Истражена 3 лака капацитивна склопа сензора близине

У овом посту детаљно разматрамо 3 основна кола сензора близине са многим апликационим круговима и детаљним карактеристикама кола. Прва два капацитивна склопа сензора близине користе једноставне концепте засноване на ИЦ 741 и ИЦ 555, док је последњи мало тачнији и укључује прецизан дизајн заснован на ИЦ ПЦФ8883

1) Користећи ИЦ 741

Струјни круг објашњен у наставку може се конфигурисати за активирање релеја или било ког одговарајућег оптерећења као што је славина за воду , чим се људско тело или рука приближе капацитивној плочи сензора. У одређеним условима, близина руке довољна је само да активира излаз кола.

Улаз високе импедансе даје К1, који је редовни транзистор са ефектом поља попут 2Н3819. Стандардно 741 оп појачало се користи у облику осетљивог прекидача нивоа напона који затим покреће тренутни бафер К2, пнп биполарни транзистор средње струје, активирајући тако релеј који је навикао да пребацује уређај, као што су аларми, славина итд. .

Док је коло у стању приправности у празном ходу, напон на пину 3 оперативног појачала фиксира се на већи од нивоа напона пина 2 одговарајућим подешавањем унапред подешене ВР1.

Ово осигурава да ће напон на излазном пину 6 бити висок због чега ће транзистор К2 и релеј остати искључени.

Када се прст приближи непосредној близини плоче сензора или се лагано додирује, снижавање супротног преднапона ВГС повећаће струју одвода ФЕТ К1, а резултујући пад преко Р1 напона смањиће напон оптичког пина 3 испод напона који постоји на пин 2.

То ће резултирати падом напона на пин 6 и последично укључивањем релеја помоћу К2. Отпорник Р4 може се одредити како би се релеј могао искључити у нормалним условима, с обзиром на то да би се на излазу оптичког појачала 6 могао развити мали позитивни искључени напон, чак и ако је напон пина 3 нижи од напона пина 2 у мирно (беспослено) стање. Овај проблем могао би се решити једноставним додавањем ЛЕД диоде у серији са базом К2.

2) Користећи ИЦ 555

Пост објашњава ефикасно коло капацитивног сензора близине засновано на ИЦ 555, које се може користити за откривање уљеза у близини објекта са ценом, као што је ваше возило. Идеју је затражио господин Мак Паине.

Захтев за круг

Здраво Свагатам,

Пошаљите капацитивни / тело / осетљиви круг који се може применити на бициклу. Такав уређај виђен на сигурносном систему аутомобила, Када се неко приближи аутомобилу или једноставна близина од 1 центиметра активира аларм на 5 секунди.

Како функционише овај тип аларма, аларм се активира само када се неко приближи (рецимо 30 цм) коју врсту сензора користи?

Кружни дијаграм

Љубазношћу слике у кругу: Електор Елецтроницс

Дизајн

Коло капацитивног сензора може се разумети уз помоћ следећег описа:

ИЦ1 је у основи ожичен као стабилни, али без уграђивања правог кондензатора. Овде се уводи капацитивна плоча и заузима положај кондензатора потребан за нестални рад.

Мора се напоменути да ће већа капацитивна плоча произвести бољи и много поузданији одзив струјног круга.

С обзиром да је склоп намењен за функционисање као сигурносни систем упозорења о близини возила, само тело би могло да се користи као капацитивна плоча, а оно што је огромно по обиму сасвим би одговарало примени.

Једном када се интегрише плоча капацитивног сензора близине, ИЦ555 долази у стање приправности за покретање.

Приликом откривања „уземљеног“ елемента у непосредној близини, који би могао бити рука човека, потребан капацитет се развија преко пин2 / 6 и уземљења ИЦ.

Горе наведено резултира тренутним развојем фреквенције док ИЦ почиње да осцилира у свом нестабилном режиму.

Нестабилни сигнал се добија на пин3 ИЦ, који је на одговарајући начин 'интегрисан' уз помоћ Р3, Р4, Р5 заједно са Ц3 ---- Ц5.

'Интегрисани' резултат се доводи на опамп сцену монтирану као компаратор.

Упоредник формиран око ИЦ2 реагује на ову промену из ИЦ1 и преводи га у напон за активирање, радни Т1 и одговарајући релеј.

