Электроника. Образ жизни

Электроника. Образ жизни

Выпуск 35 (05.01.03)

Сегодня речь пойдёт о сенсорах. Поговорим о том, как их реализовать. Рассмотрим один из вариантов схемы сенсора.

Цифровая электроника

Практически во всех электронных устройствах есть те или иные органы управления /*если устройство было бы совсем лишено связи с внешним миром, то смысл бы в нём пропал, по крайней мере для нас - для людей ;)*/. Самый распространённый "орган" - кнопка. Каких только кнопок, кнопочек, "кнопусек" не делают! Если взять по одному экземпляру всех кнопок, которые производятся в мире, то, наверное, можно было бы создать громадный музей.

Кнопки призваны одной цели - фиксировать нажатие (прикосновение) к какой-либо части пространства. /*Внимание! Здесь я ухожу от понятия "кнопка", и перехожу к более широкому понятию.*/ Классифицировать устройства, фиксирующие нажатие можно по-разному. Я предпочту их разделять по степени оснащённости механикой. Примерно их можно классифицировать так:

1. Сильно оснащённые механикой. Монстры. Содержат один и более пружинящих элементов. /*С фиксацией, с щелчком или "кликом", с переключением в момент нажатия и т.д. и т.п.*/

2. Средне "механизированные". Содержат один пружинящий элемент. Но имеют кучу других составляющих - сложные направляющие, например.

3. Слабо "механизированные". К таким бы я отнёс все клавиатуры, которые имеют в виде пружинящего элемента плёнку.

4. Совсем без применения механических узлов. СЕНСОРЫ!!! /*Они также относятся к этой классификации, поскольку фиксируют нажатие. Пусть не механически, но фиксируют!*/

Длина хода перемещаемого элемента в кнопке в случае "1" и "2" - самая высокая, а в случае "4" - нулевая.

/*Конечно, узел, который фиксирует нажатие/прикосновение/переключение можно классифицировать по мощности. Или по усилию. Но здесь речь будет идти только о тех элементах управления, которые применяются в слаботочной цифровой электронике. То есть устройства, которые применяются не для коммутации тока в несколько ампер :), а для определения ФАКТА НАЖАТИЯ.*/

Понятно, что чем меньше механических элементов, тем надёжнее устройство. Самый оптимальный в этом случае вариант - "4" - сенсоры.

Приятно, конечно, ощутить упругий ход клавиши, так удобно принимающей своей изогнутой поверхностью Ваш палец...

Но в последнее время нас всё чаще приучают просто дотрагиваться. Это необычно. Многие не могут привыкнуть, и давят, давят, давят. Но всё это происходит оттого, что нет обратной связи. Мы привыкли нажимать до упора, или до щелчка. Поэтому при применении сенсорных кнопок следует дополнить устройство звуковым сигнализатором. Или световым.

Ещё один важный фактор. Хорошая кнопка - достаточно дорогое удовольствие. Она обойдётся минимум в $1. А то и больше. А что такое сенсор? Металлическая поверхность, изолированная от корпуса. Пусть нас пока не балуют большим выбором, зато устройство можно изготовить самим. При этом применив недюжую смекалку и изобретательность. Такое будет только в плюс.

........

Принцип работы устройств, о которых я уже продолбил вам, дорогие читатели, все мозги, основан на том, что человеческое тело обладает электрическим сопротивлением и электрической ёмкостью.

Рассмотрим схему:

-----BEGIN PGP SIGNED MESSAGE-----
Hash: SHA1

begin 644 035_Sens.gif
hFoZ4C1ZVkU3l+N2++Dzzzzzz++1z+++++05t-+++++++9+++++10+L2-++9z
hV6ydmyoDctmoqcinrfnv1sPWG7PaWOPemfPi0wTmHBTqXSTunjTy1kk8VwGW
hwMVA8dTAdjA7XIebJAuUWgpehuG-pwgBWwRYlPSAHeiVLz1u1Mzznj8uzTte
hLz5wjjx1xmQsGCWUJsWMG-WcqCUMRzUcCJb4G5a7CFKNmRb7NCYN8UeoCKdu
haUC8igfOIhc84qiW8Zhfez3uevgvEQjv0rmEWyX4I-mAHC4vi4TQb+nxA3ls
hPDMQXPqkD3WRo7oBDgpgS+pijWrs9JliXWrCnPvSDUy+zeRiU2wDz3uVxkwk
hcA0-xYHcovSjXs030lAkJD+E+AC72voVx2QkcoO0zrbWtTBcg4105FEf4cW6
h6477WUXu8EAt0qMLY-Qxz-hdN8J7Z+RIuanMgaMjaHBT0apkY8UJU1W7a7Hc
hIk-2c0adKVE7sKW6cnQn72Ilg4aEdmQTwWkfpO5Jem0ohZIOo0hBdPU2WUJm
h3WrIh3LtxZmv1egoiZi7VfrkxQHVinrmvbqgpexSNlgfikJYCPB4QdejREqw
hy8AZdcl9C1M9C8zXSdorkaUByvCqpZR5NunhKLPd28QPeYsBCD1PpsPh6ds9
hpXW4mvgZYBofxPRYmBM2YmAS6TH9uwZpKq1SDA9HbHmTIuwyj4BqtFWtRvRi
h9Tm6bo1dHnwT39snvCix1zxpbllawgqbIpwf9P+OOsFZhO0+2jXr5p6BmXLU
hKCOVZS-e9YLcUZjU-EKUMVBKK6JyZAK4MbgP77P0VmF4gS418AucMZoVljEW
h70sigGBfByNsGclGxAVW2Ho0qR46HF07r-356ga0Y1+e8My2G1k7tEcaTY9Z
hFnw4UKKKvrKN-7BTXc-Za488G4ONN-MdsddYGAZ4anWc8GSMS+uldklxtgY1
hbIzw0GUfKz7cNu4p0Cc2cJkeqgCVGXW888EvA9dYcddcOWZab-7-uOGTRfdW
h4qW24aKWe76up8V0f8d0aeumSdmYJwvOcaKoQcbf59qmuReiPhfet8wsAWWg
heAPz-fdgIQUaKmmlFg+Oobf5EOh-+BcSc4o+0bEvKvAuI3iMhRy70mKs-bHf
h9E9etYSi1T2uCBWpq49k9fjhffghSeSWOmH+ECP9ffjxkWhk1TCyaj09--TA
hvvvtdP5kjJYw1D4vc1IwEwIKJz2k++JfjD4A7dygqQSSV1nmkGKX15DAv2pP
hbAceV0mmjV697pNB5hC8QwsE6xlnnSTOH25EEfjAQpAyDuCPRV+aevGypTrg
hmBA6tlPLpYUfjLGsRqaBx+ZU0roplt8ELPMDofMBRxdlnpqMqbFPWibRSXSx
hRxx4MRo6qrtr15XUFUziduZC5utUBlmJX1W1RXwWS0uDzsjqhgJtvm6sVt4L
hCbbKX5jyyL88sxGtX8Ij3PfVthOsSeq3lptVtfHjijbhagyiSrCtxkuhvOqY
hzXfkzT3CnSWe4xzeqAcLnnlbm6zn9CnFQyMwxAhT9rrfWF-TDTR6pNBxy8G9
hHm9sxO6Dd4mYKQzyUCtDTKPwxhyDTzuIH8yzCxvr5svz+R-zx-eUz3EZE+Di
h1s28f7qhyBR+ktqCEV5QHRQcK25bLR-S4GnOn1PMi+FqY-YTT-zaF1X0RAkg
hVKjG1UhPOA6LtcZyAcEG-4hc8-HWQ-Irr44ERCX16+dlW2EgcV4DW2EWxX07
h0qEWYdPcFAc-AMdGdC89c4X3vzxBAMhjAC3ahfN39Yud33xwaFXDWAMoeb4B
hP4mX4xw6FxDB9sNlVAI4JpX5DCdlXrngclzz0AV+sUu2Uck35Ui7m2EeQd4A
hP8EX5kb7G2dmYdGgd0Jh89BAOb8HbCmY7nw7mZ08QdGY98IdHsb8J8dmZOlg
hdGhT0QhMmb8Kh8mZ9Ky7mpneQdSwr0HFFBCoEkWnZwEgdX4DGQkEUi2AJq0a
hUVcLEaIWQtfIf8MpDmbBNWvnaRfgtX8zSQpkWbCQtAkAoNm7Hb00AtjZP8Qv
hrqZBO8OnaRkI7XhpVgxwubCTyQm5DwY5o1o6x7w11GV-1qfEV-NocEVZe26P
