Сенсорный выключатель своими руками: конструкция и правила подключения
«Умный дом» давно стал реальностью и набирает популярность. Полезные гаджеты и программируемые электроприборы облегчают быт человека. Сенсорный выключатель может быть частью комплекса или использоваться отдельно. Механическое нажатие больше не является единственным замыкающим сигналом. Работа устройства основана на электропроводимости человеческого тела или отражении инфракрасных лучей. Датчик реагирует на легкое прикосновение или движение.
Содержание
- Конструкция «умного» выключателя
- Классификация переключателей
- Самостоятельная сборка сенсорных коммуникаторов
- Безопасность при монтаже
Конструкция «умного» выключателя
Понятие «сенсорный» трактуется по-разному в зависимости от источника. В широком смысле это аналог клавиши или кнопки питания, который реагируют на голос, движение, степень освещенности помещения и т. д. Он не требуют механического действия.
В узком смысле — прибор работающий за счет энергоемкости человека. Конечность человека, приближаясь к чувствительной пластине, становится частью электроцепи, замыкает её. За счет действия специального элемента схемы (триггера) не происходит размыкания после отдаления раздражителя, стабильное состояние системы сохраняется. Отсутствие движущихся деталей исключает их поломку и облегчает влажную уборку поверхности.
Составные элементы:
Наружная часть — лицевая стеклянная или пластиковая панель и огнеупорный корпус. Квадратные, прямоугольные модели встречаются чаще круглых. Размер соответствует обычному клавишному выключателю, что позволяет использовать для монтажа стандартное гнездо. Функция крышки защитная и декоративная.
Чувствительный элемент — пластина с ёмкостными сенсорами или пара инфракрасный излучатель+приёмник, могут присутствовать дополнительные датчики. Задача сенсора уловить сигнал извне.
Силовая составляющая — печатная плата с SMD компонентами: блок питания, усилители, микроконтроллер, плата радиоканала, ключ, энергозависимая память.
Иногда в комплект входит дополнительный конденсатор, чтобы предотвратить фоновое свечение газоразрядных ламп в выключенном состоянии.
Классификация переключателей
Чтобы правильно выбрать коммуникатор, следует исходить из назначения помещения, количества и характеристик светильников. По параметру напряжению устройства бывают:
- 220 В — стандартный показатель для большинства приборов;
- 12 В — подойдёт к LED лентам и некоторым другим типам осветителей.
По количеству подключённых источников света применяют одинарные, двойные, тройные выключатели. Большее количество удобнее контролировать дистанционным пультом.
По виду ключа можно выделить:
- с электромагнитным реле — замыкание происходит механически, поэтому контакты со временем обгорают;
- оснащённые симистором — полупроводниковый прибором.
Типы чувствительного элемента в бытовых переключателях:
- ёмкостный — требует легкого касания;
- оптический — реагирует на движение или уровень освещённости;
- высокочастотный — настроен на присутствие, заполненность помещения (объёма), движение.
Дополнительные функции:
- датчики движения, объёма, звука;
- беспроводное управление;
- плавное снижение яркости при выключении;
- таймер.
Сенсорные переключатели расширяют возможности освещения, упрощают управление, позволяют экономить время и затраты электроэнергии. Они могут быть автономными или монтироваться в корпуса светильников: торшеров, настольных ламп, LED профилей.
Самостоятельная сборка сенсорных коммуникаторов
Главный минус «умных» выключателей — цена. Наличие базовых знаний электротехники поможет собрать самоделку. Домашние умельцы используют 3 основных варианта сборки.
Схема сенсорной кнопки на транзисторах самая простая. Для её осуществления потребуется макетная плата, на которой монтируются последовательно соединенные транзисторы КТ315 и электромеханическое реле, параллельно с которым обязательно нужно установить защитный диод. Сенсором послужит провод от базы транзистора, подключаемого к сети.
Цепь можно усложнить, добавив перед реле оптрон и триггер (таймер NE555 или микросхема К561ТМ2). Такая модификация позволит сети фиксировать команду.
Инфракрасный сенсорный выключатель своими руками можно собрать, добавив в схему генератор прямоугольных импульсов. Для увеличения тока от генератора поможет инфракрасный мигающий светодиод. На микросхеме устанавливается временной интервал. Он определяет, через какое время после прекращения поступления сигнала выключится свет. При попадании отражения луча на фотоприёмник, счётчик К561ИЕ20 или CD4040 выдаст единицу, цепь замкнётся. При отсутствии сигнала на всех выводах логический ноль, не поступает напряжение, управляющий транзистор не пропускает ток.
