בפוסט זה אנו דנים באופן מקיף בשלושה מעגלי חיישני קירבה בסיסיים עם מעגלי יישום רבים ותכונות מפורטות של המעגל. שני מעגלי חיישן הקירבה הקיבוליים הראשונים משתמשים במושגים פשוטים מבוססי IC 741 ו- IC 555, ואילו האחרון מעט מדויק יותר ומשלב עיצוב מדויק מבוסס IC PCF8883.

1) שימוש ב- IC 741

המעגל המוסבר להלן יכול להיות מוגדר להפעלת ממסר או כל עומס מתאים כגון ברז מים , ברגע שגוף האדם או היד מתקרבים לפלטת החיישן הקיבולית. בתנאים ספציפיים, קרבת היד מספיקה רק כדי להפעיל את פלט המעגל.

קלט עכבה גבוה ניתן על ידי Q1, שהוא טרנזיסטור אפקט שדה רגיל כמו 2N3819. מגבר 741 אופ רגיל מועסק בצורה של מתג רמת מתח רגיש שמניע אחר כך את המאגר הנוכחי Q2, טרנזיסטור דו-קוטבי דו-קוטבי זרם בינוני, ובכך מפעיל את הממסר שעשוי להיות רגיל להחליף מכשיר, כגון אזעקות, ברז וכו '. .

בעוד שהמעגל נמצא במצב המתנה סרק, המתח בסיכה 3 של מגבר ה- Op קבוע לגובה רב יותר מרמת המתח של סיכה 2 על ידי התאמה מתאימה מראש של VR1.

זה מוודא שהמתח בפין המוצא 6 יהיה גבוה מה שגורם לטרנזיסטור Q2 והממסר יישאר כבוי.

כאשר האצבע מובאת בסמיכות לפלטת החיישן או נוגעת קלות, הורדת VGS הפוכה מנוגדת תגדיל את זרם הניקוז של ה- FET Q1 והירידה המתקבלת על פני מתח R1 תפחית את מתח סיכת המגבר 3 מתחת למתח הקיים ב סיכה 2.

זה יביא למתח של סיכה 6 ליפול וכתוצאה מכך להפעיל את הממסר באמצעות Q2. הנגד R4 עשוי להיקבע על מנת שהממסר יישאר כבוי בתנאים רגילים, בהתחשב בכך שמתח זעיר מחוץ להגדרה עשוי להתפתח ביציאת סיכת 6 המגבר, גם אם מתח הסיכה 3 במקרה נמוך ממתח סיכה 2 מצב השקט (סרק). ניתן לפתור בעיה זו פשוט על ידי הוספת נורית LED בסדרה עם בסיס Q2.

2) שימוש ב- IC 555

הפוסט מסביר מעגל חיישני קירבה קיבולי מבוסס IC 555, אשר עשוי לשמש לגילוי פולשים ליד אובייקט במחיר כמו הרכב שלך. את הרעיון ביקש מר מקס פיין.

בקשת המעגל

שלום סוואגאטם,

אנא פרסם מעגל קיבולי / גוף / רגיש על אופניים. מכשיר כזה שנראה במערכת האבטחה ברכב, כאשר מישהו מתקרב יותר לרכב או סמיכות פשוטה 1, יכול להפעיל את האזעקה למשך 5 שניות.

איך סוג זה של אזעקה עובד, האזעקה מופעלת רק כאשר מישהו מתקרב (נניח 30 ס'מ) איזה סוג חיישן הוא משתמש?

תרשים מעגלים

תמונת מעגל באדיבות: אלקטרור אלקטרוניקה

העיצוב

ניתן להבין את מעגל החיישן הקיבולי בעזרת התיאור הבא:

IC1 הוא בעצם מחובר כמתמיד, אך ללא שילוב קבלים אמיתיים. כאן מוצגת לוחית קיבולית ותופסת את עמדת הקבל הנדרש לצורך פעולה אסטית.

יש לציין כי לוחית קיבולית גדולה יותר תייצר תגובה טובה ואמינה הרבה יותר מהמעגל.

