Uuritud 3 lihtsat mahtuvusliku lähedusanduri ahelat

Selles postituses käsitleme põhjalikult 3 peamist lähedusandurite ahelat, millel on palju rakendusahelaid ja ahela üksikasjalikke omadusi. Esimesed kaks mahtuvuslikku lähedusandurite ahelat kasutavad lihtsaid IC 741 ja IC 555 põhiseid kontseptsioone, samas kui viimane on natuke täpsem ja sisaldab täpset IC PCF8883 põhist disaini

1) IC 741 kasutamine

Allpool selgitatud vooluahelat saab konfigureerida relee või mis tahes sobiva koormuse, näiteks a., Aktiveerimiseks veekraan , niipea kui inimese keha või käsi jõuab mahtuvusliku anduriplaadi lähedale. Spetsiifiliste tingimuste korral on käe lähedus piisav ainult vooluahela väljundi käivitamiseks.

Suure impedantsiga sisendi annab Q1, mis on tavaline väljatransistor nagu 2N3819. Tavalist 741 op-võimendit kasutatakse tundliku pingetaseme lülitina, mis juhib seejärel voolupuhvrit Q2, keskmise vooluga pnp bipolaarset transistorit, aktiveerides seeläbi relee, mis võib olla harjunud seadme vahetamiseks, näiteks alarmid, kraan jne. .

Kui vooluahel on ooterežiimis, fikseeritakse op-võimendi tihvti 3 pinge pinge 2 pinge tasemest kõrgemale, reguleerides eelseadistatud VR1 asjakohaselt.

See tagab, et väljundpoldi 6 pinge on kõrge, mis põhjustab transistori Q2 ja relee välja lülitamise.

Kui sõrm viiakse anduriplaadi lähedale või seda kergelt puudutatakse, suurendab langev vastupidine eelpinge VGS FET Q1 äravooluvoolu ja sellest tulenev R1 pinge langus vähendab op amp-pinge 3 pinget allapoole pinget tihvt 2.

Selle tulemusel langeb tihvti 6 pinge ja lülitub relee Q2 abil sisse. Takisti R4 võib määrata selleks, et relee hoitaks tavaolukordades välja lülitatud, arvestades, et op-võimendi tihvti 6 väljundis võib tekkida väike positiivne väljalülitatud pinge, isegi kui tihvti 3 pinge juhtub olema madalam kui tihvti 2 pinge puhkeseisund (jõudeolek). Selle probleemi saaks lahendada, lisades Q2 alusega järjestikku LED-i.

2) IC 555 kasutamine

Postitus selgitab tõhusat IC 555-põhist mahtuvusliku lähedusanduri vooluringi, mida saab kasutada sissetungijate tuvastamiseks sellise hinnaga objekti nagu teie sõiduk lähedal. Idee soovis hr Max Payne.

Ringkonnaküsimus

Tere, Swagatam,

Palun postitage mahtuvuslik / keha / tundlik vooluring, mida saab jalgrattale rakendada. Sellist seadet auto turvasüsteemis nähakse. Kui keegi tuleb autole lähemale või kui lihtne lähedus läheduses on 1 sekund, käivitatakse häire 5 sekundiks.

Kuidas selline alarm töötab, käivitub alarm ainult siis, kui keegi lähemale jõuab (näiteks 30 cm), millist tüüpi andurit nad kasutavad?

Vooluringi skeem

Circuit Image Courtesy: Elektor Electronics

Kujundus

Mahtuvusliku anduri ahelat võib mõista järgmise kirjelduse abil:

IC1 on põhimõtteliselt ühendatud juhtmega, kuid ilma reaalse kondensaatorita. Siin sisestatakse mahtuvusplaat, mis võtab astabiliseks tööks vajaliku kondensaatori positsiooni.

Tuleb märkida, et suurem mahtuvuslik plaat annab skeemilt parema ja usaldusväärsema vastuse.