h0h45GhHzcFGBO2IbOh4AMbGX3yqcFXr8oMy838CPARIwmQRASxf3ZCkm7Hj9
hyJ8MkjAab8nbCfi7IbKax7I0OCZAjHb8a5NGe9t27J2pSJHM08QMUKUeIksn
hI3+id3iZH8fAf-fDbtdIey7Qm+0c4ZGi+bKaK8paKKptJdBtpOTjH8j7rDfK
hIw8JFb6BtplVsxKjOWig9VLfKC3tJvwOFu-G3Q+Lk+f8kD7GgMjp8qBPyJX9
ht3KjSrJbN5JZp9dehedqBSJY8Fj8mpN4h9QY9Jc3aoa3Tj8ncAKaK2pPGxXG
hIfMzNGpPlobPZKuKZ9bJ9KSjqRhzg9OpExrhHsDvGiFORe4fznLgDl-PJ8se
h3v8CvKkdVohQQItrdvzhfbTtWZeIMHSveHIiKOgPLdW3R9oSxSd-0kPGyDdH
hjim381rfWxy0XdGy3PojTzTvHk1bxu1y3T-zVK5UvMP3gws3m4pXdi0zhVKx
huHraS9o+LEWPBvGNvSi42qhRIZsMktKhQ3lTGy4gnfSt-5bkmG6QsJH4iAAa
hdihp4mkE3xjsiu8AAMldnBgEXr92VwpkXQqNsiBeBu03rMWFIzHVtO9sm30y
hQKKSfBEcSx95KhtmZridM08rEQRItYWGnkhQtbdGn4D4QgeyXBgnZzaKP4tn
hWKDnMkzfCQVkFeeEFJZbCkRUnWKRgjxoLPg7dnNXaBlp7dDLXCAfixYpTTsn
hab2PnNDWR8iBpaYc+uo5AZBuny1ZAMQfTRLWNbePaiPoX6IPOQhAah0j7jKZ
hzPleSfNudxYAQulZTKQYqlekQduaXlWRIppvChYoHT0+4r7Uy+9skBFqRfI-
hCi-g3pXP+iPqU8xxPKuLw8PQhCYwOKfZq6VukQA4AOcpz4vp6dfLanNrdpQ7
huc0g4tOpBjK2NTfBM19peMBRAOFBhaxoOvLTT1toahAxcsFnii2IfrWDUJle
hEZQarkCFi0cNbj3POrmo-4ommXkCwZAvTCIXrkX5KnlfHujQsVRjhvjxPIlT
hmmnaAWuqZ3jzDZcpRz9Z4MZtmayyQ7wLIyQvbrKSQHtjagwwt2+L0B49nbCc
h+tnZJHQnl7gSv6a9TCn2ven-VzvfYqDtuJ75ChKbLjCgTXqH5cRvqPbSRRwC
hCSokQz5FcutYEwTHqzG3hfIX8aqI5VuzWzwji7pBy4YrjhiDfyzXYwhUIBvq
hvpsKTC1Z9a8yUrrE5syrj4oCy9WfaBaQj5dbTAfqnmQxvvT7j0VPmjbWSdvg
hlqHuvPDiNxFrLiiu7nuM5rpkIhMxpPizCyrp1aXFQr9tpAlxwKQDyfqTYjcj
hBXr8Mjzqp1yz1OuDCD0zfzGhXtwoIKKlL9azxDGHozev91z0nvzXzvO9ryrV
h5ntGHvVc+lS+XGNBjjRPw2QPwVRbqgJRtPNfEBJfvNRwScO+iYFzoMJrkIRi
h1vVd--RufJG-a0JwpxRzzZS0PtJfmOO0m-MLhYRe6HVe4TVjuiS+f9Ng2iM4
hZERGVVRtqaMpCYVUYvRSDSVsEUVGF0VtG9VFV3Rvx3O1MwJuMjRdoYS076Nz
h6WW1DzRkrjG28uVk5eVxIEO1gLG-4cVxzpRD+XS+XBO0NxRuJ9VxMzW37pVH
hrhRx6xVMQpS0yU7jKRVCNNV9-eVzFFNqmOG+14VLm6RqhmG5AgRzeYS541W6
hMCO0laS3VTVanHS1unS5IsVlA5S3fUG6nDzbVwxbTuA2Uy+5WOj6WczMSkNZ
hQbXsL-IsWbpsVdm6Pr+cWQ+KWXqbWJdMTNKsGz0bWbPbWgRcUg5cVdhoWZaa
hPZRMWuRLWgwbW75MQMqMXAsbSw4cVvn2Vn2sWLIcWqNcXFOcV-T3Uo0sV74L
hSDpZV08ZXj5sXj6MIjHcIS+aWg7cHBz6PdN6Xeq6X3K6HBI6Y8r-XpEKXPXc
hNQicGQqMU8DLXy46WCB6WaOZXxBoY37cX+2dXVFdWxnsULO6RPqsU+ddYWXW
hY7oVKlZNXA-MXVxdP91cTiGYAzT4YFodYTysYT5LXHjNRxVcW0QdZ8qFYdac
hST1ZYFMdYZIqS6fzy6MzJNDyK3t78Mot0LF38KmcG76tBtGW06-ei14tdd2n
h8NIl+tHUi6ojKNKY82wqe4lQm6OCFZUHe3JFSNCvK71NS7TtpsIRG4xU45qT
