détecteur de proximité pour commander un interrupteur montage + schéma électronique et réalisation

Le capteur de proximité, faite Avec une composante d'avant-garde, est capable de détecter la variation de capacité due au contact ou approche d'un doigt, un pied ou d'autres corps conducteur. Il sera idéal pour effectuer tout type de contrôle où le contact direct n'est pas possible ou quand il faut être discret sinon invisible. Quand on parle de détecteurs de proximité ou «TouchControl" (toucher), elle renvoie à des dispositifs électroniques de différentes formes peuvent être activés par le toucher, ou l'approche d'un corps.

En principe, il ya un doigt d'une personne pour allumer ou éteindre quelque chose. Ce n'est pas nouveau, car il ya des douzaines de tels systèmes.

Un peu d’histoire des interrupteur :

Le premier tactile interrupteurs ont été faites a L'aide de deux électrodes reliées à la base d'un transistor Darlington et exploité par l'amplification du signal radio capté par le corps humain en raison d'interférences de la ligne d'alimentation à 50 Hz, ainsi que de nombreux composants voyageant éther électromagnétique. Sur cette base, ce qui a été fait différents types de contrôle tactile et même certains claviers. Il y avait une période pendant laquelle ces ordres étaient en vogue, alors que certains fabricants d'appareils ménagers faisaient téléviseurs utilisant ce principe sur lequel les commandes ont été activés avec un coup de deux électrodes. Les progrès technologiques inévitables a également investi dans le domaine de la Commutateurs toucher , Qui ont fait leur apparition circuits dédiés produites par différents fabricants tels que, entre autres, la société américaine Quantum. Ce fabricant spécialisé dans les circuits intégrés pour la détection de proximité, donc, destiné à exécuter des commandes par le toucher ou par la proximité. La méthode innovante utilisée par la société, QUANTUM bonne fiabilité démontrée par des tests de laboratoire et les applications développées par le fabricant dans le domaine de la domotique nous a incité à réaliser le projet décrit dans cet article. Ainsi, vous aurez une commande par détection de proximité, utilisés tant dans le domaine professionnel et dans le domaine privé.

De la théorie vers la pratique :

La première application est une sorte de circuit de démonstration, un circuit qui valide immédiatement le potentiel et les performances des circuits intégrés QUANTUM. C'est une carte de démonstration pour la puce QT110, le plus simple du fabricant de capteur de proximité. Avant de voir comment le circuit est fait, quelques mots pour expliquer ce que et comment ce circuit intégré, en commençant par dire qu'il s'agit d'un composant contenant une interface de transfert de charge électrique et un discriminateur en mesure de vérifier si la charge est enlevée. L'étage d'entrée fonctionne en mode duplex et, initialement, il applique un potentiel à l'électrode reliée à la jambe 7. Puis, comme chargée, la partie qui reçoit s'attend à ce que la charge déposée sur l'électrode est retirée. Cette décharge peut avoir lieu que si, par tout moyen (directement ou par un diélectrique) l'espace entre les jambes 7 de la terre est fermé. Par conséquent, l'électrode devient la première plaque d'un condensateur, la seconde étant la terre. Ainsi, tout ce qui est intercalé entre les deux électrodes est un diélectrique dont la force et la taille déterminent le transfert plus ou moins marquée dans le montant du soutien accordé par le conducteur à l'entrée. Si vous touchez l'entrée d'électrode directement avec un doigt, la charge est enlevée et envoyée à la terre. Si, par contre, il protège l'électrode avec un isolant mince, et le doigt touche l'isolation, la charge est transmise à travers le diélectrique formé par l'isolation. La même chose s'applique à l'air, parce qu'il est un diélectrique (la constante est approximativement égale à la diélectrique absolue), qui permet le passage de la charge entre un cadre et un autre. Pour preuve, une fois le circuit terminé, vous trouverez peut que s'en tenir au relais, il suffit d'un seul doigt pour l'approche de l'électrode ou fil relié à la broche 7 du circuit intégré, sans avoir à toucher physiquement. Il est intéressant de noter que le circuit intégré en permanence évaluer son étage de sortie en fonction du diélectrique. Cela vous permet de changer le mode en changeant le même diélectrique. Par exemple, en sélectionnant un gain élevé et reliant une petite pastille dans la jambe 2 (7) SnS du circuit intégré, la sortie sera activée en appuyant sur le pad avec un doigt en question. Si, sur la même jambe, nous nous connectons une plaque de métal de 30 cm par 20 cm, nous allons activer la sortie sans toucher la plaque, mais simplement en approchant la main d'environ 8 cm. Le recalibrage est automatique. Ainsi, pour faire divers tests, on peut se connecter à la jambe SnS 2 (7), un fil avec une pince crocodile et connecté à différents types de diélectriques comme le corps d'une lampe de bureau, une pièce d'aluminium, une tête de vis, un poignée de porte, etc. Notez que, après environ 60 secondes, le buzzer pour indiquer que le circuit intégré a été calibré pour ce type d'électrode. La détermination du gain survient, par contre, manuellement, fermeture avec petit cheval, le 5 pieds, 6, 7 chacun, en fonction d'une combinaison particulière. En pratique, la fermeture de 5 et 7, nous choisissons la plus faible sensibilité. Si elle ferme les 5 et 6 est la sensibilité moyenne est sélectionné. La sensibilité maximale est l'absence totale de cavalier, afin d'avoir la jambe isolée 5. Le principe de la sensibilité est la capacité à détecter lors d'une mesure de distance plus ou moins grande. Évidemment, le plus sensible, plus la distance de détection de la personne censée déclencher le système est important. En ce qui concerne le fonctionnement du QT110, les phases sont comme suit: Après chaque mise sous tension, et après chaque contact est détecté, l'étage d'entrée à mesurer, dans le sens qu'elle adapte la condition trouvée. L'opération de calibrage est terminé typiquement 10 ou 60 secondes. Si, pendant l'utilisation, la consistance de l'unité de balayage de l'électrode est changé ou si l'électrode subit un changement dans son isolement (changement de l'humidité), après la première utilisation de la logique, la prochaine étape du calage ajuste à nouveau QT110 aux nouvelles conditions. Basé sur ces concepts, nous pouvons voir comment l'ensemble du circuit de démonstration décrit par le schéma de circuit montre dans cet article.

