3 circuitos de sensor de proximidade capacitivo digitalizados fáceis

Neste post, discutiremos minuciosamente três circuitos básicos de sensores de proximidade com muitos circuitos de aplicação e características detalhadas do circuito. Os dois primeiros circuitos capacitivos do sensor de proximidade usam conceitos simples baseados no IC 741 e IC 555, enquanto o último é um pouco mais preciso e incorpora um design de precisão baseado no IC PCF8883

1) Usando o IC 741

O circuito explicado abaixo pode ser configurado para ativar um relé ou qualquer carga adequada, como uma torneira de água, assim que o corpo ou a mão humana se aproximar da placa do sensor capacitivo. Em condições específicas, a proximidade da mão é suficiente para ativar a saída do circuito.

IC 741 sensor de proximidade capacitivo circuito sensor de toque

Q1 fornece uma entrada de alta impedância, que é um transistor de efeito de campo regular como 2N3819. Um amplificador operacional padrão 741 é usado na forma de um comutador de nível de tensão sensível que, posteriormente, alimenta o buffer de corrente Q2, um transistor bipolar pnp de corrente média, ativando assim o relé que pode ser usado para alterar um dispositivo, como alarmes, torneiras etc. .

Enquanto o circuito está na condição de espera inativa, a tensão no pino 3 do amplificador operacional é ajustada mais alta que o nível da tensão do pino 2 ajustando adequadamente o VR1 predefinido.

Isso garante que a tensão no pino de saída 6 seja alta, fazendo com que o transistor Q2 e o relé permaneçam desconectados.

Quando o dedo se aproxima da placa do sensor ou é tocado levemente, um VGS de inclinação descendente aumentará a corrente de drenagem do FET Q1 e a queda resultante na tensão R1 reduzirá a tensão do pino 3 do amplificador operacional abaixo da tensão existente no pino 2.

Isso fará com que a tensão do pino 6 caia e, consequentemente, ligue o relé via Q2. A resistência R4 pode ser determinada para que o relé permaneça desligado em condições normais, levando em consideração que uma pequena tensão de desligamento positivo pode se desenvolver na saída do pino 6 do amplificador operacional, mesmo se a tensão do pino 3 for menor que a tensão do pino 2 no estado inativo (inativo). Esse problema pode ser resolvido simplesmente com a adição de um LED em série com a base do segundo trimestre.

2) Usando IC 555

A publicação explica um circuito de sensor de proximidade capacitivo baseado em IC 555 que pode ser usado para detectar invasores perto de um objeto com preço, como o seu veículo. A ideia foi solicitada pelo Sr. Max Payne.

A solicitação do circuito

Oi swagatam

Poste um circuito capacitivo / corpo / sensível pode ser aplicado na bicicleta. Esse dispositivo é visto no sistema de segurança do carro, quando alguém se aproxima do carro ou uma simples proximidade de 1 in aciona o alarme por 5 segundos.

Como esse tipo de alarme funciona, o alarme só dispara quando alguém se aproxima (digamos 30 cm), que tipo de sensor eles usam?

Diagrama de circuito

Circuito de comutação capacitiva IC 555

Imagem de circuito Cortesia: Elektor Electronics

O desenho

O circuito do sensor capacitivo pode ser entendido com a ajuda da seguinte descrição:

Basicamente, o IC1 é conectado como uma astável, mas sem incorporar um capacitor real. Aqui, uma placa capacitiva é inserida e assume a posição do capacitor necessário para uma operação estável.

Deve-se notar que uma placa capacitiva maior produzirá uma resposta melhor e muito mais confiável do circuito.

Como o circuito foi projetado para funcionar como um sistema de segurança de alerta de proximidade da carroceria do veículo, a carroceria em si poderia ser usada como placa capacitiva, e seu grande volume seria adequado à aplicação.

Uma vez integrada a placa do sensor de proximidade capacitivo, o IC555 entra em uma posição de espera para ações possíveis.

Ao detectar um elemento “terra” nas proximidades, que pode ser a mão de um humano, a capacidade necessária é desenvolvida através do pino 2/6 e do terra IC.

Isso resulta no desenvolvimento instantâneo de frequência à medida que o CI começa a oscilar em seu modo astável.

O sinal estável é adquirido no pino3 do IC, que é adequadamente “integrado” com a ajuda de R3, R4, R5 junto com C3 —- C5.

