Схема емкостного датчика на микросхеме K561TЛ1 (CD4093B)
Сегодня никого не удивишь различными по назначению и эффективности электронными устройствами превентивного предупреждения, которые оповещают людей или включают охранную сигнализацию задолго до непосредственного контакта нежелательного гостя с охраняемым рубежом (территорией). Многие из таких узлов, описанных в литературе, например в [48], по мнению автора, интересны, но усложнены.
В противовес им разработана простая электронная схема бесконтактного емкостного датчика (рис. 2.2), собрать которую по силам даже начинающему радиолюбителю. Устройство имеет высокую чувствительность по входу, что позволяет использовать его для предупреждения о приближении человека к сенсору Е1.
Принцип действия устройства основан на изменении емкости между сенсором-антенной Е1 и «землей» (общим проводом: всем тем, что соотносится к заземляющему контуру, — в данном случае это пол и стеніі помещения). При приближении человека эта емкость существенно изменяется, что оказывается достаточным для срабатывания микросхемы K561TЛ1.
Рис. 2.2. Электрическая схема бесконтактного емкостного датчика
В основе конструкции — два элемента микросхемы K561TЛ1 (DD1), включенные как инверторы. Эта микросхема имеет в своем составе четыре однотипных элемента с функцией 2И-НЕ с триггерами Шмита с гистерезисом (задержкой) на входе и инверсией по выходу.
Применение микросхемы K561TЛ1 обусловлено малым потреблением тока, высокой помехозащищенностью (до 45 % от уровня напряжения питания), работой в широком диапазоне питающего напряжения (в диапазоне 3—15 В), защищенностью по входу от статического электричества и кратковременного превышения входных уровней, и многими другими достоинствами, которые позволяют широко использовать микросхему в радиолюбительских конструкциях, не требуя каких-либо особых мер предосторожности и защиты.
Кроме того, микросхема K561TЛ1 позволяет включать свои независимые логические элементы параллельно, в качестве буферных элементов, вследствие чего мощность выходного сигнала пропорционально увеличивается.
Триггеры Шмита—бистабильные схемы, способные работать с медленно возрастающими входными сигналами, в том числе с примесью помех. При этом обеспечивающие по выходу крутые фронты импульсов можно передавать в последующие узлы схемы для стыковки с другими ключевыми элементами и микросхемами. Микросхема K561TЛ (как, впрочем, и K561TЛ2) могут выделять управляющий сигнал (в том числе цифровой) для других устройств из аналогового или нечеткого входного импульса.
Зарубежный аналог К561ТЛ1 — CD4093B.
Схема включения инверторов — классическая, она описана в справочных изданиях. Особенность представленной разработки — в конструктивных нюансах. После включения питания на входе элемента DD1.1 присутствует неопределенное состояние, близкое к низкому логическому уровню. На выходе DD1.1 — высокий уровень, на выходе DD1.2 — опять низкий. Транзистор VT1 закрыт. Пьезоэлектрический капсюль НАІ (с внутренним генератором ЗЧ) не активен.
К сенсору Е1 подключена антенна — подойдет автомобильная телескопическая.
При нахождении человека рядом с антенной изменяется емкость между штырем антенны и полом. От этого переключаются элементы DD1.1, DD1.2 в противоположное состояние. Для переключения узла человек среднего роста должен находиться (проходить) рядом с антенной длиной 35 см на расстоянии до 1,5 м. На выводе 4 микросхемы появляется высокий уровень напряжения, вследствие этого транзистор VT1 открывается и звучит капсюль НА1.
Подбором емкости конденсатора С1 можно изменить режим работы элементов микросхемы. Так, при уменьшении емкости С1 до 82—120 пФ узел работает иначе. Теперь звуковой сигнал звучит только, пока на вход DD1.1 воздействует наводки переменного напряжения — прикосновение человека.
Электрическую схему (рис. 2.2) можно использовать и как основу для триггерного сенсорного датчика. Для этого исключают постоянный резистор R1, экранированный провод, а сенсором являются контакты микросхемы 1 и 2.
Последовательно с R1 подключают экранированный провод (кабель РК-50, РК-75, экранированный провод для сигналов ЗЧ — подходят все типы) длиной 1—1,5 м, экран соединяется с общим проводом, центральная жила на конце соединяется со штырем антенны.
