Un capteur capacitif est l'un des types de capteurs sans contact dont le principe de fonctionnement repose sur une modification de la constante diélectrique du milieu entre deux plaques de condensateur. Une plaque est un circuit de capteur tactile sous la forme d'une plaque ou d'un fil métallique, et la seconde est une substance électriquement conductrice, par exemple du métal, de l'eau ou du corps humain.
Lors du développement d'un système d'ouverture automatique de l'alimentation en eau des toilettes pour bidet, il est devenu nécessaire d'utiliser un capteur de présence capacitif et un interrupteur très fiables, résistants aux changements de température extérieure, d'humidité, de poussière et de tension d'alimentation. Je voulais également éliminer le besoin pour une personne de toucher les commandes du système. Les exigences présentées ne pouvaient être satisfaites que par des circuits de capteurs tactiles fonctionnant sur le principe du changement de capacité. Schéma prêt Je n’en ai pas trouvé un qui satisfasse aux exigences nécessaires, j’ai donc dû le développer moi-même.
Le résultat est un capteur tactile capacitif universel qui ne nécessite aucune configuration et réagit à l'approche d'objets électriquement conducteurs, y compris une personne, à une distance allant jusqu'à 5 cm. Le champ d'application du capteur tactile proposé n'est pas limité. Il peut être utilisé, par exemple, pour allumer l'éclairage, les systèmes alarme antivol, détermination du niveau d'eau et dans de nombreux autres cas.
Schémas de circuits électriques
Pour contrôler l’alimentation en eau du bidet des toilettes, deux capteurs tactiles capacitifs étaient nécessaires. Un capteur devait être installé directement sur les toilettes ; il devait produire un signal logique zéro en présence d'une personne, et en l'absence d'un signal logique un. Le deuxième capteur capacitif était censé servir d'interrupteur d'eau et être dans l'un des deux états logiques.
Lorsque la main était amenée au capteur, le capteur devait changer l'état logique à la sortie - de l'état initial à l'état logique zéro, et lorsque la main était à nouveau touchée, de l'état zéro à l'état logique. Et ainsi de suite à l'infini, tant que l'interrupteur tactile reçoit un signal d'activation du zéro logique du capteur de présence.
Circuit de capteur tactile capacitif
La base du circuit du capteur de présence du capteur capacitif est un générateur d'impulsions rectangulaires maître, réalisé selon schéma classique sur deux éléments logiques du microcircuit D1.1 et D1.2. La fréquence du générateur est déterminée par les calibres des éléments R1 et C1 et est choisie autour de 50 kHz. La valeur de fréquence n'a pratiquement aucun effet sur le fonctionnement du capteur capacitif. J'ai changé la fréquence de 20 à 200 kHz et je n'ai visuellement remarqué aucun effet sur le fonctionnement de l'appareil.
Depuis la broche 4 du microcircuit D1.2, un signal rectangulaire via la résistance R2 est fourni aux entrées 8, 9 du microcircuit D1.3 et via la résistance variable R3 aux entrées 12,13 de D1.4. Le signal arrive à l'entrée du microcircuit D1.3 de petite monnaie la pente du front d'impulsion due au capteur installé, qui est un morceau de fil ou une plaque métallique. A l'entrée D1.4, grâce au condensateur C2, le front change pendant le temps nécessaire à sa recharge. Grâce à la présence de la résistance d'ajustement R3, il est possible de régler le front d'impulsion à l'entrée D1.4 égal au front d'impulsion à l'entrée D1.3.
Si vous rapprochez votre main ou un objet métallique de l'antenne (capteur tactile), la capacité à l'entrée du microcircuit DD1.3 augmentera et le devant de l'impulsion entrante sera retardé dans le temps par rapport au devant de l'impulsion arrivant à l’entrée DD1.4. Afin de « rattraper » ce retard, les impulsions inversées sont transmises à la puce DD2.1, qui est une bascule D qui fonctionne comme suit. Le long du front positif de l'impulsion arrivant à l'entrée du microcircuit C, le signal qui se trouvait à ce moment à l'entrée D est transmis à la sortie du déclencheur. Par conséquent, si le signal à l'entrée D ne change pas, les impulsions entrantes à. l'entrée de comptage C n'affecte pas le niveau du signal de sortie. Cette propriété du déclencheur D a permis de réaliser un simple capteur tactile capacitif.
Lorsque la capacité de l'antenne, en raison de l'approche du corps humain, à l'entrée de DD1.3 augmente, l'impulsion est retardée et cela fixe le déclencheur D, modifiant ainsi son état de sortie. La LED HL1 est utilisée pour indiquer la présence de tension d'alimentation et la LED HL2 est utilisée pour indiquer la proximité du capteur tactile.
Circuit de commutation tactile
Le circuit du capteur tactile capacitif peut également être utilisé pour faire fonctionner l'interrupteur tactile, mais avec une légère modification, car il doit non seulement réagir à l'approche du corps humain, mais également rester dans un état stable après le retrait de la main. Pour résoudre ce problème, nous avons dû ajouter un autre déclencheur D, DD2.2, à la sortie du capteur tactile, connecté à l'aide d'un circuit diviseur par deux.