Figure 1 : Prestations du circuit intégré QUANTUM QT110.

- Permet de réaliser un capteur de proximité qui fonctionne avec n’importe quel diélectrique.

- Fonction d’auto-calibration permanente, aucun réglage requis.

- Temps de recalibration réglable à 10 ou 60 secondes.

- Pilote directement un buzzer pour l’accusé de réception des commandes.

- Fonctionnement avec une tension d’alimentation unique de 2,5 volts à 5 volts pour 20 µA de consommation.

- La sortie peut fonctionner en deux mode monostable ou bistable.

- Le gain du capteur proximité est réglable à 3 niveaux différents : bas, moyen et élevé.

Le capteur QUANTUM QT110 :

Figure 2 : Le capteur QUANTUM QT110.

Cet article décrit un circuit pour mettre en œuvre comme le plus universel possible, la nouvelle puce, produite par Quantum (pas le même que les disques durs!), Une société américaine spécialisée dans la proximité. Il est un composant qui utilise les variations de capacité, en fait, la charge électrique, en raison de la proximité ou du contact d'un corps conducteur qui touche le sol. En d'autres termes, l'étage d'entrée du QT110 utilise une certaine quantité de charge à une électrode, puis, il surveille le moment où elle est soustraite par contact avec un objet qui ferme le circuit à la terre créée. Le corps diminué la charge électrique, un peu comme un condensateur, où une image est l'électrode d'entrée du circuit intégré et où l'autre est la trace au sol, tout ce qui se trouve entre les deux formant un diélectrique. Ce principe de fonctionnement explique pourquoi le capteur détecte touchent pas seulement, mais aussi la proximité. En fait, pendant le fonctionnement du capteur, vous noterez qu'il est seulement nécessaire d'aborder l'unité de balayage d'électrodes doigt pour coller le relais de sortie. Il suffit d'affecter l'isolation d'un conducteur relié à la jambe 7 du circuit ou du panneau derrière lequel est placée une plaque, toujours relié à la jambe 7. Il peut aussi détecter le passage d'une personne, avec le sol, isolé par une natte en bois ou en plastique ou en caoutchouc, une plaque métallique relié à l'entrée du circuit intégré. La seule approche permet la détection du pied. On pourrait donner de nombreux exemples d'utilisation, mais chacun y trouvera des dizaines d'applications à leurs propres besoins.

