Kapacitní senzory přiblížení - jedná se o elektronická zařízení, která detekují přítomnost objektu nebo jeho přiblížení bez fyzického kontaktu. Používají se v různých oblastech, od dotykových obrazovek na chytrých telefonech až po automatické ovládací systémy. Pokud máte touhu vytvořit si vlastní kapacitní senzor přiblížení, můžete to udělat sami. V tomto článku vám řekneme, jak na to.
K vytvoření kapacitního snímače přiblížení budete potřebovat několik věcí. Nejprve potřebujete vodič, který může být vyroben z měděné fólie nebo tenkého měděného drátu. Bude také potřeba dielektrický materiál, jako je plastová fólie. A samozřejmě budete potřebovat desku pro připojení senzoru k mikrokontroléru.
Proces vytváření kapacitního snímače přiblížení zahrnuje vytvoření kondenzátoru pomocí vodiče a dielektriku. Vodič můžete sestavit jako mřížku nebo jej jednoduše použít jako smyčku. Poté byste měli k desce připojit Průzkumník souborů a nainstalovat potřebná softwarová nastavení, abyste mohli pracovat se senzorem na vašem mikrokontroléru. Po všech těchto krocích budete moci plně funkční kapacitní senzor přiblížení vytvořený vlastníma rukama.
Studium principu práce
Kapacitní senzory přiblížení fungují na základě změny kapacity elektrického obvodu, pokud je poblíž objekt. Používají se k určení přítomnosti nebo nepřítomnosti objektu a jeho blízkosti k senzoru. Princip fungování těchto senzorů je založen na změně kapacity kondenzátoru, který vzniká v místě kontaktu dvou elektrických obložení.
Ve výchozím nastavení mají dvě obložení stejnou kapacitu a elektrické nabíjení. Pokud je objekt v blízkosti, ovlivňuje kapacitu kondenzátoru a způsobuje změnu jeho nabíjení. Senzor detekuje tuto změnu a signalizuje přítomnost objektu. Jakmile je objekt odstraněn ze senzoru, jeho účinek na kapacitu kondenzátoru se sníží a senzor vysílá signál, že objekt neexistuje.
Výroba takového snímače přiblížení bude vyžadovat základní komponenty, včetně odporů, kondenzátorů a mikrokontrolérů. Je nutné provést práce na instalaci a připojení komponent a konfiguraci a programování mikrokontroléru, aby senzor správně fungoval.
Jak fungují kapacitní senzory přiblížení
Kapacitní senzory přiblížení využívají princip projevu pampeliškového efektu k detekci přiblížení objektu k povrchu snímače. Pampeliška zde znamená změnu kapacity mezi elektrodou senzoru a objektem, který se k ní blíží. Tento princip práce je založen na skutečnosti, že elektroda v kapacitním senzoru přiblížení má pár s jinou elektrodou oddělenou dielektrikou. Pokud je k dispozici tato dielektrika, elektrická kapacita mezi těmito elektrodami je minimální, protože kapacita dielektrika je na nulové úrovni.
Když se však objekt, jako je lidská ruka, přiblíží k senzoru, vznikne další elektrický patogen: vlastní kapacita objektu nebo těla. Když se ruka přiblíží k senzoru, dojde k posunutí hledaných elektrod, což automaticky zvýší kapacitu senzoru. Nejdůležitější je, že tento mechanismus funguje pouze s drátovým objektem. Kabelový objekt má totiž vlastní kapacitu.
Když se kapacita senzoru zvýší, dojde ke změně napětí na elektrodách. Senzor je nastaven tak, aby měřil toto napětí v omezeném rozsahu. Jakmile naměřené napětí dosáhne zadaného prahu, senzor se spustí a zaznamená přítomnost blížícího se objektu k povrchu.
Provoz kapacitního senzoru přiblížení je tedy založen na měření změny kapacity mezi elektrodami při excitaci vlastní kapacity blížícího se kabelového objektu.