Le circuit du capteur capacitif a été légèrement modifié. Pour éliminer les faux positifs, puisqu'une personne peut amener et retirer sa main lentement, en raison de la présence d'interférences, le capteur peut émettre plusieurs impulsions vers l'entrée de comptage D du déclencheur, violant ainsi l'algorithme de fonctionnement requis du commutateur. Par conséquent, une chaîne RC d'éléments R4 et C5 a été ajoutée, ce qui a bloqué pendant une courte période la possibilité de commuter la gâchette D.
Le déclencheur DD2.2 fonctionne de la même manière que DD2.1, mais le signal à l'entrée D n'est pas fourni par d'autres éléments, mais par la sortie inverse de DD2.2. En conséquence, le long du front positif de l'impulsion arrivant à l'entrée C, le signal à l'entrée D passe à l'opposé. Par exemple, si dans l'état initial il y avait un zéro logique sur la broche 13, alors en levant une fois la main vers le capteur, le déclencheur basculera et un zéro logique sera défini sur la broche 13. La prochaine fois que vous interagirez avec le capteur, la broche 13 sera à nouveau réglée sur zéro logique.
Pour bloquer l'interrupteur en l'absence de personne sur les toilettes, une unité logique est fournie du capteur à l'entrée R (mise à zéro à la sortie du déclencheur, quels que soient les signaux sur toutes ses autres entrées). Un zéro logique est défini à la sortie du commutateur capacitif, qui est fourni via le faisceau à la base du transistor clé pour allumer l'électrovanne de l'unité d'alimentation et de commutation.
La résistance R6, en l'absence de signal de blocage du capteur capacitif en cas de panne ou de rupture du fil de commande, bloque la gâchette à l'entrée R, éliminant ainsi la possibilité d'alimentation spontanée en eau dans le bidet. Le condensateur C6 protège l'entrée R des interférences. La LED HL3 sert à indiquer l'arrivée d'eau dans le bidet.
Conception et détails des capteurs tactiles capacitifs
Lorsque j'ai commencé à développer un système de capteurs pour l'alimentation en eau d'un bidet, la tâche la plus difficile m'a semblé être le développement d'un capteur de présence capacitif. Cela était dû à un certain nombre de restrictions d'installation et de fonctionnement. Je ne voulais pas que le capteur soit connecté mécaniquement au couvercle des toilettes, car il doit être retiré périodiquement pour le lavage, et ne pas gêner la désinfection des toilettes elles-mêmes. C'est pourquoi j'ai choisi un conteneur comme élément réactif.
Capteur de présence
Sur la base du schéma publié ci-dessus, j'ai réalisé un prototype. Les pièces du capteur capacitif sont assemblées sur un circuit imprimé ; la carte est placée dans une boîte en plastique et fermée par un couvercle. Pour connecter l'antenne, un connecteur à une broche est installé dans le boîtier ; un connecteur à quatre broches RSh2N est installé pour fournir la tension d'alimentation et le signal. Le circuit imprimé est connecté aux connecteurs par soudure avec des conducteurs en cuivre dans une isolation en plastique fluoré.
Le capteur tactile capacitif est assemblé sur deux microcircuits de la série KR561, LE5 et TM2. Au lieu du microcircuit KR561LE5, vous pouvez utiliser le KR561LA7. Les microcircuits de la série 176 et les analogues importés conviennent également. Les résistances, condensateurs et LED conviendront à tout type. Condensateur C2, pour un fonctionnement stable du capteur capacitif lors d'un fonctionnement dans des conditions de grandes fluctuations de température environnement doivent être pris avec un petit TKE.
Le capteur est installé sous la plateforme des toilettes sur laquelle il est installé citerne dans un endroit où, en cas de fuite du réservoir, l'eau ne peut pas pénétrer. Le corps du capteur est collé aux toilettes à l'aide de ruban adhésif double face.
Le capteur d'antenne du capteur capacitif est un morceau de fil de cuivre toronné de 35 cm de long isolé avec du plastique fluoré, collé avec du ruban adhésif transparent sur la paroi extérieure de la cuvette des toilettes à un centimètre en dessous du plan des verres. Le capteur est bien visible sur la photo.
Pour régler la sensibilité du capteur tactile, après l'avoir installé sur les toilettes, modifiez la résistance de réglage R3 pour que la LED HL2 s'éteigne. Ensuite, placez votre main sur l'abattant des toilettes au dessus de l'emplacement du capteur, la LED HL2 doit s'allumer, si vous retirez votre main, elle doit s'éteindre. Étant donné que la cuisse humaine a une masse plus grande que la main, le capteur tactile, après un tel réglage, sera garanti de fonctionner pendant le fonctionnement.