При соблюдении указанных рекомендаций и применении указанных в схеме типов и номиналов элементов, узел генерирует звуковой сигнал частотой около 1 кГц (зависит от типа капсюля НА1) при приближении человека к штырю антенны на расстояние 1,5—1 м. Триггерный эффект отсутствует. Как только объект удаляется от антенны, датчик переходит в режим охраны (ожидания).
Эксперимент проводился также с животными— кошкой и собакой: на их приближение к сенсору-антенне узел не реагирует.
Возможности устройства трудно переоценить. В авторском варианте оно смонтировано рядом с дверной коробкой; входная дверь — металлическая.
Громкость сигнала ЗЧ, излучаемого капсюлем НА1, достаточна для того, чтобы услышать его на закрытой лоджии (она сопоставима с громкостью квартирного звонка).
Источник питания— стабилизированный, с напряжением 9—15 В, с хорошей фильтрацией напряжения пульсаций по выходу. Ток потребления ничтожно мал в режиме ожидания (несколько микроампер) и увеличивается до 22—28 мА при активной работе излучателя НА1.
Бестрансформаторный источник применять нельзя из-за вероятности поражения электрическим током. Оксидный конденсатор С2 действует как дополнительный фильтр по питанию, его тип — К50-35 или аналогичный, на рабочее напряжение не ниже напряжения источника питания.
При эксплуатации узла выявлены интересные особенности. Напряжение питания узла влияет на его работу: при увеличении напряжения питания до 15 В в качестве сенсора-антенны используется только обыкновенный многожильный неэкранированный электрический медный провод сечением 1—2 мм длиной 1 м; никакого экрана и резистора R1 в таком случае не надо, электрический медный провод подсоединяется непосредственно к выводам 1 и 2 элемента DD1.1. Эффект аналогичен. При изменении фазировки сетевой вилки источника питания узел катастрофически теряет чувствительность и способен работать только как сенсор (реагирует на прикосновение к Е1). Это актуально при любом значении напряжения источника питания в диапазоне 9—15 В. Очевидно, что второе назначение данной схемы — обыкновенный сенсор (или сенсор-триггер).
Эти нюансы следует учитывать при повторении устройства. Однако в случае правильного подключения, описанного здесь, получается важная составляющая охранной сигнализации, обеспечивающей безопасность жилищу, предупреждающей хозяев еще до возникновения нештатной ситуации.
Монтаж элементов осуществляется компактно на плате из стеклотекстолита. Корпус для устройства — любой из диэлектрического (непроводящего) материала. Для контроля включения питания устройство может быть снабжено индикаторным светодиодом, подключенным параллельно источнику питания.
Налаживание при точном соблюдении рекомендаций не требуется. Если экспериментировать с длиной экранирующего кабеля, длиной и площадью сенсора-антенны Е1 и изменением напряжения питания, возможно потребуется скорректировать сопротивление резистора R1 в широких пределах — от 0,1 до 100 МОм. Для уменьшения чувствительности увеличивают емкость конденсатора С1. Если это не приносит результатов, параллельно С1 включают постоянный резистор сопротивлением 5—10 МОм.
Рис. 2.3. Емкостной датчик
Неполярный конденсатор С1 — типа КМ6. Постоянный резистор R2— МЛТ-0,25. Резистор R1 — типа ВС-0,5, ВС-1. Транзистор VT1 необходим для усиления сигнала с выхода элемента DD1.2. Без этого транзистора капсюль НА1 звучит негромко. Транзистор VT1 можно заменить на КТ503, КТ940, КТ603, КТ801 с любым буквенным индексом.
Капсюль-излучатель НА1 может быть заменен на аналогичный с встроенным генератором ЗЧ и рабочим током не более 50 мА, например FMQ-2015B, КРХ-1212В и аналогичными.
Благодаря применению капсюля с встроенным генератором узел проявляет интересный эффект: при близком приближении человека к сенсору-антенне Е1 звук капсюля монотонный, а при удалении (или приближении человека, начиная с расстояния 1,5 м до Е1) — капсюль издает стабильный по характеру прерывистый звук в соответствии с изменением уровня потенциала на выходе элемента DD1.2. (Подобный эффект лег в основу первого электронного музыкального инструмента — «Терменвокса».