Релеј може бити ожичен сиреном или сиреном за потребну узбуну.

Међутим, практично се види да ИЦ1 производи вршни импулс позитивног до негативног напона у тренутку када се детектује капцитивно тло у близини плоче.

ИЦ2 једино реагује на овај нагли пораст вршног напона за потребно окидање.

Ако је капацитивно тело и даље у непосредној близини плоче, напон вршне фреквенције на пин3 нестаје до нивоа који ИЦ2 може бити неоткривен, чинећи га неактивним, што значи да релеј остаје активан у тренутку када је капацитивни елемент доведен или уклоњен у близини површине плоче.

П1, П2 могу се прилагодити за постизање максималне осетљивости са капацитивне плоче
Да би се постигло закључавање, излаз ИЦ2 може се даље интегрисати у круг флип флопа, што чини коло капацитивног сензора близине изузетно тачним и одзивним

3) Коришћење ИЦ ПЦФ8883

ИЦ ПЦФ8883 је дизајниран да ради попут прецизног капацитивног прекидача сензора близине кроз јединствену (ЕДИСЕН патентирану) дигиталну технологију за откривање најмање разлике у капацитету око његове одређене сензорске плоче.

Главне карактеристике

Главне карактеристике овог специјализованог капацитивног сензора близине могу се проучити како су дате у наставку:

Следећа слика приказује унутрашњу конфигурацију ИЦ ПЦФ8883

ИЦ се не ослања на традиционално динамички капацитивни режим осетљивости радије открива варијацију статичке капацитивности применом аутоматске корекције континуалном аутоматском калибрацијом.

Сензор је у основи у облику мале проводне фолије која се може директно интегрисати са одговарајућим пиноутима ИЦ за предвиђено капацитивно очитавање или можда завршити на веће раздаљине помоћу коаксијалних каблова за омогућавање тачних и ефикасних операција даљинског капацитивног осетљивости

Следеће слике представљају детаље о пиноуту ИЦ ПЦФ8883. Детаљно функционисање различитих извода и уграђених кола може се разумети са следећим тачкама:

Детаљи пиноут-а ИЦ ПЦФ8883

Пиноут ИН који би требало да буде повезан са спољном капацитивном сензорском фолијом повезан је са унутрашњом РЦ мрежом ИЦ-а.

Време пражњења дато „Рдд“ РЦ мреже упоређује се са временом пражњења друге ин-булт РЦ мреже означеном као „РДД“.

Две РЦ мреже пролазе кроз периодично пуњење од стране ВДД (ИНТРЕГД) кроз неколико идентичних и синхронизованих комутационих мрежа, а затим се празне уз помоћ отпорника на Всс или земљу

Брзина којом се врши ово пражњење наелектрисања регулише се брзином узорковања означеном са „фс“.

У случају да се види да потенцијална разлика опада испод интерно подешеног референтног напона ВМ, одговарајући излаз упоређивача тежи да постане низак. Логички ниво који прати упоређиваче идентификује тачан упоређивач који би заправо могао да се пребаци пре другог.

А ако се утврди да је горњи компаратор прво пуцао, то резултира импулсом који се генерише на ЦУП, док ако се утврди да је доњи компаратор пребацио пре горњег, онда је пулс омогућен на ЦДН.

Горе наведени импулси учествују у контроли нивоа наелектрисања преко спољног кондензатора Ццпц повезаног са пин ЦПЦ. Када се на ЦУП генерише импулс, Ццпц се пуни преко ВДДУНТРЕГД у датом временском периоду што покреће потенцијал пораста на Ццпц.

Сасвим на истим линијама, када се импулс генерише на ЦДН, Ццпц се повеже са тренутним уређајем за понирање на земљу која празни кондензатор узрокујући његов потенцијални колапс.

Кад год капацитет на пин ИН постане већи, он у складу с тим повећава време пражњења тдцх, што доводи до пада напона на одговарајућем упоредном уређају у одговарајуће дужем времену. Када се ово догоди, излаз упоредног уређаја тежи да се смањи, што заузврат даје импулс на ЦДН-у, присиљавајући спољни кондензатор ЦЦП да се празни у неком мањем степену.

То имплицира да ЦУП сада генерише већину импулса због чега се ЦЦП пуни још више без проласка кроз било какве даље кораке.