Comment ce montage électronique fonctionne ?

Figure 3 : Comment le montage électronique fonctionne ?

Pour déterminer quand un contact a lieu, de sorte que le moment exact où nous devons accepter la commande et activer le relais, le QT110 a une logique convertisseur A / D (analogique / numérique) et que les analyses du montant de taxe perçue, par rapport à celle appliquée durant la phase initiale. En interne, un seuil est imposée, qui dépend aussi de la sensibilité sélectionnée. Trois niveaux de sensibilité peuvent être sélectionnés: faible, moyen et élevé.

Figure 4 : Ces deux tableaux regroupent les caractéristiques techniques du circuit intégré QUANTUM QT110.

Figure 5 : L’entrée “P.P.” (Prox-Plate) est connectée avec du fil quelconque à une plaque métallique ou bien à l’élément à toucher pour exciter le QT110. L’électrode peut être constituée par un simple conducteur, mais aussi par une plaquette de cuivre ou de fer, dans le cas où il faille réaliser un détecteur de passage pour des personnes ou pour des automobiles.

Figure 6 : Le circuit intégré QT110 tel qu’il est présenté par son fabricant avec boitier broches .

Le schéma électrique de détecteur de proximité :

Ceci est une application très universel, qui offre un relais dans le cadre du relais de sortie, qui peut fonctionner en monostable ou bistable. Le premier mode permet à l'relais RL1, de coller à chaque contact avec le capteur (alarme, Ouvre-porte à commande électrique, etc.), L'autre mode, le bistable, permet que chaque contact est détecté, le relais passe à l'état (allumage et l'extinction d'une lampe, un appareil, etc) .. Le QT110 travaille dans une configuration typique, qui, comme vous pouvez le voir dans la figure 7, ne nécessite rien, mais un condensateur et une résistance placée entre la jambe et la jambe 7 6. Tout le reste est utilisé pour sélectionner les modes de fonctionnement et le contrôle des relais de sortie, en utilisant deux transistors. Le buzzer également placé entre les jambes 6 et 7, est utilisé pour fournir la confirmation de la commande par un signal acoustique. Lorsque le QT110 détecte la proximité ou du contact d'une personne, il envoie une impulsion qui, en plus de la charge C4, active le buzzer. Avec le même niveau de tension, il est possible de conduire une LED. Ceux qui le désirent peuvent l'ajouter en connectant l'anode à la broche 7 et en insérant en série une résistance de 330 à 560 ohms, 1 / 4 watt. Bien sûr, la LED peut remplacer ou être ajouté à la sonnerie. Les points L, H, M, sont utilisées pour sélectionner la sensibilité et ils sont reliés deux à deux avec un cavalier sur 2,54 mm, selon la sélection désirée. Pour être précis, un lien entre H et L de déterminer la sensibilité minimale, un lien entre H et M donne une sensibilité moyenne. Sensibilité pour le plus important, laissez le L trois contacts, H, M dans l'air, de sorte que le H de contact est isolé. Les cavaliers JP1 et JP2 sont utilisés pour décider du mode de fonctionnement de la sortie, qui peut fonctionner en monostable ou bistable ou pour surveiller l'entrée quand elle est dans la façon dont le fabricant du circuit intégré par le nom de "time-out». Ce dernier est une sorte de mécanisme de recouvrement qui, de toute la gestion de cas pour permettre la sortie continue empêche la jambe 2, si un corps étranger trop longtemps la décharge de la capacité d'entrée. Par exemple, pour éviter que le capteur passe en détection continue due à la présence d'humidité ou de saleté, puis, pour l'empêcher d'être inhibé et devient insensible aux contacts suivants qui doivent être considérés comme valides, le circuit intégré permet une détermination du seuil basé sur la moyenne des lectures de la charge pendant la période suivant le moment de «time-out". Si, dans l'intervalle, l'humidité disparaît et le contact est nettoyée, un nouvel étalonnage se fait automatiquement. Alors cette gamme de la sécurité, la période de garde peut être réglée entre 10 et 60 secondes en utilisant les jumpers JP1 et JP2.