)
Для более полного представления о свойствах емкостного датчика автор рекомендует ознакомиться с материалом [53].
Если в качестве НА1 применить капсюль со встроенным гене-ратбром ЗЧ, например КРІ-4332-12, то при сравнительно большом удалении человека от сенсора-антенны звук будет напоминать сирену, а при максимальном приближении — прерывистый сигнал.
Некоторым минусом устройства можно считать отсутствие избирательности (системы распознавания «свой/чужой»), так узел будет сигнализировать о приближении к Е1 любого лица, в том числе вышедшего «за хлебом» хозяина квартиры. Основа работы устройства — электрические наводки и изменение емкости максимально полезны при эксплуатации в больших жилых массивах с развитой сетью электрических коммуникаций; очевидно, прибор будет бесполезен в лесу, в поле и везде, где нет электрических коммуникаций.
Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.
Емкостный датчик
Портал QRZ.RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений.
Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Спасибо.
Как добавить наш сайт в исключения AdBlock
QRZ.RU > Каталог схем и документации > Схемы наших читателей > Дайджест радиосхем > Емкостный датчик
class=»small»>
|
Большинство схем емкостных датчиков состоят из двух генераторов и схемы, контролирующей нулевые биения или промежуточную частоту. При этом частота одного генератора стабилизируется кварцевым резонатором, а на настройку контура другого влияет внешняя емкость. Схема содержит один генератор, работающий на частоте 460—470 кГц, воздействие на датчик приводит к тому, что изменяется ток, потребляемый генератором (внешняя емкость не столько изменяет частоту, сколько дополнительно нагружает контур). Ключ выполнен на транзисторе VT2. При воздействии на датчик ток, потребляемый генератором, увеличивается и транзистор VT2 открывается, при этом напряжение на его коллекторе становиться близким к напряжению питания (схема питается от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и резисторе R6).  Цепь R5C5 нужна для задержки срабатывания устройства после
включения. Если задержка не нужна, конденсатор С5 можно исключить. Можно сделать
вариант с задержкой и контрольным светодиодом. В этом случае нужно уменьшить
сопротивление R6 до 150 Ом, a R4 до 620 Ом, и включить последовательно с R4
светодиод типа АЛ307 в прямом направлении. Теперь первые пять-десять секунд
после включения реакция датчика приведет только к зажиганию светодиода. Затем,
после окончания этого времени, каждое срабатывание будет приводить к появлению
на выходе схемы положительного импульса длительностью около 10с. Длительность
импульса можно регулировать, изменяя сопротивление R7 или емкость Сб.
Емкостный датчик собран на одной печатной плате из
одностороннего фоль-гированпого стеклотекстолита. Подстроечпый конденсатор —
типа КПК, полевой транзистор VT1 может быть с любым буквенным индексом, что же
касается VT2 — здесь подойдет любой р-n-р транзистор малой мощности,
включая и МП39—МП42. Катушка намотана на стандартном четырехсекционном каркасе от катушки гетеродина средневолнового радиоприемника. Ферритовый сердечник (и броневой, если имеется) удаляется. Катушка имеет 1000 витков с отводом от середины провода ПЭВ 0,06 мм. Стабилитрон можно выбрать любой соответствующей мощности с напряжением стабилизации 7…10 В. Для настройки подключите датчик и расположите плату там, где она
будет находиться (или недалеко от этого места). Подключив питание,
диэлектрической отверткой установите ротор конденсатора С1 в состояние
минимальной емкости. |
При увеличении внешней емкости
ток потребления возрастает, что приводит к открыванию второго транзистора.
Генератор собран на полевом транзисторе VT1. Частота настройки определяется
параметрами контура на катушке L1. Датчик может быть произвольной например кусок монтажного провода, сетка, квадрат со стороной от 150 до 1000 мм или кольцо. Если датчик устанавливать в автомобиле,
то для охраны стекла достаточно провода длиной 150 мм, можно установить сетку в
сидениях или расположить провод в щелях приборной панели.