Схема инфракрасного выключателяСенсорные выключатели промышленного производства можно доработать и расширить площадь чувствительности. Под крышкой нужно найти ёмкостный элемент и припаять к нему тонкий проводок. После чего проводник уложить увеличивающимся кольцами до заполнения всего периметра.
Вернуть на место защитную панель.
Переключатели приспосабливаются не только под светильники, но и в качестве дверного звонка, раздвигателя штор и прочее. Все детали можно приобрести на радиорынках или китайских интернет-платформах по бюджетной цене.
Безопасность при монтаже
Перед установкой обязательно обесточить сеть, опустив рубильник защитного автомата в распределительном щитке. Сенсорные коммуникаторы монтируются без лицевой панели. Соблюдается правило полюсовки. Если в линии есть заземляющий провод, он подключается на промаркированный контакт. Концы многожильного кабеля опрессовывают или заслуживают, чтобы плотно зафиксировать и избежать перегрева.
Нельзя использовать приспособления с явными повреждениями или не рассчитанные на заданную нагрузку сети. Самодельные сенсорные выключатели света 220 В не всегда выдерживают — большинство домашних схем рассчитаны на низковольтных потребителей.
Нельзя начинать монтаж до ознакомления с инструкцией производителя.
Схемы подключения / Характеристики / «LIVOLO.Ru»
Инструкция по монтажу и эксплуатации сенсорных выключателей.
Внимание! При монтаже сенсорных выключателей обязательно выполнение следующих инструкций:
- Монтаж осуществлять строго на обесточенной проводке для предотвращения короткого замыкания и поломки устройства.
- Стеклянную лицевую панель устанавливать и снимать на обесточенный механизм.
- Не утапливать суппорт (металлическую часть крепления винтами к монтажной коробке) в стену пережатием винтов до максимального усилия. В случае необходимости ослабить винты крепления на пол оборота, лицевая панель не должна упираться одной из сторон в стену и должна стоять строго параллельно стене.
- Подавать питание на сенсорные выключатели только когда каждая линия находится под нагрузкой (выходящая фаза подключена к потребителю).
- Во избежание загрязнения сенсора выключателя и последующей некорректной работы, лицевую стеклянную панель одеть на выключатель сразу после монтажа. Если на сенсоре выключателя оказалась строительная пыль, протереть сухой чистой салфеткой и сразу установить лицевую панель.
— При монтаже следует не допускать контакта металлических частей монтажного инструмента с внутренней окрашенной стороной лицевой панели.
— Извлеките изделие из упаковки, вставьте до упора плоскую отвертку в замок, располагающийся в нижней части лицевой панели и поворотом по оси отсоедините
— Закрепите суппорт в монтажной коробке, соедините верхнюю часть лицевой панели с суппортом таким образом , чтобы зубчики замка попали в пазы, далее подведите нижнюю часть панели к суппорту и умеренным давлением на всю плоскость защелкните замок до щелчка.
Схема подключения сенсорных выключателей:
Включение и выключение освещения производится легким касанием лицевой панели в подсвеченной зоне расположения сенсора, в выключенном состоянии светится синим, во включенном состояние красным.
Для моделей с диммированием включение и выключение осуществляется коротким касанием, регулировка мощности освещения продолжительным касанием мощность будет возрастать, а при повторном касании — снижаться. Диммер необходимо использовать только с лампами поддерживающими диммирование. Допустимо, если диммер при работе нагревается.
Внимание! При использовании светодиодных ламп с общей нагрузкой на линию меньше 15 Вт, возможно мигание ламп в выключенном состоянии, в этом случае понадобится LED адаптер.
Схема подключения сенсорного выключателя с LED адаптером рядом с нагрузкой:
Схема подключения сенсорного выключателя с LED адаптером в монтажной коробке:
Проходные сенсорные выключатели
Проходные выключатели необходимо синхронизировать, для этого удерживайте до звукового сигнала сенсор одного выключателя, после чего прикоснитесь ко второму, подсветка должна мигать два раза.
Сброс синхронизации осуществляется удержанием касания на 10 и более секунд до двойного сигнала.
Проходные выключатели (переключатели) работают только при подключении фазы к L-in обоих изделий, и соединений разъемов COM-COM.
Схема подключения проходных сенсорных выключателей однолинейных:
Схема подключения проходных сенсорных двухлинейных выключателей:
Настройка радиоуправляемых выключателей
Для сопряжения удерживайте палец на сенсоре более 5 секунд до звукового сигнала.