O resultado “integrado” é alimentado em um estágio opamp equipado como um comparador.

O comparador formado em torno do IC2 responde a essa alteração no IC1 e o converte em uma tensão de ativação, operando T1 e o relé correspondente.

O relé pode ser conectado com uma sirene ou buzina para o alarme necessário.

No entanto, o IC1 praticamente produz um pico de tensão de positivo para negativo no instante em que um terra capacitivo é detectado perto da placa.

O IC2 responde apenas a esse aumento repentino no pico de tensão para a ativação necessária.

Se o corpo capacitivo continuar próximo da placa, a tensão de pico de freqüência no pino 3 diminui para um nível que pode ser indetectável pelo IC2, deixando-o inativo, o que significa que o relé permanece ativo apenas no instante em que é puxado. o elemento capacitivo ou removido perto da superfície da placa.

P1, P2 pode ser ajustado para adquirir a sensibilidade máxima da placa capacitiva
Para obter uma ação de travamento, a saída IC2 pode ser ainda mais integrada em um circuito de flip-flop, tornando o circuito capacitivo do sensor de proximidade extremamente preciso e responsivo

3) Usando o IC PCF8883

O IC PCF8883 foi projetado para funcionar como um sensor capacitivo de precisão por meio de uma tecnologia digital exclusiva (patenteada pela EDISEN) para detectar a menor diferença de capacitância em torno de sua placa de detecção especificada.

Principais características

As principais características deste sensor de proximidade capacitivo especializado podem ser estudadas abaixo:

 Recursos do IC PCF8883 deste sensor capacitivo especializado de proximidade e toque

A figura a seguir mostra a configuração interna do IC PCF8883

Diagrama interno do IC PCF8883

IC não é baseado na tradição modo de detecção dinâmica de capacitância em vez disso, detecta a variação da capacitância estática usando a correção automática através da auto-calibração contínua.

O sensor está basicamente na forma de uma pequena folha condutora que pode ser integrada diretamente aos pinos relevantes do IC para a detecção capacitiva pretendida ou talvez terminar em distâncias maiores através de cabos coaxiais para permitir operações precisas de detecção de proximidade capacitiva remota e eficaz

As figuras a seguir representam os detalhes da pinagem do IC PCF8883. A operação detalhada das várias pinagens e circuitos integrados pode ser entendida com os seguintes pontos:

IC PCF8883 Especificações

Detalhes de pinagem IC PCF8883

detalhes da pinagem do IC PCF8883

A pinagem IN que deveria estar conectada à folha de detecção capacitiva externa está ligada à rede RC interna dos circuitos integrados.

O tempo de download fornecido pelo “tdch” da rede RC é comparado com o tempo de download da segunda rede RC empacotada chamada “tdchimo”.

As duas redes RC são periodicamente carregadas pelo VDD (INTREGD) através de um par de redes de comutação idênticas e sincronizadas e são posteriormente descarregadas com a ajuda de um Vss ou resistor de terra

A taxa na qual essa descarga de carga é executada é regulada por uma taxa de amostragem indicada por “fs”.

Caso a diferença de potencial caia abaixo da tensão de referência da VM definida internamente, a saída do comparador correspondente tende a ser baixa. O nível lógico que segue os comparadores identifica o comparador exato que pode realmente mudar antes do outro.

E se for identificado que o comparador principal foi acionado primeiro, isso se traduz em um pulso no CUP, enquanto que se detectar que o comparador inferior foi alterado antes do superior, o pulso será ativado na CDN.

Os pulsos acima são dedicados ao controle do nível de carga no capacitor externo Ccpc associado ao pino do CPC. Quando um pulso é gerado no CUP, o Ccpc é carregado através do VDDUNTREGD por um período especificado que dispara um potencial crescente no Ccpc.

Na mesma linha, quando um pulso é processado na CDN, o Ccpc se conecta ao dispositivo de dissipador de corrente de terra, que descarrega o capacitor e causa o colapso de seu potencial.

Cada vez que a capacitância no pino IN aumenta, o tempo de descarga tdch aumenta, fazendo com que a tensão no comparador relevante caia em um tempo correspondentemente mais longo. Quando isso ocorre, a saída do comparador tende a ser baixa, o que, por sua vez, gera um pulso CDN, forçando o capacitor externo do PCC a descarregar em menor grau.