Микросхему К176ЛА7 можно заменить на К561ЛА7 или даже на
К561ЛЕ5, но в этом случае нужно поменять местами R5 и С5, изменить полярность
включения С6 на противоположную, вывод R7, соединенный с общим проводом,
подключить к катоду стабилитрона, а выходной сигнал снимать с вывода 3 DD1,
включив элемент с выводами 12, 13 и 11 между коллектором VT2 и выводом 9 DD1.
При этом схема должна сработать. Затем, постепенно
поворачивая его на небольшой угол и удаляясь после этого па расстояние
недосигаемости (около полуметра), установите ротор С1 в такое положение, при
котором схема перестает срабатывать, пока вы не приблизитесь на такое
расстояние, которое хотите установить.
Рассмотрены 3 простые схемы емкостных датчиков приближения
В этом посте мы всесторонне обсудим 3 основные схемы датчиков приближения с множеством схем применения и подробными особенностями схемы. Первые две схемы емкостных датчиков приближения используют простые концепции на основе IC 741 и IC 555, в то время как последняя является немного более точной и включает прецизионную конструкцию на основе IC PCF8883
. 1) Используя IC 741
. настроен на активацию реле или любой подходящей нагрузки, такой как водопроводный кран, как только человеческое тело или рука приближаются к пластине емкостного датчика.
В определенных условиях близость руки достаточна только для срабатывания выхода схемы.
Вход с высоким импедансом обеспечивается Q1, который представляет собой обычный полевой транзистор, такой как 2N3819. Стандартный операционный усилитель 741 используется в виде чувствительного переключателя уровня напряжения, который впоследствии управляет буфером тока Q2, среднеточным биполярным транзистором pnp, тем самым активируя реле, которое может использоваться для переключения устройств, таких как сигнализация, кран и т. д.
Пока схема находится в состоянии ожидания бездействия, напряжение на выводе 3 операционного усилителя фиксируется выше уровня напряжения на выводе 2 путем соответствующей настройки предустановки VR1.
Это гарантирует, что напряжение на выходном контакте 6 будет высоким, в результате чего транзистор Q2 и реле останутся выключенными.
Когда палец подносится в непосредственной близости к сенсорной пластине или слегка прикасается к ней, уменьшение противоположного смещения VGS увеличит ток стока полевого транзистора Q1, а результирующее падение напряжения на резисторе R1 уменьшит напряжение на выводе 3 операционного усилителя ниже напряжения на контакте 2.
Это приведет к падению напряжения на контакте 6 и, следовательно, к включению реле с помощью Q2. Резистор R4 может быть определен для того, чтобы реле оставалось выключенным в нормальных условиях, учитывая, что крошечное положительное напряжение смещения может возникнуть на выходе 6 операционного усилителя, даже если напряжение на 3 контакте окажется ниже, чем напряжение на 2 контакте. состояние покоя (бездействия). Эту проблему можно решить, просто добавив светодиод последовательно с базой Q2.
2) Использование IC 555
В посте объясняется эффективная схема емкостного датчика приближения на основе IC 555, которую можно использовать для обнаружения злоумышленников вблизи дорогого объекта, например вашего автомобиля. Идея была предложена мистером Максом Пейном.
Запрос схемыЗдравствуйте, Swagatam,
Пожалуйста, опубликуйте емкостную/корпусную/чувствительную схему, которую можно использовать на велосипеде. Такое устройство можно увидеть в системе безопасности автомобиля.
Когда кто-то приближается к машине или простое приближение на 1 дюйм, срабатывает сигнализация на 5 секунд.
Как работает этот тип сигнализации, сигнализация срабатывает только тогда, когда кто-то подходит ближе (скажем, на 30 см). Какой тип датчика они используют?
Схема цепи
Изображение схемы предоставлено Elektor Electronics
КонструкцияСхема емкостного датчика может быть понята с помощью следующего описания: в состоянии, но без включения настоящий конденсатор. Здесь вводится емкостная пластина, которая занимает положение конденсатора, необходимое для нестабильной работы.
Следует отметить, что емкостная пластина большего размера обеспечивает лучший и надежный отклик схемы.
Поскольку схема предназначена для работы в качестве системы оповещения о приближении к корпусу транспортного средства, сам корпус можно использовать в качестве емкостной пластины, а большой объем вполне подойдет для данного приложения.
После того, как емкостная сенсорная пластина интегрирована, IC555 переходит в режим ожидания для нестабильных действий.