מכיוון שהמעגל נועד לעבוד כמערכת אבטחה להתראה בקרבת גוף, הגוף עצמו יכול לשמש כצלחת הקיבולית, והוא יכול להיות עצום בנפח שיתאים ליישום די טוב.

לאחר שילוב לוחית חיישני הקירבה הקיבולית, ה- IC555 מגיע למצב המתנה לפעולות המדהימות.

בזיהוי אלמנט 'קרקעי' בקרבה, שיכול להיות ידו של אדם, הקיבול הנדרש מפותח על פני פינ 2/6 ועל הקרקע של ה- IC.

האמור לעיל מביא להתפתחות מיידית של תדרים כאשר ה- IC מתחיל להתנודד במצב הנעים שלו.

האות המדהים נרכש בנקודה 3 של ה- IC המשולב כראוי בעזרת R3, R4, R5 יחד עם C3 ---- C5.

התוצאה ה'משולבת 'מוזנת לבמת אופמפ המותקנת כמשווה.

המשווה שנוצר סביב IC2 מגיב לשינוי זה מ- IC1 ומתרגם אותו למתח מפעיל, המפעיל את T1 והממסר המקביל.

הממסר עשוי להיות מחובר עם צפירה או צופר לצורך הדאגה הנדרשת.

עם זאת, נראה כמעט ש- IC1 מייצר דופק מתח חיובי לשלילי ברגע בו מתגלה קרקע סתמית ליד הצלחת.

IC2 מגיב אך ורק לעלייה פתאומית זו במתח השיא עבור ההדק הנדרש.

אם הגוף הקיבולי ממשיך להיות בסמיכות לפלטה, מתח תדר השיא בפין 3 נעלם עד לרמה שעשויה להיות בלתי ניתנת לזיהוי על ידי IC2, מה שהופך אותו ללא פעיל, כלומר הממסר נשאר פעיל רק ברגע בו מביא את האלמנט הקיבולי או הוסר ליד משטח הצלחת.

ניתן להתאים את P1, P2 להשגת רגישות מקסימלית מהצלחת הקיבולית
לקבלת פעולת התפסה, הפלט של IC2 עשוי להיות משולב עוד יותר במעגל כפכף, מה שהופך את מעגל חיישני הקירבה הקיבולי למדוייק ומגיב

3) שימוש ב- IC PCF8883

ה- IC PCF8883 נועד לעבוד כמו מתג חיישן קירבה קיבולי מדויק באמצעות טכנולוגיה דיגיטלית ייחודית (פטנט על ידי EDISEN) לחישת ההבדל הזעיר ביותר בקיבול סביב לוח החישה שצוין.

תכונות עיקריות

המאפיינים העיקריים של חיישן קירבה קיבולי מיוחד זה יכולים להיות מחקרים כמפורט להלן:

תכונות IC PCF8883 של חיישן מגע וקירבה קיבולי מיוחד

התמונה הבאה מציגה את התצורה הפנימית של ה- IC PCF8883

ה- IC אינו מסתמך על המסורתי מצב קיבול דינמי של חישה אלא מזהה את השונות בקיבול הסטטי על ידי שימוש בתיקון אוטומטי באמצעות כיול אוטומטי רציף.

החיישן הוא בעצם בצורה של נייר כסף מוליך קטן אשר עשוי להיות משולב ישירות עם פינות ה- pin הרלוונטיות לחישה הקיבולית המיועדת או אולי להסתיים למרחקים ארוכים יותר באמצעות כבלים קואקסיאליים כדי לאפשר פעולות חישה קרבה קיבולית רחוקות ומדויקות.

הנתונים הבאים מייצגים את הפרטים המוצלחים של IC PCF8883. ניתן להבין את התפקוד המפורט של פינות החיתוך השונות והמעגלים המובנים בנקודות הבאות:

פרטי Pinout של ה- IC PCF8883

ה- pinout IN שאמור להיות מחובר עם רדיד החישה הקיבולי החיצוני מקושר לרשת ה- RC הפנימית של IC.