Conception et détails du commutateur tactile capacitif
Le circuit de commutation tactile capacitif comporte plus de pièces et un boîtier plus grand était nécessaire pour les accueillir, et pour des raisons esthétiques, apparence Le boîtier dans lequel se trouvait le capteur de présence n'était pas très adapté à une installation dans un endroit visible. La prise murale RJ-11 pour brancher un téléphone a attiré l'attention. C'était la bonne taille et avait l'air bien. Après avoir retiré tout ce qui est inutile de la prise, j'y ai placé un circuit imprimé pour un interrupteur tactile capacitif.
Pour fixer le circuit imprimé, un support court a été installé à la base du boîtier et un circuit imprimé avec des pièces d'interrupteur tactile y a été vissé à l'aide d'une vis.
Le capteur capacitif a été réalisé en collant une feuille de laiton au bas du cache de la prise avec de la colle Moment, après avoir préalablement découpé une fenêtre pour les LED qui s'y trouvent. Lors de la fermeture du couvercle, le ressort (extrait d'un briquet en silicium) entre en contact avec la feuille de laiton et assure ainsi le contact électrique entre le circuit et le capteur.
L'interrupteur tactile capacitif est monté au mur à l'aide d'une vis autotaraudeuse. A cet effet, un trou est prévu dans le boîtier. Ensuite, la carte et le connecteur sont installés et le couvercle est sécurisé avec des loquets.
La mise en place d'un interrupteur capacitif n'est pratiquement pas différente de la mise en place du capteur de présence décrit ci-dessus. Pour configurer, vous devez appliquer la tension d'alimentation et régler la résistance pour que la LED HL2 s'allume lorsqu'une main est amenée vers le capteur, et s'éteigne lorsqu'elle est retirée. Ensuite, vous devez activer le capteur tactile et déplacer et retirer votre main vers le capteur de commutation. La LED HL2 doit clignoter et la LED rouge HL3 doit s'allumer. Lorsque la main est retirée, la LED rouge doit rester allumée. Lorsque vous levez à nouveau la main ou éloignez votre corps du capteur, la LED HL3 doit s'éteindre, c'est-à-dire couper l'alimentation en eau du bidet.
PCB universel
Les capteurs capacitifs présentés ci-dessus sont assemblés sur des circuits imprimés, légèrement différents du circuit imprimé présenté sur la photo ci-dessous. Cela est dû à la combinaison des deux circuits imprimés en un seul universel. Si vous assemblez un interrupteur tactile, il vous suffit de couper la piste numéro 2. Si vous assemblez un capteur de présence tactile, alors la piste numéro 1 est supprimée et tous les éléments ne sont pas installés.
Les éléments nécessaires au fonctionnement de l'interrupteur tactile, mais gênant le fonctionnement du capteur de présence, R4, C5, R6, C6, HL2 et R4, ne sont pas installés. Au lieu de R4 et C6, les cavaliers sont soudés. La chaîne R4, C5 peut être laissée. Cela n'affectera pas le travail.
Vous trouverez ci-dessous un dessin d'une carte de circuit imprimé à moleter en utilisant la méthode thermique d'application de pistes sur la feuille.
Il suffit d'imprimer le dessin sur du papier glacé ou du papier calque et le gabarit est prêt à réaliser un circuit imprimé.
Le fonctionnement sans problème des capteurs capacitifs du système de commande tactile pour l'alimentation en eau d'un bidet a été confirmé dans la pratique sur trois années de fonctionnement continu. Aucun dysfonctionnement n'a été enregistré.
Cependant, je tiens à noter que le circuit est sensible aux puissants bruits impulsionnels. J'ai reçu un e-mail demandant de l'aide pour le configurer. Il s'est avéré que lors du débogage du circuit, il y avait un fer à souder avec un contrôleur de température à thyristor à proximité. Après avoir éteint le fer à souder, le circuit a commencé à fonctionner.
Il y a eu un autre cas similaire. Le capteur capacitif a été installé dans une lampe connectée à la même prise que le réfrigérateur. Lorsqu'elle était allumée, la lumière s'allumait et lorsqu'elle s'éteignait à nouveau. Le problème a été résolu en connectant la lampe à une autre prise.
J'ai reçu une lettre concernant l'utilisation réussie du circuit de capteur capacitif décrit pour réguler le niveau d'eau dans un réservoir de stockage en plastique. Dans les parties inférieure et supérieure, il y avait un capteur collé avec du silicone, qui contrôlait l'allumage et l'arrêt de la pompe électrique.
Le capteur de reconnaissance tactile fait partie de l'assistant d'embouteillage. Grâce à un capteur capacitif, le système détecte si les mains du conducteur sont sur le volant.
Si les mains du conducteur ne sont pas détectées sur la jante du volant, le témoin d'assistance en cas d'embouteillage correspondant s'allume. Si les mains du conducteur ne sont pas détectées sur le volant après un certain temps, le bip anxiété. De plus, l'assistance aux embouteillages est désactivée.
Description fonctionnelle
Le capteur de reconnaissance tactile se compose d'un tapis avec un élément de détection capacitif. Un tapis capacitif avec une unité d'évaluation électronique intégrée dans la jante du volant est connecté à l'électronique de détection tactile. Le système reconnaît la présence des mains sur le bord du volant par un changement de capacité. Le circuit électronique enregistre ce changement et calcule l'état correspondant.