При обнаружении «земляного» элемента в непосредственной близости, которым может быть рука человека, необходимая емкость создается между выводами 2/6 и землей ИС.
Вышеприведенное приводит к мгновенному увеличению частоты, когда ИС начинает колебаться в нестабильном режиме.
Нестабильный сигнал получен на выводе 3 микросхемы, которая надлежащим образом «интегрируется» с помощью R3, R4, R5 вместе с C3—-C5.
«Интегрированный» результат подается на операционный усилитель, настроенный как компаратор.
Компаратор, сформированный вокруг IC2, реагирует на это изменение от IC1 и преобразует его в напряжение срабатывания, приводящее в действие T1 и соответствующее реле.
Реле может быть оснащено сиреной или звуковым сигналом для необходимой сигнализации.
Однако на практике видно, что IC1 формирует пиковый импульс напряжения с положительного на отрицательный в тот момент, когда рядом с пластиной обнаруживается емкостное заземление.
IC2 реагирует исключительно на это внезапное повышение пикового напряжения для требуемого срабатывания.
Если емкостное тело продолжает находиться в непосредственной близости от пластины, напряжение пиковой частоты на контакте 3 исчезает до уровня, который может быть не обнаружен IC2, делая его неактивным, то есть реле остается активным только в тот момент, когда емкостной элемент подносится или удаляется вблизи поверхности пластины.
P1, P2 можно отрегулировать для получения максимальной чувствительности от емкостной пластины
Для получения фиксирующего действия выход IC2 можно дополнительно интегрировать в схему триггера, что делает схему емкостного датчика приближения чрезвычайно точной и отзывчивой
3 ) Датчик приближения с сигналом тревоги
Следующая схема датчика приближения использует чрезвычайно высокий входной импеданс и высокую мощность полевого транзистора для создания простой, но очень чувствительной схемы датчика приближения и драйвера сигнализации.
Датчик состоит из металлического предмета размером 3×3 дюйма, соединенного с затвором Q1.
Резистор R2, номиналом 100 МОм, отделяет затвор Q1 от R1, позволяя его входному импедансу оставаться чрезвычайно высоким. Если вы не можете найти резистор на 100 МОм, вы можете просто соединить пять резисторов на 22 МОм последовательно и работать с этой цепочкой резисторов вместо R2.
Точнее говоря, значение R2 может быть создано даже выше, чем это для повышения чувствительности обнаружения приближения. Потенциометр R1 настроен на точку, когда пьезо-зуммер только начинает гудеть, а затем R1 может быть тщательно отрегулирован до точки, где зуммер просто перестает звучать.
Проверка с регулировкой резистора R1 может быть полезной при установке максимальной чувствительности для этой емкостной цепи приближения.
4) Использование одного полевого транзистора
Следующая схема изображает схему чувствительного к нагрузке датчика приближения, в которой в качестве активного устройства используется полевой транзистор BC170 N-типа.
Это чрезвычайно надежная и чувствительная схема датчика приближения, которая может использоваться в устройствах безопасности и промышленных приложениях.
В этой конструкции используется генератор Хартли с регулируемой регулировкой усиления обратной связи. Катушка индуктивности с ручной обмоткой заменяет RC-частотоопределяющие компоненты, использовавшиеся в нашем предшествующем устройстве. Частота генератора определяется индуктивностью L1, внутренней емкостью и нагрузочной емкостью сенсорной пластины.
R5 управляет усилением обратной связи, необходимым для достижения и поддержания колебаний. С5 направляет выходной сигнал генератора на схему выпрямителя, которая обеспечивает положительное смещение для включения транзистора Q2 и включения светодиода. Аккуратно отрегулируйте потенциометр, пока светодиод не начнет слегка светиться, при этом R5 настроен на максимальное значение сопротивления.
Максимальная чувствительность сенсора в этой точке.
В цепи должно быть достаточно любого индуктора с отводом от середины и значением индуктивности от 0,1 до 100 мГн.
Катушка нашей схемы состояла из 120 витков покрытого эмалью медного провода 28-го калибра, «свернутого в кучу» на 1-дюймовой трубе. Сделайте отвод на 60-м витке и продолжайте наматывать еще 60 витков.