hm42NCLxRmKyiJaw2O7CbV7JMW2e2CNLHW7BeeN6gq7QepM6xeMJqeNAyCNaI
hSMSTqNTqxdPBRcsEZMvj834bKMzyd1CbiKrq46GgmJ0mGJ8oOJy53t3Cm64C
hu7i9i7FsdayEaLxK0NBtyNbe-G60e6NlmIeBKJfLi7KNGNL4NdU2FdP4eNLH
hOK674Ncb0NpcWNmIlNqzeNTvhtQJ0N7V87aLG5dAKNN8qNImGNTO4MRbzuaB
hjASJacaSttZXbCaMxjaR+bdWqFSMjnWGo0WMamWI7NSRc9Z8+2dfVqW-3yaN
hSDZulBa7sxaNuLaQjKSV9UYP2feV3neF1GdoHlaQ68WVeCKR-EeSihWVzXaW
hlAZZpHaU53eVz8ZyNYaMBxeSLISE7hd9y7FS9peQpeaO3NKOi+a9GldFI2cy
hy6FUHedThiaCJVdUK+eZ7VOSVSNCFceXGOeXuaaRD0eE5bdz9LeWOHaE8QeA
hAfe3mgSaNdeT0XaYOaeR71eXOOebCMe9Lxe2wIZrREeW07dAx+aQEOeSyMGV
h14eGSReTVHa9MfeKNKebTndbUidpV5eIVVeRWDxuT2sNdlGOeNI8efidbsNN
hbl0ubovae+zdeM0eePAYeHGOb9IIevW2dD0dYq-tEa8ta6huWtW8ebLLew87
hOEerUiMaf5EkZupef4ReTbkuZdDedvUebAcoacfdW9SOfS4eGtO8SO8OdBqe
hIuFdbeJefbpOcyG8UrzMcsbdZhm8UpdeI21-dEYZdJaufpn8Hse5fsjKfvYt
hg0qFM7r8azLOP912eP9IYeCLeUMudlj6g0KufUodduQuftyoHoEOaEEOR0Y3
hf-4sIUt8f09fenD3Hy7OYj97bgI8gVKtelL9eduscbbsGjdoeRB8enabe0cu
hdWhvdsE6fv6egsQOYcnzye3vqP8vZ8lSif3Bqv4ox9HWuPAkids5CfH8mfEC
hRfIM8uxa3sIOOudIeuqkyf5tC7wVWephOYrwV6Zjuusu4vAeuvJ7uuBmiud9
hFudaqusVWvTjSfG04uZiavMqSrRmKtv1uf7EWvWDOvV3StyAqvVNOujzuYzi
hRP+0evaSKv1MxfZF3Pfu3J8KipQOpPalCKoJxf1EVvajKeFVmvMI4shuavWH
hKuj1WPeLuu7k0fVRGsa-au4xKvUzmtB9CuhY0eb2Nfln4u+8yPe58PnCi9mR
hx9l54fatCfNTqvCUa9rCyOMc8vHLavRiqfn3yvkp0vZcyf8imfloiszfSvmi
hzniprxixi7ivllayY0KH7ciloXFSv+H+sjihp4b+2ZP+-fn+MAf+g5j+U1aK
hNRL+jZb-0Un-wMf+vcaTFDiUZ9izOAixyMipmj2NWVOK0Gn-2Pn0+tn-3sn-
h8rmjKJaW3on+4vmMK+L1Bjn0C4mHDCn1AGn1KBWKPya3uTcyQkb29NlqBmn1
hHZn1EGn20Pn26lj3EJn31on12xn1Hxn3oNilBvKkFgm0fXGxtKeytlivmKj3
hUpf2nSehIwn3Emn+xa55Rsn5SOn5Swn5TSn5Tkn6UGn6Uon6VKn6jjL4x+e3
hwNe2d-hGVUn7YGn7Yon7ZKn7Zsn7VMn6W5aN7UL3yjzvjbp9eFeMm7pwfFdw
hguagmg4GVg1YmX1wixt9fO-ghyV9ke6QmayumfjAmvrgmvwAnA2gnABAnAJg
hnCWLOAk7U626COSXO3+PZezwnB+Qf3LmHAjAeu-V2QrdZNPNavnOBKDgbEKc
hOScOeZxcmXiOaSawGem5ffcqARWwc2QAlz4QQY63lulanxEvVxqunqWwniIA
hBE66MWacmDzfZuk2FXPJf1ZplCpgFgT4g0jqo--RnJtGnUuRo-NBnVNPM-S9
hOBm8M+8hHHt0TzPeoFdRohMLUSUeoT8go4p6oWxxogkuok4bL9V-ogcaoK3g
hOklBfnqBmVyKnnmhHWkholBh5L0bL5cHtx75zJrjfB6JrRG9bB6Z1R9hr6+v
hDRIPLRKZTBBYL9hWyRFW5LQaTQpdjREfzLR9RRHGXBJgnKz+dAle5RRcHMNo
bDM+0xx62vPxdaAk-qBRfSAm3PRW5XRW7fRW9nRWBvRWDfIY3+++v
+
end
sum -r/size 54677/4764