L'électronique de détection tactile transmet cycliquement les informations d'état via le bus LIN à l'unité de commande correspondante.
La figure suivante montre le capteur et l'électronique de détection tactile à titre d'exemple.
| Désignation | Explication | Désignation | Explication |
|---|---|---|---|
| 1 | Le capteur de reconnaissance tactile se compose d'un tapis avec un élément de détection capacitif (illustration schématique) | 2 | Electronique de reconnaissance tactile |
| 3 | Point de connexion (tapis avec élément sensible capacitif et unité électronique de détection tactile) | 4 | Connecteur mâle 3 broches (connexion faisceau et bus LIN) |
| 5 | Connecteur mâle 2 broches (connexion du capteur tactile) |
Structure et connexions internes
Le capteur tactile est relié à l'électronique du système de détection tactile via un connecteur à 2 broches.
Points de consigne
Respectez les valeurs de réglage suivantes pour le capteur tactile :Lignes directrices diagnostiques
Vérification du fonctionnement de la pièce
Si le capteur tactile tombe en panne, les événements suivants peuvent se produire :
- Enregistrement du code d'erreur dans l'unité de contrôle correspondante (selon la série)
- Groupe de commutateurs de colonne de direction (SZL), par ex. F01, F10
- Contrôleur de domaine corporel (BDC), par exemple F15, G11, G12
- L'assistance aux embouteillages se désactive automatiquement
Le fonctionnement du capteur tactile est vérifié par le système de diagnostic.
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Le capteur tactile capacitif fonctionne comme un bouton ordinaire, mais il n'y a aucune pièce mobile. Le bouton détectera la « pression » à travers le corps de l’appareil et agira comme un interrupteur sans contact dans les projets de domotique.
Le capteur fonctionne à travers des matériaux non métalliques : plastique, carton, contreplaqué ou verre. Cette fonctionnalité peut être utilisée pour créer des contrôles masqués ou protégés.
Placez le module dans un boîtier scellé ou cachez-le sous le panneau avant de l'appareil - le bouton détectera l'approche de votre doigt même à travers une couche diélectrique de quatre millimètres.
L'utilisation comme « bouton » n'est pas le seul cas d'utilisation des capteurs capacitifs. Ils sont parfaits pour surveiller le niveau d’eau dans un fût en plastique ou un aquarium en verre.
Qu'y a-t-il à bord
Le système de détection tactile se compose d'un élément de détection, d'une unité de mesure de capacité du capteur et circuit logique, répondant aux changements de capacité à mesure qu'un objet s'approche.
Un circuit conducteur sur la partie avant du module est utilisé comme élément sensible.
La logique est basée sur la puce AT42QT1010. Il est responsable de l'étalonnage automatique du capteur. L'étalonnage prend environ une demi-seconde et est effectué immédiatement après la mise sous tension du module. De plus, le microcircuit filtre les valeurs, compense la dérive du capteur capacitif et ajuste le fonctionnement de l'appareil lorsque la température et l'humidité de l'environnement changent.
Chaque fois que le capteur est déclenché, une LED rouge vif s'allume. Cela aidera lors du débogage du projet et sera utile pour créer des panneaux de contrôle interactifs.
Connexion
Le module tactile est essentiellement similaire à un bouton numérique. Pendant que le bouton est enfoncé, le capteur émet un signal logique ; lorsque le bouton n'est pas enfoncé - zéro logique.
DANS version simplifiée Le module est connecté à l'électronique de commande comme un simple bouton - avec un seul.
Pour ce faire, utilisez le groupe de contacts de gauche :
- Le contact S est une broche de signal connectée à l'entrée numérique du contrôleur.
- Contactez V - puissance. Se connecte à la ligne électrique 3,3-5 V.
- Contact G - se connecte à la terre.
Dans le groupe de contacts de droite, une seule broche est utilisée - M. Elle change les modes de fonctionnement du module. Les deux pieds restants sont utilisés pour fixer solidement le module au Troyka Slot Shield.
Changement de mode de fonctionnement
Par défaut, le module fonctionne en mode basse consommation. Le capteur est interrogé une fois toutes les 80 millisecondes. Cela permet d'économiser considérablement l'énergie de la batterie.
Si vous avez besoin d'augmenter la réactivité de l'interface, connectez la broche M au contrôleur et appliquez-lui une broche logique. Le module passera en mode de traitement des données à grande vitesse, l'intervalle d'interrogation du capteur diminuera à 10 millisecondes.
Équipement
- 1 × module de carte
Caractéristiques
- Tension d'alimentation : 3,3-5 V
- Contrôleur de capteur : AT42QT1010
- Interface des boutons : numérique, binaire
- Dimensions : 25×25 mm
Capteur tactile pour Arduino
Le module est un bouton tactile ; un signal numérique est généré à sa sortie dont la tension correspond aux niveaux du un et du zéro logiques. Fait référence aux capteurs tactiles capacitifs. Nous rencontrons ce type de dispositifs de saisie de données lorsque nous travaillons avec l'écran d'une tablette, d'un iPhone ou d'un écran tactile. Si sur le moniteur nous cliquons sur une icône avec un stylet ou un doigt, alors nous utilisons ici une zone de la surface du tableau de la taille d'une icône Windows, en la touchant uniquement avec un doigt, le stylet est exclu. La base du module est la puce TTP223-BA6. Il y a un indicateur de puissance.