זמן הפריקה שניתן על ידי 'tdch' של רשת RC מושווה לזמן פריקה של רשת RC בולט השנייה המסומנת כ- tdchimo.

שתי רשתות RC עוברות טעינה תקופתית על ידי VDD (INTREGD) דרך כמה רשתות מתגים זהות ומסונכרנות, ולאחר מכן שוחררו בעזרת נגד ל Vss או לקרקע.

קצב ביצוע פריקת מטען זו מווסת על ידי קצב דגימה המסומן על ידי 'fs'.

במקרה שאם נראה כי ההבדל הפוטנציאלי יורד מתחת למתח ה- VM המוגדר באופן פנימי, הפלט המקביל של המשווה נוטה להיות נמוך. רמת ההיגיון העוקבת אחר המשווים מזהה את המשווה המדויק שיכול למעשה לעבור לפני השני.

ואם מזהים שהמשווה העליון פטר תחילה, התוצאה היא שדופק מועבר על CUP, ואילו אם מתגלה שהמשווה התחתון עבר לפני העליון, הדופק מופעל ב- CDN.

הפולסים שלעיל עוסקים בשליטה על רמת הטעינה מעל הקבל החיצוני Ccpc המשויך לסיכה CPC. כאשר נוצר דופק ב- CUP, ה- Ccpc נטען דרך VDDUNTREGD לפרק זמן נתון מה שמפעיל פוטנציאל עולה ב- Ccpc.

ממש באותם קווים, כאשר מועבר דופק ב- CDN, ה- Ccpc נקשר למכשיר הכיור הנוכחי לקרקע שמפנה את הקבל וגורם לקריסת הפוטנציאל שלו.

בכל פעם שהקיבול בסיכה IN עולה גבוה יותר, זה מגדיל את זמן ההפרשה tdch, מה שגורם למתח על פני המשווה הרלוונטי ליפול בזמן ארוך יותר. כאשר זה מתרחש תפוקת המשווה נוטה להיות נמוכה מה שמביא בתורו לדופק ב- CDN מה שמאלץ את הקבלים החיצוניים CCP לפרוק במידה קטנה יותר.

זה מרמז ש- CUP מייצר כעת את רוב הפולסים שגורם למק'ס להיטען עוד יותר מבלי לעבור צעדים נוספים.

למרות זאת, תכונת הכיול המבוקרת על המתח האוטומטית של ה- IC המסתמכת על ויסם זרם כיור המשויך לסיכה IN עושה מאמץ לאזן את זמן הפריקה tdch על ידי הפנייתו לזמן פריקה מוגדר פנימי tdcmef.

המתח על פני Ccpg נשלט על ידי זרם והופך לאחראי לפריקת הקיבול ב- IN די מהר כאשר מתגלה שהפוטנציאל על פני CCP גדל. זה מאזן בצורה מושלמת את הקיבול ההולך וגדל על סיכת הקלט IN.

השפעה זו מולידה מערכת מעקב לולאה סגורה אשר עוקבת באופן שוטף ופועלת ליישור אוטומטי של זמן הפריקה tdch בהתייחס ל- tdchlmf.

זה עוזר לתקן וריאציות איטיות בקיבול על פני IN pinout של ה- IC. במהלך הטעינה מהירה של מערכות למשל, כאשר אצבע אנושית ניגשת במהירות לסכל החישה, ייתכן שהפיצוי הנדון לא יתרחש, בתנאי שיווי משקל אורך תקופת הפריקה אינו שונה וגורם לדופק להשתנות לסירוגין על פני CUP ו- CDN.

זה מרמז עוד כי עם ערכי Ccpg גדולים יותר ניתן לצפות בווריאציית מתח מוגבלת יחסית לכל דופק עבור CUP או CDN.

לכן כיור הזרם הפנימי מוליד פיצוי איטי יותר, ובכך משפר את רגישות החיישן. נהפוך הוא, כאשר המק'ס חווה ירידה, גורם לרגישות החיישן לרדת.