Упркос томе, аутоматска калибрациона карактеристика контролисане напоном ИЦ која се ослања на регулацију струје 'исм' судопера повезана са пин ИН чини напор да уравнотежи време пражњења тдцх упућујући га на интерно подешено време пражњења тдцмеф.

Напон на Ццпг контролише се струјом и постаје одговоран за пражњење капацитивности на ИН прилично брзо кад год се утврди да се потенцијал преко ЦЦП повећава. Ово савршено балансира све већи капацитет на улазном пину ИН.

Овај ефекат доводи до затвореног система праћења који континуирано надгледа и укључује се у аутоматско изједначавање времена пражњења тдцх у односу на тдцхлмф.

Ово помаже у исправљању тромих варијација у капацитивности на ИН пиноут-у ИЦ. Током брзо пуњења, на пример када се људски прст брзо приближи сензорској фолији, разматрана компензација можда неће проћи, у равнотежним условима дужина периода пражњења се не разликује због чега пулс наизменично флуктуира у ЦУП и ЦДН.

То даље имплицира да се код већих вредности Ццпг може очекивати релативно ограничена варијација напона за сваки импулс за ЦУП или ЦДН.

Стога унутрашњи судопер струје доводи до спорије компензације, чиме се повећава осетљивост сензора. Супротно томе, када ЦЦП доживи пад, сензитивност сензора опада.

Уграђени сензорски монитор

Уграђена етапа бројача надгледа окидаче сензора и у складу с тим броји импулсе на ЦУП или ЦДН, бројач се ресетује сваки пут када се смењивање пулса преко ЦУП на ЦДН мења или мења.

Излазни пин приказан као ОУТ пролази кроз активацију само када се детектује довољан број импулса преко ЦУП или ЦДН. Умерени нивои сметњи или споре интеракције преко сензора или улазног капацитета не дају никакав ефекат на излазно окидање.

Чип бележи неколико услова као што су неједнаки обрасци пуњења / пражњења, тако да се приказује потврђено пребацивање излаза и уклањају лажне детекције.

Напредно покретање

ИЦ укључује напредни круг за покретање који омогућава чипу да постигне равнотежу прилично брзо чим се укључи напајање.

Интерно је пин ОУТ конфигурисан као отворени одвод који покреће пиноут са великом логиком (Вдд) са максималном струјом од 20мА за прикључено оптерећење. У случају да је излаз изложен оптерећењима преко 30мА, напајање се тренутно искључује због функције заштите од кратког споја која се тренутно активира.
Овај пиноут је такође компатибилан са ЦМОС-ом и стога постаје прикладан за сва оптерећења заснована на ЦМОС-у или фазе кола.

Као што је раније поменуто, параметар брзине узорковања 'фс' односи се на себе као 50% фреквенције која се користи са РЦ временском мрежом. Стопа узорковања може се подесити у унапред одређеном распону одговарајућим фиксирањем вредности ЦЦЛИН.

Интерно модулисана фреквенција осцилатора при 4% кроз псеудо-случајни сигнал спречава било какву шансу за сметње од околних фреквенција наизменичне струје.

Режим селектора излазног стања

ИЦ такође има корисни „режим избора излазног стања“ који се може користити за омогућавање излазног пина да буде у моностабилном или бистабилном стању као одговор на капацитивно сензирање улазног пиноута. Приказује се на следећи начин:

Режим # 1 (ТИП омогућен на Всс): Излаз постаје активан током сп све док се улаз држи под спољним капацитивним утицајем.

Режим # 2 (ТИП омогућен на ВДД / НТРЕСД): У овом режиму излаз се наизменично УКЉУЧУЈЕ и ИСКЉУЧУЈЕ (висок и низак) као одговор на накнадну капацитивну интеракцију преко сензорске фолије.

Режим # 3 (ЦТИПЕ омогућен између ТИПЕ и ВСС): Са овим условом излазни пин се активира (низак) неко унапред одређено време, као одговор на сваки капацитивни сензорски улаз, чије је трајање пропорционално вредности ЦТИПЕ и може се мењати са брзином од 2,5 мс по нФ капацитивности.