Схемы сенсорных переключателей – Начало работы с простыми схемами
Когда речь идет о тактильных датчиках, схемы сенсорных переключателей являются одними из самых простых. Несмотря на свою простоту, эти удивительные технологии повсюду. Сенсорные экраны, например, представляют собой просто набор сенсорных переключателей поверх дисплея. У них есть и другие обширные области применения, включая настенные выключатели, лампы и даже общедоступные компьютерные терминалы.
В этой статье вы найдете всю необходимую информацию о схемах сенсорных переключателей. Это все, что вам нужно, чтобы добавить современные сенсорные устройства к вашим электрическим или электронным устройствам.
Иллюстрация схемы сенсорного экрана
Как работает схема сенсорного переключателя?Схемы сенсорных переключателей по сути представляют собой обычные выключатели, хотя и со специальными датчиками. В этом случае, когда датчики улавливают некоторые изменения в стимулах от прямого контакта, они реагируют замыканием переключателя. Это, в свою очередь, позволяет току течь. Тип используемого датчика часто будет определять внутреннюю работу переключателя. Сенсорные датчики, из которых состоят современные типы сенсорных переключателей, относятся к следующим категориям:
- Емкостные сенсорные переключатели. Они используют емкость человеческого тела для запуска тока, который управляет размыканием и замыканием переключателя.
- Резистивные сенсорные переключатели. — Этот тип основан на давлении от прикосновения, чтобы снизить сопротивление между двумя электропроводящими поверхностями.
- Пьезосенсорные переключатели. — они менее распространены во многих современных приложениях, поскольку работают по принципу механического связывания пьезокерамики. Они работают как с изоляционными, так и с проводящими материалами, но их производство дороже.
Существует много видов сенсорных переключателей, и каждый из них действует как важный электронный компонент в устройствах, которые их используют. Общие типы включают:
1. Схема простого сенсорного выключателя Для этой схемы вам понадобится только один полевой МОП-транзистор и одно реле. Они работают, используя электроэнергию, которая подается всего от 9 В постоянного напряжения на цепь. Его принцип работы заключается в том, что когда вы касаетесь клемм заземления и ворот, устройство находится в выключенном состоянии. Когда ворота и источник питания соединяются из-за прикосновения, переключатель находится в состоянии ВКЛ.
Сенсорный переключатель
2. Схема сенсорного переключателя с использованием таймера 555 Ключевым отличительным фактором являются встроенные таймеры. Это могут быть NE555 или LM555. Схема сенсорного переключателя в этом случае имеет две сенсорные панели, по одной для каждого состояния. Он работает за счет использования высокого входного импеданса триггерного вывода микросхемы 555 IC. Индуцированное напряжение человеческого тела затем возрастает в течение времени, определяемого C1 и R1. После этого транзистор управляет реле, которое затем управляет нагрузкой. 3. Схема сенсорного переключателя с использованием элемента И-НЕ Здесь цифровой логический элемент 4011 образует основу схемы сенсорного переключателя. Второй вывод на микросхеме — это логика «HI». Прикосновение к пластине, подключенной ко второму контакту, приводит к ВЫСОКОЙ логике. Когда нет прикосновения к пластине, есть логика НИЗКОГО уровня.
Включение резистора 22 Ом на контакт 1 приводит к тому, что схема чувствительна к прикосновению.
Этот тип часто является частью интегральных цифровых схем. Он использует одну металлическую пластину и работает как обычный выключатель ВКЛ и ВЫКЛ. Схема переключателя использует ИС для приема электрических сигналов от пальца. Это то, что становится цифровым сигналом, который вызывает изменение состояния ВЫКЛ или ВКЛ.
5. Простой сенсорный переключатель с использованием транзистора Это обновленная версия оригинальной схемы простого сенсорного переключателя ВКЛ и ВЫКЛ. Часто это замена оригинала, когда ИС, управляющая операциями переключения, оказывается громоздкой. В простом сенсорном переключателе используется только транзистор. Контакты A и B подключаются, когда переключателю требуется реле. Это реле срабатывает, когда контакты B и C получают раздражение от прикосновения.
Как следует из названия, в качестве основного переключающего компонента используется UJT 2N3819. Выгодно, когда выключатель входит в состав устройств, которые не всегда находятся рядом с линиями электропередач. Прикосновение к металлу 1 и 2 включает переключатель. Прикосновение к металлу 2 и 3 приводит к срабатыванию реле, которое переходит в состояние ВЫКЛ.
7. Схема контроллера сенсорного двигателя с использованием SCR и триггера ШмиттаПо сравнению с другими типами, этот довольно сложный. Прикосновение к металлической пластине в цепи приводит к тому, что схема триггера Шмитта получает сигнал от схемы генератора. Он также подает ток смещения на базу транзистора Q1-2N5088. Это запускает SCR1, который приводит в действие двигатель 12 В.