צג חיישנים מובנה

שלב דלפק מובנה מפקח על החיישנים ומפעיל את הדופקים בהתאם ל- CUP או CDN, הדלפק מתאפס בכל פעם שכיוון הדופק על פני ה- CUP ל- CDN מתחלף או משתנה.

סיכת הפלט המיוצגת כ- OUT עוברת הפעלה רק כאשר מתגלה מספר מספיק של פעימות על פני CUP או CDN. רמות הפרעה צנועות או אינטראקציות איטיות על פני החיישן או קיבול הקלט אינן מייצרות כל השפעה על הפעלת הפלט.

השבב מציין כמה תנאים כגון דפוסי טעינה / פריקה לא שוויוניים, כך שניתן מיתוג יציאה מאושר ונגלה זיהוי מזויף.

התחלה מתקדמת

ה- IC כולל מעגלי הפעלה מתקדמים המאפשרים לשבב להגיע לשיווי משקל די מהר ברגע שהאספקה אליו מופעלת.

באופן פנימי סיכה ה- OUT מוגדרת כניקוז פתוח היוזם את ה- pinout עם היגיון גבוה (Vdd) עם זרם מקסימלי של 20mA לעומס צמוד. במקרה שהפלט נתון בעומסים מעל 30mA, האספקה מנותקת באופן מיידי בגלל תכונת ההגנה על הקצר המופעלת באופן מיידי.
Pinout זה גם תואם ל- CMOS ולכן הופך להיות מתאים לכל העומסים או שלבי המעגל המבוססים על CMOS.

כפי שצוין קודם לכן, פרמטר קצב הדגימה 'fs' מתייחס לעצמו כ- 50% מהתדר בו משתמשים ברשת התזמון RC. ניתן לקבוע את קצב הדגימה על פני טווח קבוע מראש על ידי קביעת ערך כהלכה של CCLIN.

“כיצד להשתמש בטיימר 555 ”

תדר מתנד מאופנן פנימי בשיעור של 4% באמצעות אות פסאודו-אקראי מעכב כל סיכוי להפרעות מתדרי זרם הסביבה.

מצב בורר מצב פלט

ה- IC כולל גם 'מצב בחירת מצב פלט' שימושי אשר יכול לשמש לאפשר את סיכת הפלט במצב מונו יציב או בינוני בתגובה לחישה הקיבולית של פינאוט הקלט. זה מועבר באופן הבא:

מצב מס '1 (TYPE מופעל ב- Vss): הפלט הופך פעיל למשך sp כל עוד הקלט מוחזק תחת השפעה קיבולית חיצונית.

מצב מס '2 (TYPE מופעל ב- VDD / NTRESD): במצב זה הפלט מופעל וכיבוי לסירוגין (גבוה ונמוך) בתגובה לאינטראקציה קיבולית שלאחר מכן על פני רדיד החיישן.

מצב מס '3 (CTYPE מופעל בין TYPE ל- VSS): במצב זה, סיכת הפלט מופעלת (נמוכה) למשך זמן מוגדר מראש בתגובה לכל קלט חישה קיבולי, שמשכו הוא פרופורציונלי לערך CTYPE וניתן לשנותו עם קצב של 2.5ms לקיבול nF.

ערך סטנדרטי עבור CTYPE לעקוף עיכוב של 10ms במצב מס '3 יכול להיות 4.7nF, והערך המקסימלי המותר ל- CTYPE יהיה 470nF, מה שעלול לגרום לעיכוב של כשנייה. פשוט מתעלמים מכל התערבויות או השפעות קיבוליות פתאומיות בתקופה זו.

כיצד להשתמש במעגל

בסעיפים הבאים אנו לומדים תצורת מעגלים אופיינית המשתמשת באותו IC אשר ניתן ליישם בכל המוצרים הדורשים שלט רחוק פעולות מעוררות קרבה .