Contrôler le rythme de la lecture de la mélodie
Lorsqu'elle est installée dans l'appareil, la zone tactile de la surface de la carte module est recouverte d'une fine couche de fibre de verre, de plastique, de verre ou de bois. Les avantages d'un bouton tactile capacitif incluent une longue durée de vie, la possibilité de sceller le panneau avant de l'appareil et des propriétés anti-vandalisme. Cela permet au capteur tactile d'être utilisé dans des appareils fonctionnant à l'extérieur dans des conditions de contact direct avec des gouttelettes d'eau. Par exemple, un bouton de sonnette ou des appareils électroménagers. Une application intéressante dans les équipements de maison intelligente consiste à remplacer les interrupteurs d’éclairage.
Caractéristiques
Tension d'alimentation 2,5 - 5,5 V
Temps de réponse tactile dans différents modes de consommation de courant
faible 220 ms
normale 60 ms
Signal de sortie
Tension
journal élevé. niveau 0,8 X tension d'alimentation
journal faible niveau 0,3 X tension d'alimentation
Courant à l'alimentation 3 V et niveaux logiques, mA
faible 8
élevé -4
Dimensions de la planche 28 x 24 x 8 mm
Contacts et signaux
Pas de contact - le signal de sortie a un niveau logique faible, toucher - la sortie du capteur est logique.
Pourquoi ça marche ou un peu de théorie
Le corps humain, comme tout ce qui nous entoure, possède des caractéristiques électriques. Lorsqu'un capteur tactile est déclenché, notre capacité, notre résistance et notre inductance apparaissent. Sur la face inférieure de la carte module se trouve une section de feuille connectée à l'entrée du microcircuit. Entre le doigt de l'opérateur et la feuille sur la face inférieure se trouve une couche de diélectrique - le matériau de la base de support du circuit imprimé du module. Au moment du contact, le corps humain est chargé par un courant microscopique circulant à travers un condensateur formé par une section de feuille et le doigt d’une personne. Dans une vue simplifiée, le courant circule à travers deux condensateurs connectés en série : une feuille, un doigt situé sur les surfaces opposées de la carte et le corps humain. Par conséquent, si la surface de la carte est recouverte d'une fine couche d'isolant, cela augmentera l'épaisseur de la couche diélectrique du condensateur à feuille et ne perturbera pas le fonctionnement du module.
Le microcircuit TTP223-BA6 détecte une impulsion de microcourant insignifiante et enregistre un contact. En raison des propriétés du microcircuit, travailler avec de tels courants ne cause aucun dommage. Lorsque nous touchons le corps d'un téléviseur ou d'un moniteur en état de marche, des microcourants de plus grande ampleur nous traversent.
Mode basse consommation
Après la mise sous tension, le capteur tactile est en mode faible consommation. Après un déclenchement de 12 secondes, le module passe en mode normal. Si aucun autre contact ne se produit, le module reviendra en mode faible consommation de courant. La vitesse de réponse du module au toucher dans différents modes est indiquée dans les caractéristiques ci-dessus.
Travailler avec Arduino UNO
Chargez le programme suivant dans l'Arduino UNO.
#define ctsPin 2 // Contact pour connecter la ligne de signal du capteur tactile
int ledPin = 13 ; // Contact pour LED
Annuler la configuration() (
Série.begin(9600);
pinMode(ledPin, SORTIE);
pinMode(ctsPin, INPUT);
}
Boucle vide() (
int ctsValue = digitalRead(ctsPin);
si (ctsValue == ÉLEVÉ)(
digitalWrite(ledPin, ÉLEVÉ);
Serial.println("TOUCHÉ");
}
autre(
digitalWrite (ledPin, FAIBLE);
Serial.println("pas touché");
}
retard (500);
}
Connectez le capteur tactile et l'Arduino UNO comme indiqué sur la figure. Le circuit peut être complété par une LED qui s'allume lorsque le capteur est touché, connectée via une résistance de 430 Ohm à la broche 13. Les boutons tactiles sont souvent équipés d'un indicateur tactile. Cela rend le travail plus pratique pour l'opérateur. Lorsque l'on appuie sur un bouton mécanique, on ressent un clic quelle que soit la réaction du système. Ici la nouveauté de la technologie surprend un peu en raison de nos capacités motrices qui se sont développées au fil des années. L'indicateur de pression nous évite un sentiment excessif de nouveauté.
Souvent, un élément radio tel qu'un interrupteur à lames trouve son application en électronique. Sa particularité est la capacité de fermer les contacts pendant l'irradiation champ magnétique. Qu'est-ce que cela signifie? En prenant un simple aimant ou en plaçant un électro-aimant à proximité de l'interrupteur à lames, vous pouvez facilement fermer et ouvrir les contacts de cet élément radio. À la base, il s’agit d’une sorte de capteur sans contact.