Как сделать простую схему сенсорного переключателя Создание схемы сенсорного переключателя не так сложно, как раньше.
В наши дни вместо сложных сенсорных переключателей и дорогих микроконтроллеров можно использовать простые электронные компоненты. Это означает, что с такими компонентами, как транзисторы и резисторы, вы можете построить простую схему сенсорного переключателя.
Компоненты проекта
Начнем с компонентов, которые вам понадобятся для этого проекта:
- Макетная плата или наша печатная плата (PCB).
- 9-вольтный источник питания
- Соединение проводов
- 2 Жесткие медные провода или металлические полоски
- A BC547 NPN Transistor
- 5MM Светодиод
- A 270-OHM RESISOR
- 100K OHM REPESOST 32 2
. , шаги, которые вам необходимо выполнить, следующие:
1: Подключите транзисторы BC547 на макетной плате или на печатной плате.
2: С помощью перемычки соедините базовый контакт первого транзистора с эмиттерным контактом второго транзистора.
3: Подключите резистор 100 кОм между выводом коллектора второго транзистора и выводом VCC.
4: Подключите резистор 270 Ом и светодиод к контакту коллектора первого транзистора.
5: Используя другую перемычку, соедините вывод эмиттера первого транзистора с GND.
6: Подсоедините металлические полоски между резистором 100 кОм и выводом базы второго транзистора.
Схема простого сенсорного переключателя
Выполнив все эти шаги, вы можете приступить к проверке работоспособности схемы. Прикоснитесь к металлическим полоскам, подключенным к цепи, чтобы проверить, работает ли она должным образом. Этот простой переключатель может иметь широкий спектр применений. Например, вы можете использовать его для обнаружения паразитных напряжений или накопления статического электричества. Другой распространенный вариант использования — пыльные или влажные помещения, где обычные переключатели не подходят.
Заключение Схемы сенсорного выключателя выгодны. К счастью, включение их в современный электронный дизайн никогда не было проще.
Их легко построить, особенно с правильными компонентами. Вы можете проверить нас на некоторые из лучших компонентов. Это все, что вам нужно, чтобы начать работу над проектом «сделай сам» (DIY), в котором используется сенсорный переключатель.
Объяснение типов цепей сенсорных переключателей
В этом посте мы обсудим несколько различных типов схем электронных сенсорных переключателей, которые можно использовать для переключения электрической нагрузки простым прикосновением к металлическому предмету, подключенному к входу цепи.
В схеме электронного сенсорного переключателя у нас есть входная металлическая панель и подключенная электронная схема, которая воспринимает сенсорный контакт на сенсорной панели. Когда ощущается контакт пальца, схема преобразует этот контакт в электрический импульс, который впоследствии используется для включения/выключения реле. Наконец, это реле используется для включения или выключения внешней электрической нагрузки.
Недостатки механических переключателей
Основные недостатки механических кнопочных переключателей заключаются в том, что они нестабильны, кажутся немного дорогими и доступны только в тех конфигурациях, которые выбирают производители.
Эти переключатели также «шумны», вызывая всплески дребезга контактов, которые могут вызвать проблемы с быстрым переключением электронных схем.
Базовый электронный дебаунсер
Схема «дебаунсера», показанная на рис. 1, может быть использована для решения проблемы, описанной выше.
В качестве простого триггера Шмитта используется только четверть IC 4093B CMOS quad 2 input NAND Schmitt. C1 быстро заряжается до полного напряжения питания, как только PB1 закрывается, и на выходе Шмитта появляется высокий уровень: как только PB1 освобождается, C1 постепенно разряжается через R1, пока выход Шмитта не вернется к нулю.
В результате дребезг контактов переключателя не влияет на цепь, а выход Шмитта обеспечивает плавный сигнал включения/выключения.
Базовый электронный тумблер
Функция переключения (попеременное включение-выключение) может быть реализована с помощью базового кнопочного переключателя, как показано на рис. 2. половина двойного JK-триггера 4027B, который разделяет тактовый сигнал пополам.
В результате выход IC 4027B становится высоким при первом нажатии, низким при втором, затем высоким при следующем и так далее. Каждая микросхема IC 40278 может использоваться для создания двух таких тумблеров.
Твердотельные переключатели обладают следующими преимуществами: они надежны (нет мешающих движущихся частей), они могут быть менее дорогостоящими по сравнению с их электромеханическими аналогами, и их можно изготавливать практически в любой форме или форме, которую изготовитель или конструктор желания.