Kuna vooluring on mõeldud töötama sõiduki kere lähedushoiatussüsteemina, võiks mahtuvusplaadina kasutada kere ennast ja mahult tohutu maht sobiks rakendusega üsna hästi.

Kui mahtuvusliku lähedusanduri plaat on integreeritud, jõuab IC555 ootamatusse asendisse.

Maapealse elemendi tuvastamisel vahetus läheduses, mis võib olla inimese käsi, arendatakse nõutavat mahtuvust kogu pin2 / 6 ja IC maapinnal.

Eeltoodu põhjustab sageduse kohese arengu, kui IC hakkab oma võnkerežiimis võnkuma.

Astable signaal saadakse IC pin3 juures, mis on R3, R4, R5 ja C3 ---- C5 abil sobivalt 'integreeritud'.

„Integreeritud” tulemus suunatakse võrdlusena kasutatavasse opamp-etappi.

IC2 ümber moodustatud võrdleja reageerib sellele muutusele IC1-st ja teisendab selle käivitavaks pingeks, töötades T1 ja vastava relee.

Vajaliku alarmi jaoks võib relee olla ühendatud sireeni või sarvega.

Kuid praktiliselt on näha, et IC1 tekitab positiivse ja negatiivse pinge impulsi tipu hetkel, kui plaadi lähedal tuvastatakse kaapitiivne maapind.

IC2 reageerib ainult sellele pinge ootamatule tõusule vajaliku käivitamise jaoks.

Kui mahtuvuskeha on jätkuvalt plaadi vahetus läheduses, kaob piigi 3 tippsageduse pinge aa tasemele, mida IC2 ei suuda tuvastada, muutes selle inaktiivseks, see tähendab, et relee jääb aktiivseks ainult sel hetkel, kui mahtuvuselement tuuakse või eemaldatakse plaadi pinna lähedal.

P1, P2 võib reguleerida mahtuvusliku plaadi maksimaalse tundlikkuse saavutamiseks
Riivimise saavutamiseks võib IC2 väljundi veelgi integreerida flip flop-ahelasse, muutes mahtuvusliku lähedusanduri vooluahela äärmiselt täpseks ja tundlikuks

3) IC PCF8883 kasutamine

IC PCF8883 on loodud töötama nagu täppis-mahtuvusliku lähedusanduri lüliti ainulaadse (EDISENi patenteeritud) digitaalse tehnoloogia abil, et tuvastada mahtuvuse väikseimat erinevust määratud anduriplaadi ümber.

Põhijooned

Selle spetsiaalse mahtuvusliku lähedusanduri peamisi omadusi saab uurida allpool:

Järgmine pilt näitab IC PCF8883 sisemist konfiguratsiooni

IC ei tugine traditsioonilisele dünaamiline mahtuvuse režiim pigem tuvastab staatilise mahtuvuse kõikumise, kasutades automaatset korrigeerimist pideva automaatse kalibreerimise teel.

Andur on põhimõtteliselt väikese juhtiva fooliumina, mis võib kavandatud mahtuvusliku tajumise jaoks olla otseselt integreeritud mikrokomponendi vastavate pistikutega või lõpetada koaksiaalkaablite abil pikemate vahemaade tagamiseks, et võimaldada täpseid ja efektiivseid kaug-mahtuvusliku läheduse tuvastamise toiminguid

Järgmised joonised esindavad IC PCF8883 kinnitusdetaile. Erinevate kinnitusdetailide ja sisseehitatud vooluringide üksikasjalikku toimimist võib mõista järgmiste punktidega:

IC PCF8883 kinnitusdetailid

Pistikupesa IN, mis peaks olema ühendatud välise mahtuvusliku andurfooliumiga, on ühendatud IC-de sisemise RC-võrguga.

RC-võrgu 'tdch' poolt antud tühjenemisaega võrreldakse teise sisemise RC-võrgu tühjendusaega, mida tähistatakse kui 'tdchimo'.