Isso implica que o CUP agora gera a maioria dos pulsos, o que torna o PCC carregado ainda mais sem passar por etapas adicionais.

Apesar disso, a função de calibração automática controlada por tensão do IC, que depende de um “ismo” de regulação de corrente do coletor associado ao pino IN, faz um esforço para equilibrar o tempo de descarga tdch, referindo-o a um tempo de descarga tdcmef estabelecido internamente.

A tensão através do Ccpg é controlada pela corrente e é responsável por descarregar a capacitância IN rapidamente, sempre que for detectado que o potencial no PCC está aumentando. Isso equilibra perfeitamente a capacidade crescente no pino de entrada IN.

Esse efeito resulta em um sistema de rastreamento em malha fechada que monitora e se envolve continuamente na equalização automática do tempo de descarga tdch com referência a tdchlmf.

Isso ajuda a corrigir variações lentas da capacitância através da pinagem do IC IN. Durante o carregamento rápido, por exemplo, quando um dedo humano se aproxima rapidamente da película sensível, a compensação discutida pode não transpirar, sob condições de equilíbrio, a duração do período de descarga não difere, fazendo com que o pulso flutue alternadamente entre CUP e CDN.

Isto implica ainda que, com valores mais elevados de Ccpg, pode ser esperada uma variação de tensão relativamente restrita para cada pulso para CUP ou CDN.

Portanto, o coletor de corrente interno resulta em uma compensação mais lenta, melhorando assim a sensibilidade do sensor. Por outro lado, quando o CCP sofre uma diminuição, diminui a sensibilidade do sensor.

sensor capacitivo com IC PCF8883

Monitor de sensor embutido

Um contador integrado monitora os disparadores do sensor e conta os pulsos através do CUP ou CDN, o contador é redefinido toda vez que a direção do pulso através do CUP para CDN se alterna ou muda.

O pino de saída representado como OUT somente é ativado quando um número adequado de pulsos é detectado via CUP ou CDN. Níveis moderados de interferência ou interações lentas através do sensor ou capacitância de entrada não afetam a ativação da saída.

O chip observa várias condições, como padrões irregulares de carga / descarga, para que um interruptor de saída confirmado seja gerado e a detecção espúria seja eliminada.

Início avançado

O IC inclui um circuito de partida avançado que permite que o chip alcance o equilíbrio rapidamente, assim que a energia for ligada.

Internamente, o pino OUT é configurado como um dreno aberto que inicia a pinagem com alta lógica (Vdd) com uma corrente máxima de 20 mA para uma carga conectada. No caso de a saída estar sujeita a cargas superiores a 30 mA, a alimentação é desligada instantaneamente devido à função de proteção contra curto-circuito, que é ativada instantaneamente.
Essa pinagem também é compatível com CMOS e, portanto, torna-se adequada para todas as cargas baseadas em CMOS ou estágios do circuito.

Como mencionado acima, o parâmetro de frequência de amostragem “fs” está relacionado como 50% da frequência usada com a rede de temporização RC. A taxa de amostragem pode ser configurada dentro de um intervalo predeterminado, definindo adequadamente o valor CCLIN.

Uma frequência do oscilador modulada internamente para 4% por meio de um sinal pseudo-aleatório inibe qualquer possibilidade de interferência das frequências CA circundantes.

Modo seletor de status de saída

O IC também possui um “modo de seleção do estado de saída” útil que pode ser usado para ativar o pino de saída no estado monoestável ou biestável em resposta à detecção capacitiva da pinagem de entrada. É processado da seguinte maneira:

Modo n. ° 1 (TIPO ativado em Vss): A saída é ativada durante sp, desde que a entrada seja mantida sob influência capacitiva externa.

Modo n. ° 2 (TIPO ativado por VDD / NTRESD): Nesse modo, a saída é ativada e desativada alternadamente (alta e baixa) em resposta à interação capacitiva subsequente através da folha do sensor.

Modo n. ° 3 (CTYPE ativado entre TYPE e VSS): Com essa condição, o pino de saída é ativado (baixo) por um período de tempo predeterminado em resposta a cada entrada de detecção capacitiva, cuja duração é proporcional ao valor CTYPE e pode ser variar com uma velocidade de 2,5 ms por capacitância nF.