-----BEGIN PGP SIGNATURE-----
Version: PGPfreeware 6.5.8 for non-commercial use 

iQA/AwUAPhcaD+IO9qtjDC/9EQJFSACdHNub1b7GN/l6rZw4cU/SMdAPsh0An39f
MiU//X2e2fMztgmlnZdMgaWj
=cy4m
-----END PGP SIGNATURE-----

Сенсорную пластину следует подключать туда, где резистор и конденсатор показаны пунктиром (вместо всех "пунктирных" элементов). Только не подключайте её к "земле"!!! Схема после "беспунктирного" конденсатора должна "болтаться в воздухе".

В схеме используются две ножки контроллера. Нога OUT генерит меандр. А нога IN ловит ту задержку, которую создаёт RC-цепочка.

Если правый вывод "беспунктирного" конденсатора оставить "парить" в воздухе (не дотрагиваться до сенсора), то сигнал в IN практически не будет отличаться от "зелёного".

Но если человек прикоснется к сенсору, то так или иначе он замкнёт цепь правой обкладки конденсатора и земли. Причём не важно, какое свойство человека будет преобладать - сопротивление или ёмкость. В любом случае через человека и конденсатор потечёт слабенький ток, который будет создавать завал фронта сигнала. То есть - задержку (жёлтая линия на графике).

Нужно отметить, что чем больше будут номиналы резистора и конденсатора, тем больше будет задержка, и тем отличимее она будет от "зелёного" фронта. Но с увеличением постоянной RC-цепи нельзя переусердствовать. Иначе фронт будет так завален, что неразумно придётся увеличивать период опроса. А это может привести к задержкам в срабатывании.

........

Ну вот и всё. Как схема работает - понятно. Главное для нас - эффективно использовать электрические свойства человеческого тела.

Выводы:

1. Применяйте сенсоры. Они надёжнее и дешевле.

2. За надёжность и дешевизну приходится платить усложнением в схеме (правда, не таким большим). А кроме того, дополнительными "программными" расходами.

3. Кроме того, схема сразу заработает не так стабильно, как обычная кнопка. Для того чтобы добиться 100% срабатываний и отсутствия ложных срабатываний, (т.е. исключить ошибки 1-го и 2-го рода ;), необходимо отладить схему. То есть мороки с сенсорами будет побольше.

4. При использовании сенсоров необходимо использовать дополнительные средства обратной связи (звуковые или световые), чтобы дать человеку понять, что кнопка сработала.

........

В очередном выпуске рассмотрим реальный работающий пример с программным кодом. А также изучим все тонкости работы. Постараемся обойти все подводные камни.

Владимир Медведь (с) v_bear@mail.ru

Рассылка "Электроника. Образ жизни" для тех, кто увлекается разработкой и ремонтом электронных схем. Она и для специалистов по аналоговой технике, и для "цифровиков". Каждый радиолюбитель сможет найти здесь что-то своё - узнать новости, спросить, где можно найти или скачать документацию к микросхеме, поделиться хитростями (как отремонтировать телефон, "оживить" компьютер), отгадать кроссворд по электронной тематике.

В рассылке можно будет задать свои вопросы по телефонии, цифровой и аналоговой схемотехнике, микроконтроллерам, интерфейсам, радиолюбительской технологии, программированию, интернету. Посоветоваться, как написать программу /*для контроллера или под какое-либо устройство*/. Главное - проявить смелость и послать свой вопрос.

"Электроника. Образ жизни" и для тех, кто ещё учится (с её помощью вы сможете написать реферат о том, что же такое резистор или конденсатор!), для тех, кто преподаёт, для тех, кто работает на заводе, в лаборатории или в офисе.

Если Вы чувствуете, что электроника - это ваш образ жизни - присоединяйтесь!