Définition du concept
Qu'est-ce qu'un capteur sans contact ? Il s'agit d'un appareil électronique qui enregistre la présence d'un certain objet dans sa zone de couverture et fonctionne sans aucune influence mécanique ou autre.
Les capteurs sans contact sont utilisés dans une grande variété d'applications. C'est une création appareils électroménagers et les systèmes de sécurité des installations, les technologies industrielles et la fabrication automobile. À propos, cet élément est communément appelé « interrupteur sans contact ».
Avantages
Parmi les principaux avantages des capteurs sans contact figurent :
Dimensions compactes ;
Haut degré d'étanchéité ;
Durabilité et fiabilité ;
Poids léger ;
Variété d'options d'installation ;
Aucun contact avec l'objet et aucun feedback.
Classification
Il y a différents types capteurs sans contact. Ils sont classés selon le principe d'action et sont :
Capacitif ;
Optique;
Inductif;
Ultrasonique;
Magnétosensible ;
Pyrométrique.
Considérons chacun de ces types d'appareils séparément.
Capteurs capacitifs
Ces appareils sont basés sur la mesure de condensateurs électriques. Leur diélectrique contient l'objet soumis à enregistrement. Le but de ces types de capteurs sans contact est de fonctionner avec une variété d'applications. Il s'agit par exemple de la reconnaissance gestuelle. Les capteurs de pluie pour voitures sont produits sous forme de capteurs capacitifs. De tels appareils mesurent à distance le niveau de liquide pendant le traitement divers matériaux etc.
Le capteur de proximité capacitif est un système analogique qui fonctionne jusqu'à une distance de soixante-dix centimètres. Contrairement à d’autres types d’appareils similaires, il présente une plus grande précision et sensibilité. Après tout, le changement de capacité se produit en quelques picofarads seulement.
Le circuit de ce type de capteur de proximité comprend des plaques constituées d'un circuit imprimé conducteur, ainsi que de charge. Dans ce cas, un condensateur est formé. De plus, cela se produira à tout moment soit dans un élément conducteur mis à la terre, soit dans un objet dont la constante diélectrique est différente de celle de l'air. Un tel appareil fonctionnera également si une personne ou une partie de son corps apparaît dans la zone de couverture de l’appareil, qui sera similaire au potentiel du sol. Par exemple, à mesure que le doigt s’approche, la capacité du condensateur change. Et même en tenant compte du fait que le système est non linéaire, il ne lui sera pas difficile de détecter un objet étranger apparu dans les limites observées.
Le schéma de connexion d'un tel capteur sans contact peut être compliqué. L'appareil peut utiliser plusieurs éléments indépendants les uns des autres dans les directions gauche/droite ainsi que bas/haut. Cela élargira les capacités de l'appareil.
Capteurs optiques
De tels interrupteurs sans contact trouvent aujourd'hui leur large application dans de nombreuses branches de l'activité humaine, où fonctionnent les équipements nécessaires à la détection d'objets. Lors de la connexion d'un capteur sans contact, un codage est utilisé. Cela vous permet d'éviter un faux fonctionnement de l'appareil dû à une influence étrangère des sources lumineuses. De tels capteurs fonctionnent également à basse température. Dans ces conditions, des enveloppes thermiques sont posées dessus.
Que sont les capteurs optiques non supervisés ? Ce circuit électronique, réagissant aux changements du flux lumineux qui tombe sur le récepteur. Ce principe de fonctionnement permet d'enregistrer la présence ou l'absence d'un objet dans une zone spatiale particulière.
La conception des capteurs optiques sans contact comporte deux blocs principaux. L'un d'eux est la source de rayonnement et le second est le récepteur. Ils peuvent être situés dans le même bâtiment ou dans des bâtiments différents.
Lorsqu'on considère le principe de fonctionnement d'un capteur sans contact, on peut distinguer trois types de dispositifs optiques :
- Barrière. Les commutateurs optiques de ce type (T) fonctionnent sur un faisceau direct. Dans ce cas, les appareils sont constitués de deux parties distinctes - un émetteur et un récepteur, situés coaxialement l'un par rapport à l'autre. Le flux de rayonnement émis par l'émetteur doit être dirigé exactement vers le récepteur. Lorsque le faisceau est interrompu par un objet, l'interrupteur est activé. De tels capteurs ont une bonne immunité au bruit. De plus, ils n’ont pas peur des gouttes de pluie, de la poussière, etc.
- Diffuser. Le fonctionnement des commutateurs optiques de type D est basé sur l'utilisation d'un faisceau réfléchi par un objet. Le récepteur et l'émetteur d'un tel appareil sont situés dans un seul boîtier. L'émetteur dirige le flux vers l'objet. Le faisceau réfléchi par sa surface est réparti dans différentes directions. Dans ce cas, une partie du flux revient, où elle est captée par le récepteur. En conséquence, l'interrupteur se déclenche.