Uma norma o valor para CTYPE para evitar um atraso de 10 ms no modo nº 3 pode ser 4,7nF, e o valor máximo permitido para CTYPE é 470nF, o que pode resultar em um atraso de aproximadamente um segundo. Qualquer intervenção abrupta ou influência capacitiva durante esse período é simplesmente ignorada.

Como usar o circuito

Nas seções a seguir, aprendemos uma configuração típica de circuito usando o mesmo IC que pode ser aplicado a todos os produtos que requerem operações de precisão com estimulação remota por proximidade.

O sensor de proximidade capacitivo proposto pode ser usado de várias maneiras em muitas aplicações diferentes, conforme indicado nos seguintes dados:

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Abaixo, você pode ver uma configuração típica de aplicativo que usa o IC:

Configuração do circuito de aplicação

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A fonte de entrada + é conectada ao VDD. Um capacitor de suavização pode, de preferência, ser conectado através de VDD e terra e também através de VDDUNTREGD e terra para operação mais confiável do chip.

O valor da capacitância COLIN produzido no pino CLIN define a taxa de amostragem efetivamente. Aumentar a taxa de amostragem pode melhorar o tempo de reação na entrada de detecção com um aumento proporcional no consumo de corrente.

Placa do sensor de proximidade

A placa de detecção de detecção capacitiva pode estar na forma de uma folha de metal em miniatura ou placa blindada isolada com um revestimento não condutor.

Essa área de detecção pode ser terminada em distâncias maiores através de um cabo coaxial CCABLE cujas outras extremidades podem ser conectadas à entrada de IC ou a placa pode simplesmente ser conectada diretamente à entrada de IC, dependendo das necessidades do inscrição.

O IC é equipado com um circuito interno de filtro passa-baixo que ajuda a suprimir todas as formas de interferência de RF que possam tentar romper o IC através do pino IN do IC.

Além disso, como indicado no diagrama, uma configuração externa também pode ser adicionada usando RF e CF para melhorar ainda mais a supressão de RF e aumentar a imunidade a RF para o circuito.

Para um desempenho ideal do circuito, recomenda-se que a soma dos valores de capacitância CSENSE + CCABLE + Cp esteja dentro de uma determinada faixa apropriada; um bom nível pode estar em torno de 30pF.

Isso ajuda o loop de controle a funcionar melhor com capacitância estática sobre CSENSE para corresponder a interações mais lentas no quadro capacitivo de detecção.

Obtenha entradas capacitivas mais altas

Para atingir um nível mais alto de entradas capacitivas, pode ser recomendável incluir um resistor suplementar Rc, conforme indicado no diagrama, que ajuda a controlar o tempo de descarga de acordo com as especificações dos requisitos de tempo interno.

A área da seção transversal da placa de detecção conectada ou de uma folha de detecção se torna diretamente proporcional à sensibilidade do circuito, juntamente com o valor do capacitor Ccpc, a redução do valor Ccpc pode afetar significativamente a sensibilidade do circuito. placa de detecção. Portanto, para alcançar uma quantidade eficaz de sensibilidade, o Ccpc pode ser otimizado e, consequentemente, aumentado.

A pinagem marcada com CPC é atribuída internamente com alta impedância e, portanto, pode ser suscetível a correntes de vazamento.

Certifique-se de escolher Ccpc com condensador do tipo MKT ou X7R de alta qualidade PPC para um desempenho ideal do projeto.

Operando em baixas temperaturas

Caso o sistema seja projetado para operar com uma capacitância de entrada restrita de até 35pF e a temperaturas congelantes de -20 graus C, pode ser aconselhável reduzir a tensão de alimentação do IC para cerca de 2,8V. Isso, por sua vez, reduz a faixa de operação da tensão Vlicpc cuja especificação está entre 0,6V a VDD – 0,3V.

Além disso, reduzir a faixa de operação do Vucpc poderia reduzir proporcionalmente a faixa de capacitância de entrada do circuito.

Além disso, pode-se notar que, à medida que o valor do Vucpc aumenta com a diminuição da temperatura, conforme demonstrado nos diagramas, o que nos diz por que uma diminuição adequada da tensão de alimentação ajuda a diminuir a temperatura.

Especificações recomendadas para componentes

A Tabela 6 e a Tabela 7 indicam a faixa recomendada de valores de componentes que podem ser escolhidos adequadamente com base nas especificações de aplicação desejadas, com referência às instruções acima.

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Referência: https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF8883.pdf



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

Status (Não Revisado)

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