Figure 7 : Schéma électrique ( électronique ) du détecteur de proximité.

Figure 8 : Schéma d’implantation des composants du détecteur de proximité.

Figure 9 : Schéma d’implantation des composants du détecteur de proximité.

Figure 10 : circuit imprimé , à l’échelle 1, du détecteur de proximité.

La Liste des composants électronique :

R1 = 470 O

R2 = 15 kO

R3 = 2,2 kO

R4 = 10 kO

R5 = 47 kO

R6 = 1 MO

C1 = 220 µF 25 V électrolytique

C2 = 100 nF multicouche

C3 = 100 µF 16 V électrolytique

C4 = 4,7 nF polyester

D1 = Diode 1N4007

D2 = Diode 1N4007

U1 = Régulateur 78L05

U2 = Intégré QT110

LD1 = LED verte 5 mm

T1 = NPN BC547B

T2 = PNP BC557B

BZ1 = Buzzer min. pour ci

RL1 = Relais min. 12 V 1 RT pour ci

Divers :

1 Support 2 x 4 broches

1 Bornier 2 pôles

1 Bornier 3 pôles

3 x 3 picots en bande sécable

3 Cavaliers pas 2,54

1 Circuit imprimé réf. S364

Les modes de fonctionnement du montage :

Allons, la définition des options correspondant à la "time-out» et les modes de fonctionnement de la sortie (relais). Le premier mode est appelé «DC-out" et dans ce cas, la jambe 2 du QT110 va niveau logique bas, pendant toute la durée de contact (par exemple le doigt) avec l'électrode d'entrée. En fait, pour une période ne dépassant pas le «time-out" (après quoi le circuit recalibre). Mode "DC-out" est obtenue par la fermeture de JP2 sur le positif (broche 3 à la logique 1) de puissance et permet à deux «temps mort» différents, sélectionnables à l'aide JP1. Si le cavalier est fermé en position "A" (jambe 4 au niveau logique 1) sont disponibles 10 secondes, si la position "B" (zéro) le temps passe à 1 minute. Ensuite, il ya le mode en mode bistable et monostable (impulsion) obtenus avec les deux JP2 fermé au sol (cavalier en "D"). Dans ce cas, JP1 détermine le mode, en ligne avec JP2 en position "D", avec le cavalier sur "A", il est en mode monostable, dans un mode "B" bistable. En un seul coup, la sortie normalement niveau logique haut, les interrupteurs à zéro pour une durée déterminée (75 millisecondes), chaque contact détecté par le capteur. Inversement, dans l'état bistable change chaque fois que l'électrode du capteur détecte un contact (pas de tempo). Dans les deux modes, le délai est de 10 secondes. Après cette période, comme cela a été vu pour le mode "DC-out", si le contact reste, le circuit intégré est bloqué et recalibrer, devenant insensible jusqu'à ce que la calibration est terminée. Etape 2 du circuit intégré de commande du relais RT 1 (1 Repos, 1 Travail), à travers deux transistors qui, en plus d'inverser le niveau logique, permettre une traduction de la tension. En fait, le QT110 est fourni avec 5 volts et le fonctionnement bobine du relais à 12 volts, Q2 inverse l'état de sortie (lorsque la broche 2 tend vers zéro, le collecteur du transistor a environ 5 volts). T1 peut gérer un circuit avec une tension plus élevée, sans faire de surtension du circuit intégré. L'ensemble du système est alimenté avec une tension de 12 à 14 volts directement sur les points "+" et "-" VAL. La diode D1 protège contre un éventuel retournement de polarité et permet le transfert du potentiel positif sur la bobine du relais RL1. LD1 LED est biaisée par la résistance R1 et indique la présence de l'alimentation secteur. Le U1 contrôleur est utilisé pour fournir une tension de 5 volts, ce qui est parfaitement stable pour le bon fonctionnement du QT110 (U2), tandis que les condensateurs qui entourent permettent le filtrage de l'entrée et de sortie. La consommation totale du système au repos ne dépasse pas 5 milliampères. Lorsque le relais est excité, il atteint 40 mA. Cette consommation peut éventuellement alimenter le système avec des piles sèches.

Figure 11 : L’électrode captrice.