- Réflexe. De tels capteurs optiques de proximité sont de type R. Ils utilisent un faisceau réfléchi par un réflecteur. Le récepteur et l'émetteur d'un tel appareil sont également situés dans le même boîtier. Lorsque le faisceau atteint le réflecteur, il est réfléchi et arrive dans la zone du récepteur, ce qui déclenche le déclenchement de l'appareil. De tels appareils fonctionnent à une distance de l'objet ne dépassant pas 10 mètres. Peut-être peuvent-ils être utilisés pour fixer des objets translucides.
Capteurs inductifs
Le fonctionnement de cet appareil repose sur le principe de la prise en compte des modifications de l'inductance de ses principaux composants - la bobine et le noyau. C'est de là que vient le nom d'un tel capteur.
Les changements d'induction indiquent qu'un objet métallique est apparu dans le champ magnétique de la bobine, ce qui l'a modifié et, par conséquent, l'ensemble du circuit de connexion, dont la fonction principale est attribuée au comparateur. Dans ce cas, un signal est envoyé au relais et le courant électrique est coupé.
Sur cette base, nous pouvons parler de l'objectif principal d'un tel appareil. Il permet de mesurer le mouvement d'un équipement qui doit être arrêté si les limites de mouvement sont dépassées. Les capteurs eux-mêmes ont des limites de mouvement allant d'un micron à vingt millimètres. À cet égard, un tel dispositif est également appelé interrupteur de position inductif.
Un examen des capteurs sans contact de ce type permet d'en distinguer plusieurs variétés. Cette classification est basée sur le nombre différent de fils de connexion :
- Deux fils. De tels capteurs inductifs sont connectés directement au circuit. C'est l'option la plus simple, mais en même temps assez capricieuse. Cela nécessite une résistance de charge nominale. Si cet indicateur diminue ou augmente, le fonctionnement de l'appareil devient incorrect.
- Trois fils. Ce type de capteur à induction est le plus courant. Dans de tels circuits, deux fils doivent être connectés à la tension et un fil doit être connecté directement à la charge.
- Quatre et cinq fils. Dans ces capteurs, deux fils sont connectés à la charge et le cinquième est utilisé pour sélectionner le mode de fonctionnement requis.
Capteurs à ultrasons
Ces dispositifs sont largement utilisés dans une grande variété de domaines de production, résolvant de nombreux problèmes d'automatisation des cycles technologiques. Les capteurs de proximité à ultrasons sont utilisés pour déterminer l'emplacement et la distance de divers objets.
Ils servent par exemple à détecter des étiquettes, même transparentes, à mesurer des distances et à contrôler le mouvement d’un objet. Ils sont utilisés pour déterminer le niveau de liquide. Il est nécessaire, par exemple, de prendre en compte la consommation de carburant lors des travaux de transport. Et ce ne sont là que quelques-unes des nombreuses applications des commutateurs à ultrasons.
De tels capteurs sont assez compacts. Ils se distinguent par une construction de haute qualité et l'absence de diverses pièces mobiles. Cet équipement ne craint pas la contamination, ce qui est assez important dans des conditions industrielles, et ne nécessite également quasiment aucun entretien.
Le capteur à ultrasons contient un radiateur piézoélectrique, qui est à la fois émetteur et récepteur. Cette partie structurelle reproduit un flux d'impulsions sonores, le reçoit et convertit le signal reçu en tension. Ensuite, il est transmis au contrôleur, qui traite les données et calcule la distance à laquelle se trouve l'objet. Cette technologie s'appelle l'écholocation.
La plage active d'un capteur à ultrasons est la plage de détection de fonctionnement. Il s'agit de la distance à laquelle l'appareil à ultrasons peut « voir » un objet, peu importe qu'il s'approche de l'élément de détection dans la direction axiale ou qu'il se déplace à travers le cône sonore.
Selon le principe de fonctionnement, on distingue les capteurs à ultrasons :
- Dispositions. De tels appareils sont utilisés pour calculer l’intervalle de temps requis pour que le son se déplace d’un appareil à un objet particulier et vice-versa. Des capteurs de position à ultrasons sans contact sont utilisés pour surveiller l'emplacement et la présence de divers mécanismes, ainsi que pour les compter. De tels appareils sont également utilisés comme indicateurs de niveau pour divers liquides ou matériaux en vrac.
- Distances et déplacements. Le principe de fonctionnement de tels dispositifs est similaire à celui utilisé dans le dispositif décrit ci-dessus. La seule différence réside dans le type de signal présent à la sortie. C'est analogique, pas discret. Les capteurs de ce type sont utilisés pour convertir les indicateurs de distance existants par rapport à un objet en certains signaux électriques.
Capteurs magnétiques
Ces commutateurs sont utilisés pour le contrôle de position. Les capteurs se déclenchent à l'approche d'un aimant situé sur une partie mobile du mécanisme. Ces appareils ont une plage de température étendue (de -60 à +125 degrés Celsius). Cette fonctionnalité vous permet d'automatiser grand nombre complexe processus de production.