Základní principy fungování kapacitních senzorů
Základní myšlenkou fungování kapacitních senzorů je vytvořit elektrické pole mezi dvěma elektrodami. Když se objekt přiblíží k senzoru, jeho přítomnost ovlivňuje kapacitu daného pole. Změna kapacity je pak zpracována elektronickým obvodem snímače a převedena na příslušný signál.
K vytvoření elektrického pole se v kapacitních senzorech používají dva hlavní typy elektrod-pasivní a aktivní. Pasivní elektrody se skládají z vodivého materiálu a představují plochý povrch. Aktivní elektrody jsou také vodiče, ale tvar jejich povrchu může být variabilní, například mohou být zakřivené.
| Pasivní senzory | Aktivní senzory |
|---|---|
| Jednoduchá konstrukce | Složitější konstrukce |
| Jsou založeny na změně kapacity mezi pasivní elektrodou a zemí | Jsou založeny na změně kapacity mezi aktivní a pasivní elektrodou |
| K detekci blížícího se objektu dochází při změně kapacity | K detekci blížícího se objektu dochází při změně kapacity |
Signál získaný z kapacitního senzoru lze přizpůsobit analogovému nebo digitálnímu formátu v závislosti na typu senzoru a požadavcích konkrétní aplikace. Analogový signál umožňuje získat informace o vzdálenosti mezi senzorem a objektem s vysokou přesností, ale vyžaduje složitější zpracování. Digitální signál zase poskytuje jednoduchou a rychlou detekci přítomnosti nebo nepřítomnosti objektu v blízkosti senzoru.
Základní principy fungování kapacitních senzorů umožňují jejich použití v široké škále oblastí, od elektroniky a automatizace výroby až po lékařské přístroje a senzorové systémy. Díky své spolehlivosti a přesnosti jsou kapacitní senzory přiblížení nepostradatelným nástrojem pro vytváření moderních technologií a zařízení.
Výběr materiálů a nástrojů
Vlastní výroba kapacitních senzorů přiblížení bude vyžadovat následující materiály a nástroje:
Materiály:
- Kus skla nebo průhledného plastu
- Fólie nebo měděný tenký drát
- Karton nebo plastová základna
- Izolační páska nebo lepidlo
- Konektory nebo vodiče pro připojení k mikrokontroléru
Nástroje:
- Nůž nebo nůžky pro práci s materiály
- Páječka a pájka pro připojení vodičů a konektorů
- Multimetr pro kontrolu provozu senzoru
Je důležité vybrat kvalitní materiály, aby byl senzor spolehlivý a odolný. Například sklo nebo čirý plast musí být čistý a hladký, aby byl zajištěn dobrý dotykový kontakt. Fólie nebo měděný drát by měly být tenké a flexibilní pro snadnou montáž. Lepenka nebo plastová základna by měla být pevná a odolná proti poškození.
Nezapomeňte také na bezpečnost při práci s nástroji, zejména s páječkou. Používejte ochranné brýle a zabraňte nesprávnému používání nástrojů.
Po přípravě všech potřebných materiálů a nástrojů budete připraveni začít vyrábět kapacitní senzor přiblížení vlastníma rukama.
Potřebné materiály pro vytvoření senzoru
K vytvoření kapacitního snímače přiblížení budete potřebovat následující materiály:
| 1. | Fólie nebo měděný film |
| 2. | Dielektrický film (např. PET film) |
| 3. | Lepenka nebo korkový substrát |
| 4. | Vodič |
| 5. | Kondenzátor |
| 6. | Rezistor |
| 7. | Mikrokontrolér nebo Arduino deska |
Fólii nebo měděný film lze použít jako elektrodu senzoru. Dielektrický film slouží k vytvoření izolace mezi elektrodami. Lepenka nebo korkový substrát se používají jako základna pro senzor, na který jsou připevněny elektrody. Vodiče jsou nezbytné pro připojení senzoru k mikrokontroléru nebo Arduino desce. Kondenzátor a odpor se používají k vytvoření RC řetězce, který umožňuje měření kapacitního senzoru. Mikrokontrolér nebo Arduino deska je nezbytná pro zpracování signálů ze senzoru a ovládání dalších zařízení na základě těchto signálů.