Kaks RC-võrku läbivad perioodilise laadimise VDD (INTREGD) kaudu paari identse ja sünkroniseeritud lülitivõrgu kaudu ning tühjendatakse seejärel takisti abil Vss-le või maapinnale.

Selle laengu tühjendamise kiirust reguleerib valimisagedus, mida tähistatakse tähisega „fs”.

Kui nähakse, et potentsiaalide vahe langeb alla sisemiselt seatud referentspinge VM, kipub võrdleja vastav väljund madalaks jääma. Võrdlejaid järgiv loogikatase tuvastab täpse võrdleja, mis tegelikult võiks enne teist vahetada.

Ja kui tuvastatakse, et ülemine komparaator on esimesena käivitatud, annab see CUP-il impulsi, kui aga avastatakse, et alumine komparaator on enne ülemist lülitunud, siis impulss on CDN-is lubatud.

Ülaltoodud impulsid tegelevad laengutaseme reguleerimisega kontakti CPC-ga seotud välise kondensaatori Ccpc üle. Kui CUP-il genereeritakse impulss, laetakse Ccpc VDDUNTREGD kaudu teatud aja jooksul, mis käivitab Ccpc-l potentsiaali tõusu.

Üsna samadel liinidel, kui impulss on CDN-is renderdatud, ühendatakse Ccpc praeguse valamuseadmega maapinnale, mis tühjendab kondensaatori, põhjustades selle potentsiaali varisemist.

Alati, kui tihvti IN mahtuvus suureneb, pikendab see vastavalt tühjenemisaega tdch, mis põhjustab vastava komparaatori pinge languse vastavalt pikemal ajal. Kui see aset leiab, kipub komparaatori väljund madalaks minema, mis omakorda annab CDN-is impulsi, mis sunnib välist kondensaatorit CCP tühjendama mõnel väiksemal määral.

See tähendab, et CUP genereerib nüüd suurema osa impulssidest, mis põhjustab keskse vastaspoole täiendava laadimise ilma täiendavaid samme läbimata.

Sellest hoolimata püüab IC automaatne pingejuhtimisega kalibreerimisfunktsioon, mis tugineb tihvtiga IN seotud valamu voolu reguleerimisele 'ism', tasakaalustada tühjendusaega tdch, viidates sellele sisemiselt määratud tühjendusajaga tdcmef.

Pinge üle Ccpg on voolu kontrolli all ja vastutab IN-i mahtuvuse tühjenemise eest üsna kiiresti, kui avastatakse, et kogu CCP-s suureneb potentsiaal. See tasakaalustab ideaalselt sisendtapi IN suurenevat mahtuvust.

See efekt tekitab suletud ahelaga jälgimissüsteemi, mis pidevalt jälgib tühjenemisaja tdch automaatset võrdsustamist tdchlmf suhtes.

See aitab korrigeerida mahtuvuse aeglaseid erinevusi IC-i IN-i pinoutis. Kiiresti laadivate seisundite ajal, näiteks kui inimese sõrm läheneb sensoorsele fooliumile kiiresti, ei pruugi arutletud kompenseerimine ilmneda, tasakaalu tingimustes ei erine tühjenemisperioodi pikkus, põhjustades pulsi vaheldumisi kõikumist CUP ja CDN vahel.

See tähendab ka seda, et suuremate Ccpg väärtuste korral võib CUP või CDN korral oodata iga impulsi jaoks suhteliselt piiratud pingemuutusi.

Seepärast põhjustab sisemine vooluhulk aeglasemat kompensatsiooni, suurendades seeläbi anduri tundlikkust. Vastupidi, kui CCP kogeb langust, põhjustab sensori tundlikkuse langus.

Sisseehitatud andurimonitor

Sisseehitatud loenduri staadium jälgib anduri päästikuid ja loendab vastavalt CUP-i või CDN-i impulsse. Loendur lähtestatakse iga kord, kui pulsisuund CUP-is CDN-i vaheldub või muutub.