Электронные сенсорные переключатели Категории
Схемы сенсорных переключателей делятся на три категории (за исключением «странных» схем, таких как термовыключатели и т. д.). «Резистивные» разновидности являются самыми простыми и непривлекательными, они основаны на «касаемых» или «некасаемых» изменениях сопротивления, которые происходят между двумя соседними сенсорными контактами для обеспечения операций переключения.
Резистивный сенсорный переключатель
Простая схема резистивного сенсорного переключателя показана на рис.
3. R1 обычно поддерживает высокий уровень на входе Шмитта и низкий уровень на выходе, пока к контактам не прикасаются.
Сопротивление кожи (ниже 3 Meg), создаваемое путем перемыкания двух контактов пальцем, приводит к низкому уровню входа Шмитта и высокому уровню выхода. Цепь «устраняется дребезгом» с помощью C1. Схема может быть адаптирована для обеспечения действия «переключателя» или действия триггера, как показано на рис. 4 ниже.
Влага или грязь, попадающие на контакты, могут отключить резистивный сенсорный переключатель, что является серьезным недостатком. Это также может стать неработоспособным для людей с влажными кончиками пальцев или невосприимчивым к действиям для людей с очень сухими кончиками пальцев.
Датчик шума
Сенсорный датчик второго типа обеспечивает значительное повышение надежности. Человеческое тело работает как форма антенны, которая подключена к коммунальной сети и излучает основной сигнал питания с высоким импедансом, что позволяет работать этому типу схемы.
Эту схему можно увидеть на рис. 5 ниже.
Сигнал гудящего датчика подается на вход первой ступени Шмитта через ограничительный резистор R2 при каждом постукивании входного контакта, в результате чего на выходе Шмитта возникает прямоугольная волна полной амплитуды.
Схема D1-R3-R4-C1 преобразует эту прямоугольную волну в постоянный ток и устраняет ее дребезг, приводя к максимальному выходному сигналу второго высокого уровня Шмитта. Сразу после того, как входное касание убрано, выход Шмитта падает до нуля через 60 миллисекунд.
D2 и C2 позволяют избежать нежелательной обратной связи от ИС 4027 к Шмитту на рис. 6 ниже, который демонстрирует, как вышеупомянутая схема может быть обновлена для выполнения операции переключения.
Емкостные сенсорные/бесконтактные переключатели
Экспериментальная схема сенсорного/бесконтактного переключателя, основанная на концепции демпфирования генератора, показана на рис. 7 ниже.
Генератор Колпитца работает на частоте около 300 кГц.
Как только контакт остается ненарушенным, RV1 искусно регулируется до тех пор, пока колебание не станет слегка устойчивым.
Выпрямленный выходной сигнал генератора доводит Q3 до насыщения и в этой ситуации поддерживает выход схемы на низком логическом уровне. В тот момент, когда контакт нажат, емкостная нагрузка отключает генератор, заставляя Q3 отключаться, в результате чего на выходе появляется высокий уровень.
Выходной сигнал имеет длительный период нарастания и спада, однако при необходимости можно использовать схему Шмитта для нарастания.
В схеме на рис. 8, как показано выше, линия нулевого напряжения должна (предпочтительно) быть подключена к линии заземления.
Сенсорный контакт должен быть изготовлен из электрического проводника, хотя он может быть любого размера и формы. В большинстве случаев «контактная» сторона может быть покрыта изолирующим веществом без ущерба для эффективности схемы.
Реальное управление контактами требуется для контактов размером с булавочную головку, однако «контакты» с площадью касания в квадратный метр и более могут контролироваться на расстоянии до 20–40 см.
Сенсорный переключатель разделителя конденсаторов
Наконец, на рис. 8 ниже показана схема сенсорного переключателя с емкостным делителем. IC1 настроен как генератор кольца из трех с частотой в несколько сотен кГц в этом примере.
C2 и паразитная емкость вокруг D1 и сенсорного контакта создают емкостной делитель напряжения с выходом генератора.
Выходной сигнал делителя потенциала выпрямляется D1 — D2 — C3 — R2 и подается на компаратор регенеративного напряжения IC 3140, который модифицируется (через RV 1) таким образом, что его выход просто переключается в низкое состояние при входной контакт остается разомкнутым.
Как только контакт коснется, емкостная нагрузка увеличит нижнюю половину эффективной емкости делителя напряжения, понизив выходное напряжение делителя и заставив выход IC 3140 переключиться на высокий уровень.
В крайнем правом углу показана дополнительная часть с использованием IC 4027, которая может быть использована для преобразования схемы в режим переключения.