Un capteur de température sans contact de type magnétiquement sensible est utilisé :
Dans les industries chimiques et métallurgiques ;
Dans les régions du Grand Nord ;
Sur le matériel roulant ;
Dans les unités de réfrigération ;
Sur camions-grues ;
Ils sont utilisés dans les systèmes de sécurité des bâtiments, ainsi que pour l'ouverture automatique des fenêtres et des portes d'entrée.
Les capteurs les plus modernes et les plus rapides sont les capteurs magnétiques qui fonctionnent par effet Hall. Ils ne sont pas sujets à l'usure mécanique, car ils disposent d'un interrupteur de sortie électronique. La ressource de tels capteurs est pratiquement illimitée. À cet égard, leur utilisation constitue une solution rentable et pratique aux problèmes de mesure du nombre de tours d'arbre, de fixation de l'emplacement d'objets en mouvement rapide, etc.
Lors de la mesure du niveau de liquides, les capteurs magnétiques à flotteur sont largement utilisés. Ils sont la meilleure option pour déterminer les indicateurs requis en raison du prix peu coûteux et de la simplicité de conception.
Capteurs micro-ondes
Ce type de commutateurs sans contact est l'option de conception la plus universelle, qui peut être obtenue par une analyse continue de la zone desservie. Il convient de garder à l’esprit qu’ils se situent dans une catégorie de prix plus élevée que, par exemple, leurs analogues à ultrasons.
Le fonctionnement d'un tel appareil est dû à l'émission d'ondes électromagnétiques à haute fréquence, dont la valeur est légèrement différente selon les appareils de différents fabricants. Les capteurs micro-ondes sont configurés pour scanner et recevoir les ondes réfléchies. Cela permet à l'appareil d'enregistrer les moindres changements du fond électromagnétique. Si cela se produit, le système d'avertissement connecté au capteur se déclenche immédiatement sous la forme d'une alarme, d'un éclairage, etc.
Les appareils à micro-ondes ont une précision et une sensibilité de fonctionnement accrues. Ce ne sont pas des barrières murs de briques, portes et meubles. Ce fait doit être pris en compte lors de l'installation du système. Le niveau de sensibilité de l'appareil peut être modifié en réglant le capteur de mouvement.
Les interrupteurs à micro-ondes sont utilisés pour contrôler l'éclairage intérieur et extérieur, les dispositifs d'alarme, les appareils électriques, etc.
Capteurs pyrométriques
Le corps de tout être vivant est caractérisé par la présence de rayonnement thermique, qui est un faisceau d'ondes électromagnétiques de différentes longueurs. À mesure que la température du corps augmente, la quantité d’énergie qu’il émet augmente également.
Les capteurs appelés capteurs pyrométriques fonctionnent sur la base de la détection du rayonnement thermique. Ils sont:
Rayonnement total, mesurant l'énergie thermique totale du corps ;
Rayonnement partiel, mesurant l'énergie de la zone limitée par le récepteur ;
Rapports spectraux, qui fournissent un indicateur du rapport énergétique de certaines parties du spectre.
Les capteurs sans contact sont le plus souvent utilisés dans les appareils qui enregistrent le mouvement des objets.
Interrupteurs tactiles
Le développement des technologies a touché presque toutes les sphères de l’activité humaine. Ils n’ont pas non plus ignoré les problèmes de rénovation domiciliaire. Un exemple frappant en est l’interrupteur tactile. Cet appareil vous permet de contrôler l'éclairage d'une pièce d'un simple toucher.
L'interrupteur tactile réagit immédiatement même à la moindre pression sur le bouton. Sa conception comprend trois éléments principaux. Parmi eux :
- Une unité de contrôle qui traite le signal reçu et le transmet aux éléments nécessaires.
- Appareil de commutation. Cette partie ferme et ouvre le circuit, et modifie également le courant consommé par la lampe.
- Panneau de commande (tactile). Grâce à cette partie, l'interrupteur reçoit des signaux de la télécommande ou du toucher. Les appareils les plus modernes s’activent lorsque vous tenez la main à proximité.
Les modèles standards peuvent :
Allumer et éteindre les lumières ;
Ajustez la luminosité ;
Surveiller le fonctionnement des appareils de chauffage, en signalant les changements de température ;
Ouvrir et fermer les stores ;
Allumez et éteignez les appareils ménagers.
Les interrupteurs tactiles produisent différents types. Le modèle spécifique est sélectionné en fonction des besoins d'un immeuble de bureaux ou d'un immeuble résidentiel. Par exemple, le désir d'acheter et d'installer un appareil tactile peut surgir en raison de l'emplacement d'un interrupteur fixe dans un endroit peu pratique avec l'impossibilité de le déplacer. Ou peut-être y a-t-il une personne vivant dans une maison ou un appartement dont la mobilité est limitée. Parfois, les interrupteurs fixes sont situés à une hauteur telle qu'ils sont inaccessibles aux enfants. Pour résoudre le problème, il faudra choisir un modèle spécifique. Certains propriétaires préfèrent installer des interrupteurs tactiles pour modifier la luminosité de la lumière sans sortir du lit, etc.