OUT-vormingus väljundnupp aktiveerub ainult siis, kui CUP-is või CDN-is tuvastatakse piisav arv impulsse. Anduri või sisendi mahtuvuse mõõdukad häirete tasemed või aeglased interaktsioonid ei mõjuta väljundi käivitamist.

Kiip võtab teadmiseks mitmed tingimused, näiteks ebavõrdsed laadimis- / tühjendusmustrid, nii et väljundi kinnitatud ümberlülitamine oleks tehtud ja võltstuvastus oleks välistatud.

Täpsem käivitus

IC sisaldab täiustatud käivitusahelat, mis võimaldab kiibil üsna kiiresti tasakaalu saavutada, niipea kui selle toiteallikas on sisse lülitatud.

Sisemiselt on tihvt OUT konfigureeritud lahtise äravooluna, mis käivitab suure loogikaga (Vdd) tihvti kinnitatud koormuse jaoks maksimaalselt 20mA vooluga. Juhul kui väljund on koormatud üle 30mA, katkestatakse toide koheselt käivitatava lühisekaitse funktsiooni tõttu koheselt.
See pinout sobib ka CMOS-iga ja sobib seetõttu kõigile CMOS-i põhistele koormustele või vooluahelatele.

Nagu varem mainitud, on proovivõtusageduse parameeter „fs” 50% RC ajavõrgus kasutatavast sagedusest. Proovivõtumäära saab määrata eelnevalt kindlaksmääratud vahemikus, määrates CCLIN-i väärtuse asjakohaselt.

Sisemiselt moduleeritud ostsillaatori sagedus 4% pseudo-juhusliku signaali kaudu pärsib kõik võimalused ümbritsevate vahelduvvoolu sageduste häiretest.

Väljundi oleku valija režiim

IC-l on ka kasulik väljundi oleku valimisrežiim, mida saab kasutada väljundnõela monostabiilse või bistabiilse oleku võimaldamiseks vastusena sisendi pinouti mahtuvuslikule tajumisele. See renderdatakse järgmisel viisil:

Režiim nr 1 (Tüüp lubatud Vss-is): väljund muudetakse aktiivseks sp-ni seni, kuni sisendit hoitakse välise mahtuvusliku mõju all.

Režiim nr 2 (TYPE lubatud VDD / NTRESD juures): Selles režiimis lülitatakse väljund vaheldumisi sisse ja välja (kõrge ja madal) vastuseks järgnevale andurikile läbivale mahtuvuslikule vastasmõjule.

Režiim nr 3 (TYPE ja VSS vahel on lubatud CTYPE): Selle tingimuse korral käivitatakse väljundnupp (madal) teatud etteantud aja jooksul vastuseks igale mahtuvuslikule sensori sisendile, mille kestus on proportsionaalne CTYPE väärtusega ja mida saab muuta kiirusega 2,5 ms nF mahtuvuse kohta.

CTYPE standardväärtus 10 ms viivitusest režiimis # 3 võiks olla 4,7 nF ja CTYPE maksimaalne lubatud väärtus 470 nF, mis võib põhjustada umbes sekundilise viivitusega. Kõiki järske mahtuvuslikke sekkumisi või mõjutusi sellel perioodil lihtsalt ignoreeritakse.

Kuidas vooluringi kasutada

Järgnevates jaotistes õpime sama IC-d kasutades tüüpilise vooluahela konfiguratsiooni, mida saab rakendada kõigis täppislikku kaugust vajavates toodetes läheduse stimuleeritud toimingud .

Kavandatud mahtuvuslikku lähedusandurit võib paljudes erinevates rakendustes mitmekesiselt kasutada, nagu on näidatud järgmistes andmetes:

Allpool saab näha tüüpilist IC-d kasutavat rakenduse konfiguratsiooni:

Rakendusahela seadistamine

+ Sisendvarustus on kinnitatud VDD-ga. Tasanduskondensaator võib olla eelistatavalt ühendatud kiibi usaldusväärsema töö tagamiseks üle VDD ja maandatud ning ka üle VDDUNTREGD ja maandatud.