Поскольку фактическое значение индуктивности не имеет значения, для формы подойдет любая катушка трубы сопоставимого размера; толщина используемой проволоки также может варьироваться.
5) Использование IC PCF8883
IC PCF8883 разработана для работы в качестве прецизионного емкостного бесконтактного переключателя с помощью уникальной (запатентованной EDISEN) цифровой технологии для определения мельчайшей разницы в емкости вокруг указанной чувствительной пластины.
Основные характеристики
Основные характеристики этого специализированного емкостного датчика приближения можно изучить, как указано ниже:
На следующем рисунке показана внутренняя конфигурация ИС PCF8883
ИС не полагается на традиционный режим измерения динамической емкости, а определяет изменение статической емкости с помощью автоматической коррекции посредством непрерывной автоматической калибровки.
Датчик в основном представляет собой небольшую проводящую фольгу, которая может быть непосредственно интегрирована с соответствующими выводами ИС для предполагаемого емкостного измерения или, возможно, подключена к большим расстояниям через коаксиальные кабели для обеспечения точных и эффективных удаленных операций емкостного датчика приближения.
На следующих рисунках показаны выводы микросхемы PCF8883. Подробное функционирование различных распиновок и встроенной схемы можно понять по следующим пунктам:
Распиновка Детали микросхемы PCF8883
Распиновка IN, которая должна быть связана с внешней емкостной сенсорной фольгой, связана с ICs внутренняя сеть RC.
Время разряда, заданное «tdch» сети RC, сравнивается со временем разряда второй встроенной сети RC, обозначенной как «tdchimo».
Две RC-цепи проходят периодическую зарядку с помощью VDD (INTREGD) через пару идентичных и синхронизированных коммутационных сетей, а затем разряжаются с помощью резистора на Vss или землю
Скорость, с которой выполняется заряд-разряд регулируется частотой дискретизации, обозначаемой «fs».
Если видно, что разность потенциалов падает ниже установленного внутри опорного напряжения VM, соответствующий выходной сигнал компаратора становится низким. Логический уровень, который следует за компараторами, идентифицирует точный компаратор, который фактически может переключаться раньше другого.
И если установлено, что верхний компаратор сработал первым, это приводит к тому, что импульс отображается на CUP, тогда как если обнаруживается, что нижний компаратор переключился раньше верхнего, то импульс включается в CDN.
Вышеупомянутые импульсы участвуют в управлении уровнем заряда внешнего конденсатора Ccpc, связанного с выводом CPC. Когда на CUP генерируется импульс, Ccpc заряжается через VDDUNTREGD в течение заданного периода времени, что вызывает повышение потенциала на Ccpc.
Точно так же, когда импульс рендерится на CDN, Ccpc соединяется с устройством стока тока с землей, которая разряжает конденсатор, вызывая коллапс его потенциала.
Всякий раз, когда емкость на выводе IN становится выше, это соответственно увеличивает время разряда tdch, что приводит к падению напряжения на соответствующем компараторе в течение соответственно более длительного времени.
Когда это происходит, выходной сигнал компаратора становится низким, что, в свою очередь, создает импульс на CDN, заставляя внешний конденсатор CCP разряжаться в меньшей степени.
Это означает, что CUP теперь генерирует большинство импульсов, что заставляет CCP заряжаться еще больше, не выполняя никаких дальнейших шагов.
Несмотря на это, функция автоматической калибровки ИС с управлением по напряжению, основанная на регулировании стокового тока «ism», связанном с выводом IN, пытается сбалансировать время разряда tdch, соотнося его с внутренним временем разряда tdcmef.
Напряжение на Ccpg регулируется по току и становится причиной разрядки емкости на IN довольно быстро всякий раз, когда обнаруживается увеличение потенциала на CCP. Это идеально уравновешивает возрастающую емкость на входном контакте IN.
Этот эффект приводит к возникновению системы слежения с замкнутым контуром, которая постоянно отслеживает и участвует в автоматическом выравнивании времени разряда tdch по отношению к tdchlmf.
Это помогает скорректировать вялые колебания емкости на выводах IN микросхемы. Во время быстрой зарядки, например, когда палец человека быстро приближается к сенсорной фольге, обсуждаемая компенсация может не произойти, в равновесных условиях продолжительность периода разряда не отличается, что приводит к попеременным колебаниям импульса на CUP и CDN.