Стандардна вредност за ЦТИПЕ за заобилажење кашњења од 10 мс у режиму # 3 може бити 4,7 нФ, а максимална дозвољена вредност за ЦТИПЕ може бити 470 нФ, што може резултирати кашњењем од око секунде. Све нагле капацитивне интервенције или утицаји током овог периода једноставно се занемарују.

Како се користи круг

У следећим одељцима сазнајемо типичну конфигурацију кола која користи исту ИЦ која се може применити на све производе који захтевају прецизно даљинско управљање операције стимулисане близином .

Предложени капацитивни сензор близине може се различито користити у многим различитим применама, како је наведено у следећим подацима:

Типична конфигурација апликације која користи ИЦ може се видети у наставку:

Конфигурација круга апликације

Улазно напајање + прикључено је на ВДД. Кондензатор за заглађивање може бити пожељно повезан преко ВДД и уземљења, а такође и преко ВДДУНТРЕГД и уземљења за поузданији рад чипа.

Вредност капацитивности ЦОЛИН-а произведена на пин-у ЦЛИН ефикасно поправља брзину узорковања. Повећавање брзине узорковања може омогућити продужено време реакције на улазу очитавања сразмерним повећањем тренутне потрошње

Плоча сензора близине

Капацитивна сензорска плоча за осетљивост може бити у облику минијатурне металне фолије или плоче заштићене и изоловане непроводљивим слојем.

Ово подручје очитавања може се прекинути на веће удаљености преко коаксијалног кабла ЦЦАБЛЕ чији други крајеви могу бити повезани са ИН на ИЦ, или се плоча може једноставно директно повезати са ИНпиноутом на ИЦ, у зависности од потреба апликације.

ИЦ је опремљен унутрашњим кругом нископропусних филтера који помаже у сузбијању свих облика РФ сметњи које могу покушати да уђу у ИЦ преко ИН пина ИЦ.

Поред тога, као што је приказано на дијаграму, такође се може додати спољна конфигурација која користи РФ и ЦФ да би се додатно појачало сузбијање РФ и ојачала РФ имуност за коло.

Да би се постигле оптималне перформансе из кола, препоручује се да збир вредности капацитивности ЦСЕНСЕ + ЦЦАБЛЕ + Цп буде у датом одговарајућем опсегу, добар ниво може бити око 30пФ.

Ово помаже контролној петљи да ради на бољи начин са статичким капацитетом преко ЦСЕНСЕ за изједначавање прилично спорих интеракција на осјетљивој капацитивној плочи.

Постигните повећани капацитивни улази

Да би се постигли повећани нивои капацитивних улаза, може се препоручити да се укључи додатни отпорник Рц како је приказано на дијаграму који помаже у контроли времена пражњења према спецификацијама интерних временских услова.

Површина попречног пресека причвршћене сензорске плоче или сензорске фолије постаје директно пропорционална осетљивости струјног круга, заједно са вредношћу кондензатора Ццпц, смањење вредности Ццпц може у великој мери утицати на осетљивост сензорске плоче. Према томе, за постизање ефективне количине осетљивости, Ццпц се може оптимално повећати и сходно томе.

ЦПЦ са ознаком ЦПЦ интерно се приписује високој импеданси и стога може бити подложан струјама цурења.

Обавезно изаберите Ццпц са висококвалитетним ППЦ кондензатора типа МКТ или типа Кс7Р за постизање оптималних перформанси из дизајна.

Ради на ниским температурама

У случају да је систем намењен за рад са ограниченим улазним капацитетом до 35пФ и при температурама смрзавања од -20 степени Ц, онда би могло бити препоручљиво смањити напон напајања на ИЦ на око 2,8В. То заузврат смањује радни опсег напона Влицпц чија се спецификација креће између 0,6 В и ВДД - 0,3 В.

Штавише, смањење радног опсега Вуцпц-а могло би резултирати пропорционалним смањењем опсега улазне капацитивности кола.

Такође, може се приметити да како се Вуцпц вредност повећава са смањењем температуре као што је приказано на дијаграмима, што нам говори зашто одговарајуће снижавање напона напајања помаже у смањењу температура.

Препоручене спецификације компонената

Табела 6 и Табела 7 указују на препоручени опсег вредности компонената који се могу на одговарајући начин одабрати према жељеним спецификацијама примене уз позивање на горња упутства.

Референца: хттпс://ввв.нкп.цом/доцс/ен/дата-схеет/ПЦФ8883.пдф