Tihvtil CLIN toodetud COLINi mahtuvuse väärtus fikseerib tõhusalt proovivõtusageduse. Suurenev proovivõtusagedus võib võimaldada sensori sisendi reaktsiooniaja pikenemist koos voolutarbimise proportsionaalse suurenemisega

Lähedusanduri plaat

Sensoorne mahtuvuslik andurplaat võib olla miniatuurse metallfooliumi või plaadi kujul, mis on varjestatud ja isoleeritud mittejuhtiva kihiga.

Selle tajumispiirkonna saab kas pikema vahemaa tagant koaksiaalkaabli CCABLE kaudu, mille teised otsad võivad olla ühendatud IC sisendiga, või plaadi lihtsalt ühendada IC sisendi IN väljundiga, sõltuvalt rakenduse vajadustest.

IC on varustatud sisemise madalpääsfiltrilülitusega, mis aitab summutada igasuguseid RF-häireid, mis võivad IC-i tihvti kaudu proovida pääseda IC-le.

Lisaks sellele, nagu on näidatud diagrammil, võib lisada ka välise konfiguratsiooni, kasutades raadiosagedust ja CF, et veelgi parandada raadiosageduse summutamist ja tugevdada raadiosageduse immuunsust.

Ahelas optimaalse jõudluse saavutamiseks on soovitatav, et CSENSE + CCABLE + Cp mahtuvusväärtuste summa peaks olema antud sobivas vahemikus, hea tase võiks olla umbes 30 pF.

See aitab juhtimisahelal CSENSE-i staatilise mahtuvusega paremini töötada, et võrdleda tundlikuma mahtuvusliku plaadi üsna aeglasemaid koostoimeid.

Suurenenud mahtuvuslike sisendite saavutamine

Suurenenud mahtuvuslike sisendite taseme saavutamiseks võib olla soovitatav lisada täiendav takisti Rc, nagu on näidatud diagrammil, mis aitab kontrollida tühjenemise aega vastavalt sisemistele ajastamisnõuetele.

Kinnitatud sensorplaadi või sensoorfooliumi ristlõikepindala muutub otseselt proportsionaalseks vooluahela tundlikkusega koos kondensaatori Ccpc väärtusega, vähendades Ccpc väärtust, võib see oluliselt mõjutada sensorplaadi tundlikkust. Seetõttu saab efektiivse tundlikkuse saavutamiseks Ccpc-d optimaalselt ja vastavalt suurendada.

CPC-ga tähistatud tihvt on sisemiselt omistatud suure impedantsiga ja võib seetõttu lekkevooludele vastuvõtlik olla.

Veenduge, et Ccpc on valitud MKT tüüpi kondensaatori või X7R tüüpi kõrge kvaliteediga PPC-ga, et saavutada disainilt optimaalne jõudlus.

Töötab madalatel temperatuuridel

Kui süsteem on ette nähtud töötamiseks piiratud sisendvõimsusega kuni 35 pF ja külmumistemperatuuril -20 ° C, võib olla soovitav alalisvoolu toitepinge viia umbes 2,8 V-ni. See omakorda vähendab Vlicpc pinge tööpiirkonda, mille spetsifikatsioon jääb vahemikku 0,6 V kuni VDD - 0,3 V.

Veelgi enam, Vucpc tööpiirkonna vähendamine võib vähendada vooluahela sisendvõimsuse vahemikku proportsionaalselt.

Samuti võib märgata, et kui Vucpc väärtus tõuseb temperatuuri langedes, nagu on näidatud diagrammidel, mis ütleb meile, miks toitepinge sobiv alandamine aitab temperatuuri langemisel.

Soovitatavad komponentide spetsifikatsioonid

Tabelites 6 ja 7 on näidatud komponentide väärtuste soovitatav vahemik, mille võib vastavalt ülaltoodud juhistele sobivalt valida vastavalt soovitud rakenduse spetsifikatsioonidele.

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