Это также означает, что при больших значениях Ccpg можно ожидать относительно ограниченное изменение напряжения для каждого импульса для CUP или CDN.
Таким образом, внутренний сток тока приводит к более медленной компенсации, тем самым повышая чувствительность датчика. Наоборот, когда CCP уменьшается, чувствительность сенсора снижается.
Монитор встроенного датчика
Встроенный счетчик контролирует срабатывание датчика и, соответственно, подсчитывает импульсы на CUP или CDN, счетчик сбрасывается каждый раз, когда направление импульса между CUP и CDN меняется или изменяется.
Выходной контакт, представленный как OUT, активируется только при обнаружении достаточного количества импульсов через CUP или CDN .
Умеренные уровни помех или медленные взаимодействия между датчиком или входной емкостью не оказывают никакого влияния на запуск выхода.
Микросхема фиксирует несколько условий, таких как неодинаковая схема заряда/разряда, чтобы отображалось подтвержденное переключение выхода и устранялись ложные обнаружения.
Расширенный запуск
ИС включает в себя усовершенствованную схему запуска, которая позволяет микросхеме довольно быстро достигать равновесия, как только на нее подается питание.
Внутри вывод OUT сконфигурирован как открытый сток, который инициирует вывод с высокой логикой (Vdd) с максимальным током 20 мА для подключенной нагрузки. В случае, если на выход подается нагрузка более 30 мА, питание мгновенно отключается благодаря функции защиты от короткого замыкания, которая срабатывает мгновенно.
Эта схема выводов также совместима с КМОП и поэтому подходит для всех нагрузок или каскадов на основе КМОП.
Как упоминалось ранее, параметр частоты дискретизации «fs» соответствует 50% частоты, используемой в сети синхронизации RC.
Частота дискретизации может быть установлена в заранее определенном интервале путем соответствующей фиксации значения CCLIN.
Внутренне модулированная частота генератора на уровне 4% с помощью псевдослучайного сигнала подавляет любую возможность помех от окружающих частот переменного тока.
Режим выбора выходного состояния
Микросхема также имеет полезный «режим выбора выходного состояния», который можно использовать для перевода выходного вывода в моностабильное или бистабильное состояние в ответ на емкостное считывание входной цоколевки. Он отображается следующим образом:
Режим №1 (ТИП включен при Vss): Выход становится активным в течение sp до тех пор, пока вход удерживается под внешним емкостным воздействием.
Режим № 2 (ТИП активируется на VDD/NTRESD): В этом режиме выход попеременно включается и выключается (высокий и низкий) в ответ на последующее емкостное взаимодействие через фольгу датчика.
Режим № 3 (CTYPE включен между TYPE и VSS): при этом условии выходной контакт срабатывает (низкий) на некоторый предопределенный период времени в ответ на каждый емкостной сенсорный вход, продолжительность которого пропорциональна значению CTYPE и может изменяться со скоростью 2,5 мс на емкость нФ.
Стандартное значение для CTYPE для обхода задержки 10 мс в режиме № 3 может составлять 4,7 нФ, а максимально допустимое значение для CTYPE равно 470 нФ, что может привести к задержке около секунды. Любые резкие емкостные вмешательства или воздействия в этот период просто игнорируются.
Как использовать схему
В следующих разделах мы изучим типичную конфигурацию схемы с использованием одной и той же ИС, которая может применяться во всех продуктах, требующих точных операций, стимулируемых дистанционным приближением.
Предлагаемый емкостный датчик приближения может использоваться во многих различных приложениях, как указано в следующих данных:
Типичная конфигурация приложения с использованием ИС приведена ниже:
Конфигурация схемы приложения
ВДД. Сглаживающий конденсатор желательно подключить между и VDD и землей, а также между VDDUNTREGD и землей для более надежной работы микросхемы.
Значение емкости COLIN, полученное на выводе CLIN, эффективно фиксирует частоту дискретизации.
Увеличение частоты дискретизации может позволить увеличить время реакции на сенсорный вход с пропорциональным увеличением потребляемого тока
Пластина датчика приближения
Чувствительная емкостная сенсорная пластина может иметь форму миниатюрной металлической фольги или пластины, экранированной и изолированной непроводящим слоем.