L'unité d'électrode de balayage doit être raccordé au circuit à des points marqués «PP», à travers un fil de cuivre enroulé, bien isolé de la terre ou des structures métalliques particulièrement important. Ainsi, si la commande doit être exploité par un pilote de panneau, d'isoler l'électrode avec une feuille de plastique ou de caoutchouc. La bonne sensibilité du capteur protège l'électrode en le plaçant derrière une membrane imperméable, une très intéressante pour ceux qui veulent installer le système dans des endroits exposés aux intempéries.

Figure 12 : Paramétrage du capteur :

Le relais, prévu sur le circuit, peut réagir avec l'unité d'électrode à balayage en fonction du réglage de l'QT110. Nous avons préparé deux ponts pour permettre à l'utilisateur de sélectionner l'opération désirée. Le tableau suivant montre à quel point JP1 et JP2 au cas où vous souhaitez utiliser le mode monostable, bistable ou la touche suivante (DC-out). Dans le premier cas, les bâtons de relais pour 75 millisecondes à chaque fois que l'électrode est affecté dans le second cas, RL1 change d'état à chaque touche de l'électrode. Par contre, le mode DC-out permet au relais de suivre les variations de l'entrée, dans le sens où il est mis sous tension pour la durée pendant laquelle la plaque est touché, mais ne peut excéder la durée maximale de "time-out" set par JP1.

La réalisation pratique du montage :

Le circuit est entièrement mis en œuvre sur un circuit imprimé que vous pouvez trouver le dessin, échelle 1 dans la figure 10. Le circuit gravé et percé imprimé, vous pouvez commencer à souder tous les composants se référer au schéma de mise en œuvre des composants visibles dans la figure 8, des résistances de départ, les diodes en silicium, en accordant une attention à la signification, la cathode étant identifié par un anneau. Continuez avec la mise en œuvre de la non-polarisé condensateurs et électrolytiques, par, encore une fois, attention à la polarité de leurs pieds (la jambe longue indique le positif). Pour la puce QT110, il est utile de fournir un support 8 broches pour mettre en place sa réplique assortie tourné vers le condensateur C2 (voir figure 8). La LED est soudé pour que le plat de son corps est dirigé vers C1. Pour les connexions des contacts de relais et d'approvisionnement, l'utilisation de bornes à vis de soudure des BPC qui sont installés dans les emplacements réservés pour eux. Ponts JP1, JP2 et GAIN sont faites? Avec de petites bandes marqué trois broches de pas de 2,54 mm. Les coureurs seront récupérées de l'ancien ordinateur. Pour BZ, vous devez utiliser un pad ou un buzzer piézo 5 volts sans oscillateur. L'entrée «PP» (Prox-Plate) est reliée à l'un des fils (à condition qu'il ait une gaine) à une plaque de métal ou de l'élément à atteindre pour exciter les QT110. Il faut noter que l'électrode peut être formée par un seul pilote, mais aussi par une plaque de cuivre, de fer ou d'aluminium. Dans chaque cas, il est essentiel que l'électrode de la sonde est isolé de la terre avec une feuille de bois, verre, plastique, caoutchouc, etc. Sinon, l'opération sera perturbé ou de la sensibilité est considérablement réduit.

Figure 13 : le prototypes entièrement équipé de ses composants. ( coté composante )

Réglage du gain :

Figure 14 : Réglage du gain détecteur de proximité .

Le capteur CI QT110 peut fonctionner avec des sensibilités différentes pour s'adapter à des électrodes de différentes tailles et différentes conditions. La sensibilité du circuit capacitif doit être définie selon le tableau ci-dessous, bien positionner le cavalier "gain".

_La sensibilité minimale est recommandée_ :

Lorsque l’on veut réaliser des interrupteurs à effleurement classiques, avec des plaques métalliques de quelques centimètres carrés ou des détecteurs de proximité avec un isolant mince (quelques dixièmes de millimètre).

_La sensibilité moyenne est idéale_ :

Pour des contacts de dimensions moyennes et la détection de proximité avec des câbles sous gaine plastique.

_La haute sensibilité est indispensable_ :

Si on veut mettre au point des tapis pour la détection du passage de personnes et d’automobiles, en utilisant des électrodes dont la superficie est supérieure à 500 ou 600 centimètres carrés.