitan ng naaangkop na pag-aayos ng halaga ng CCLIN.

Ang isang dalas ng internal na na-modulate na oscillator na 4% sa pamamagitan ng isang pseudo-random-signal ay pumipigil sa anumang pagkakataong makagambala mula sa mga nakapaligid na mga frequency ng AC.

Mode ng Tagapili ng Estado ng Output

Nagtatampok din ang IC ng isang kapaki-pakinabang na 'output state seleksyon mode' na maaaring magamit para sa pagpapagana ng output pin sa alinman sa monostable o bistable estado bilang tugon sa capacitive sensing ng input pinout. Na-render ito sa sumusunod na pamamaraan:

Mode # 1 (TYPE pinagana sa Vss): Ang output ay nai-render aktibo para sa sp hangga't ang input ay gaganapin sa ilalim ng panlabas na impluwensyang capacitive.

Mode # 2 (Pinagana ang TYPE sa VDD / NTRESD): Sa mode na ito ang output ay halili na nakabukas ON at OFF (mataas at mababa) bilang tugon sa kasunod na capacitive na pakikipag-ugnayan sa sensor foil.

Mode # 3 (pinagana ang CTYPE sa pagitan ng TYPE at VSS): Sa kondisyong ito ang output pin ay na-trigger (mababa) para sa ilang paunang natukoy na haba ng oras bilang tugon sa bawat capacitive sensing input, na ang tagal ay proporsyonal sa halaga ng CTYPE at maaaring iba-iba na may rate na 2.5ms bawat nF capacitance.

Ang isang standardvalue para sa CTYPE para sa pagkuha ng isang 10ms pagkaantala sa mode # 3 ay maaaring 4.7nF, at ang maximum na pinahihintulutang halaga para sa CTYPE ay 470nF, na maaaring magresulta sa isang pagkaantala ng halos isang segundo. Ang anumang biglaang capacitive interbensyon o impluwensya sa panahong ito ay simpleng binabalewala.

Paano Magagamit ang Circuit

Sa mga sumusunod na seksyon natututunan namin ang isang tipikal na pagsasaayos ng circuit gamit ang parehong IC na maaaring mailapat sa lahat ng mga produkto na nangangailangan ng eksaktong distansya kalapitan stimulated operasyon .

Ang iminungkahing capacitive proximity sensor ay maaaring sari-sari na ginagamit sa maraming iba't ibang mga application tulad ng ipinahiwatig sa sumusunod na data.

Ang isang karaniwang pagsasaayos ng application gamit ang IC ay maaaring masaksihan sa ibaba:

Pag-configure ng Circuit ng Application

Ang supply ng + input ay naka-attach sa VDD. Ang isang smoothing capacitor ay maaaring mas mabuti na konektado sa kabuuan at VDD at ground at sa VDDUNTREGD at ground para sa mas maaasahan na pagtatrabaho ng maliit na tilad.

Ang halaga ng capacitance ng COLIN na ginawa sa pin CLIN ay inaayos ang rate ng sampling nang epektibo. Ang pagtaas ng rate ng sampling ay maaaring paganahin ang pagpapahusay ng oras ng reaksyon sa sensing input na may proporsyonal na pagtaas sa kasalukuyang pagkonsumo

Plate ng Sensor ng Proximity

Ang sensing capacitive sensing plate ay maaaring nasa anyo ng isang maliit na metal foil o plate na may kalasag at nakahiwalay sa isang hindi kondaktibong layer.

Ang sensing area na ito ay maaaring wakasan sa mas mahabang distansya sa pamamagitan ng isang coaxial cable na CCABLE na ang ibang mga dulo ay maaaring maiugnay sa IN ng IC, o ang plate ay maaaring direktang konektado sa INpinout ng IC depende sa mga pangangailangan ng aplikasyon.

Ang IC ay nilagyan ng isang panloob na mababang pass circuit circuitry na makakatulong upang sugpuin ang lahat ng mga form ng pagkagambala ng RF na maaaring subukang gumawa ng paraan sa IC sa pamamagitan ng IN pin ng IC.

Bilang karagdagan tulad ng ipinahiwatig sa diagram ang isa ay maaari ring magdagdag ng isang panlabas na pagsasaayos gamit ang RF at CF upang higit na mapahusay ang RF suppression at mapalakas ang RF kaligtasan sa sakit para sa circuit.

Upang makamit ang isang pinakamainam na pagganap mula sa circuit, inirerekumenda na ang kabuuan ng mga halaga ng capacitance ng CSENSE + CCABLE + Cp ay dapat na nasa loob ng isang naibigay na naaangkop na saklaw, ang isang mahusay na antas ay maaaring sa paligid ng 30pF.

Tinutulungan nito ang control loop na gumana sa isang mas mahusay na paraan gamit ang static capacitance sa paglipas ng CSENSE para sa pagpapantay ng medyo mabagal na pakikipag-ugnayan sa sensing capacitive plate.

Makamit ang Nadagdagang Mga Capacitive Input

Para sa pagkamit ng isang mas mataas na antas ng mga capacitive input maaari itong inirerekumenda na magsama ng isang pandagdag na risistor Rc tulad ng ipinahiwatig sa diagram na makakatulong upang makontrol ang oras ng paglabas ayon sa panloob na mga panukalang kinakailangan sa oras.

Ang cross sectional area ng naka-attach na plate ng sensing o isang sensing foil ay nagiging direktang proporsyonal sa pagkasensitibo ng circuit, kasabay ng halaga ng capacitor Ccpc, ang pagbawas ng halaga ng Ccpc ay maaaring makaapekto sa pagkasensitibo ng sensing plate. Samakatuwid para sa pagkamit ng isang mabisang halaga ng pagiging sensitibo, ang Ccpc ay maaaring madagdagan nang mahusay at naaayon.

Ang pinout na may markang CPC ay naiugnay sa panloob na may isang mataas na impedance at samakatuwid ay madaling kapitan sa mga agos ng tagas.

Tiyaking napili ang Ccpc na may mataas na kalidad na PPC ng uri ng capacitor o X7R para sa pagkuha ng pinakamainam na pagganap mula sa disenyo.

Pagpapatakbo sa Mababang Temperatura

Kung sakaling ang system ay inilaan upang mapatakbo na may isang pinaghihigpitan ng kapasidad sa pag-input ng hanggang sa 35pF at sa mga nagyeyelong temperatura -20 degree C, kung gayon maipapayo na ibababa ang boltahe ng suplay sa IC sa paligid ng 2.8V. Ito naman ay nagdudulot ng saklaw ng operating ng Vlicpc boltahe na ang detalye ay nasa pagitan ng 0.6V hanggang VDD - 0.3V.

Bukod dito, ang pagbaba ng saklaw ng operating ng Vucpc ay maaaring magresulta sa pagbaba ng saklaw ng input capacitance ng circuit nang proporsyonal.

Gayundin, maaaring mapansin ng isang tao na habang ang halaga ng Vucpc ay tumataas sa pagbawas ng temperatura tulad ng ipinakita sa mga diagram, na nagsasabi sa atin kung bakit ang pagbaba ng boltahe ng supply ng boltahe ay makakatulong sa pagbawas ng temperatura.

Inirekumendang Mga Pagtukoy ng Bahagi

Ipinapahiwatig ng Talaan 6 at Talaan7 ang inirekumendang saklaw ng mga halaga ng mga sangkap na maaaring naaangkop na napili ayon sa nais na mga pagtutukoy ng aplikasyon na may sanggunian sa mga tagubilin sa itaas.

Sanggunian: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8883.pdf