Эта чувствительная зона может быть подключена на больших расстояниях коаксиальным кабелем CCABLE, другие концы которого могут быть соединены с IN IC, или пластина может быть просто напрямую подключена к INpinout IC в зависимости от потребностей приложения. .
Микросхема оснащена внутренней схемой фильтра нижних частот, которая помогает подавлять все виды радиопомех, которые могут попытаться проникнуть в микросхему через контакт IN микросхемы.
Кроме того, как показано на диаграмме, можно также добавить внешнюю конфигурацию с использованием RF и CF для дальнейшего улучшения подавления RF и повышения устойчивости цепи к RF.
Для достижения оптимальной производительности схемы рекомендуется, чтобы сумма значений емкости CSENSE + CCABLE + Cp находилась в заданном соответствующем диапазоне, хороший уровень может составлять около 30 пФ.
Это помогает контуру управления лучше работать со статической емкостью над CSENSE для выравнивания довольно медленных взаимодействий на чувствительной емкостной пластине.
Достижение повышенных емкостных входов
Для достижения повышенных уровней емкостных входов может быть рекомендовано включить дополнительный резистор Rc, как показано на схеме, который помогает контролировать время разряда в соответствии со спецификациями внутренних требований синхронизации.
Площадь поперечного сечения прикрепленной сенсорной пластины или сенсорной фольги становится прямо пропорциональной чувствительности схемы, в сочетании со значением конденсатора Ccpc уменьшение значения Ccpc может сильно повлиять на чувствительность сенсорной пластины. Следовательно, для достижения эффективного уровня чувствительности Ccpc можно было бы оптимально и соответствующим образом увеличить.
Распиновка с маркировкой CPC внутренне связана с высоким импедансом и, следовательно, может быть чувствительна к току утечки.
Убедитесь, что Ccpc выбран с высококачественным конденсатором PPC типа MKT или типа X7R для получения оптимальных характеристик конструкции.
Работа при низких температурах
В случае, если система предназначена для работы с ограниченной входной емкостью до 35 пФ и при отрицательных температурах -20°С, то может быть целесообразно снизить напряжение питания ИС примерно до 2,8 В. Это, в свою очередь, снижает рабочий диапазон напряжения Vlicpc, спецификация которого лежит в пределах от 0,6 В до VDD — 0,3 В.
Более того, уменьшение рабочего диапазона Vucpc может привести к пропорциональному уменьшению диапазона входной емкости схемы.
Кроме того, можно заметить, что значение Vucpc увеличивается с понижением температуры, как показано на диаграммах, что говорит нам о том, почему соответствующее снижение напряжения питания способствует снижению температуры.
Рекомендуемые характеристики компонентов
В таблицах 6 и 7 указан рекомендуемый диапазон значений компонентов, которые могут быть надлежащим образом выбраны в соответствии с желаемыми характеристиками применения со ссылкой на приведенные выше инструкции.
Ссылка: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8883.pdf
Полупроводниковые и системные решения — Infineon Technologies
PCIM Europe 2023
Наша цифровая платформа все еще онлайн! В этом году мы все о декарбонизации и цифровизации
Просмотрите основные моменты здесь
Новый 750 В EDT2 дискретный IGBT
750 В EDT 2 Технология IGBT была разработана для удовлетворения спроса в приложениях CAV, таких как транспортные средства доставки, грузовики и инверторы привода автобусов
Скачать техническое описание
Контроллер домена для ADAS и автономного вождения
Передовые полупроводниковые решения Infineon для объединения датчиков в автономных транспортных средствах и для передовых систем помощи водителю
Узнать больше
Зеленая энергия для дома и сада
Полупроводники являются частью многих электрических устройств и систем в каждом доме.
Они имеют решающее значение для решения энергетических проблем и делают нашу жизнь более экологичной
Узнайте больше
Ключ к умным замкам без батареек
На базе однокристального решения Infineon NAC1080 с технологией сбора энергии NFC
AIROC™ Cloud Connectivity Manager
Быстро, легко и безопасно подключайте свои продукты IoT к облаку AWS
Узнать больше
Новости
16 мая 2023 г.