ניתן להשתמש בחיישן הקירבה הקיבולי במגוון יישומים שונים, כפי שמצוין בנתונים הבאים:

ניתן לראות תצורה אופיינית ליישום המשתמשת ב- IC להלן:

תצורת מעגל היישום

אספקת הכניסה + מחוברת עם VDD. קבלים החלקה עשויים להיות מחוברים לרוחב ו- VDD ואדמה וגם על פני VDDUNTREGD ואדמה לעבודה אמינה יותר של השבב.

ערך הקיבול של COLIN כפי שהוא מיוצר על סיכה CLIN מתקן את קצב הדגימה ביעילות. הגדלת קצב הדגימה עשויה לאפשר שיפור זמן התגובה בקלט החישה עם עלייה פרופורציונאלית בצריכה הנוכחית

צלחת חיישן קרבה

לוחית החישה הקיבולית לחישה יכולה להיות בצורה של נייר מתכת מיניאטורי או לוח מוגן ומבודד בשכבה שאינה מוליכה.

ניתן לחסל את אזור החישה הזה למרחקים ארוכים יותר באמצעות כבל קואקסיאלי CCABLE שקצותיו האחרים עשויים להיות מקושרים עם ה- IN של ה- IC, או שהצלחת יכולה להיות מחוברת ישירות ל- INpinout של ה- IC בהתאם לצרכי היישום.

ה- IC מצויד במעגלי סינון פנימיים נמוכים המסייעים לדכא את כל סוגי הפרעות ה- RF העשויים לנסות לפנות דרך ה- IC דרך סיכת ה- IN של ה- IC.

בנוסף, כפי שמצוין בתרשים, ניתן להוסיף תצורה חיצונית באמצעות RF ו- CF כדי לשפר את דיכוי ה- RF ולחזק את חסינות ה- RF למעגל.

על מנת להשיג ביצועים אופטימליים מהמעגל, מומלץ שסכום ערכי הקיבול של CSENSE + CCABLE + Cp יהיה בטווח המתאים המתאים, רמה טובה עשויה להיות סביב 30pF.

זה עוזר ללולאת הבקרה לעבוד בצורה טובה יותר עם הקיבול הסטטי מעל CSENSE לצורך השוואת האינטראקציות האטיות למדי על לוחית הקיבולית החישה.

להשיג תשומות קיבוליות מוגברות

להשגת רמות גבוהות יותר של כניסות קיבולות, מומלץ לכלול נגן משלים Rc כפי שמצוין בתרשים המסייע בבקרת זמן הפריקה בהתאם למפרט דרישת התזמון הפנימי.

שטח החתך של לוח החישה המצורף או רדיד החישה הופך פרופורציונלי ישירות לרגישות המעגל, יחד עם ערך הקבל Ccpc, הפחתת ערך Ccpc יכולה להשפיע מאוד על הרגישות של לוח החישה. לכן להשגת כמות יעילה של רגישות, ניתן להגדיל את Ccpc באופן אופטימלי ובהתאם.

ה- pinout המסומן CPC מיוחס באופן פנימי עם עכבה גבוהה ולכן יכול להיות רגיש לזרמי דליפה.

וודא כי Ccpc נבחר עם PPC באיכות גבוהה מסוג קבלים מסוג MKT או מסוג X7R להשגת ביצועים מיטביים מהתכנון.

פועל בטמפרטורות נמוכות

במקרה שהמערכת נועדה להיות מופעלת עם קיבולת כניסה מוגבלת של עד 35pF ובטמפרטורות קפיא -20 מעלות צלזיוס, ייתכן ומומלץ להוריד את מתח האספקה ל- IC לסביבות 2.8V. זה בתורו מוריד את טווח ההפעלה של מתח Vlicpc שמפרטו נע בין 0.6V ל- VDD - 0.3V.

יתר על כן, הורדת טווח ההפעלה של Vucpc עלולה לגרום להורדת טווח קיבולת הכניסה של המעגל באופן פרופורציונלי.

כמו כן, ניתן לשים לב שככל שערך Vucpc עולה עם ירידה בטמפרטורות כפי שמוצג בתרשימים, מה שמסביר לנו מדוע הורדה מתאימה של מתח האספקה מסייעת בהפחתת הטמפרטורות.