Dört Cihazı Dokunmatik Anahtar Paneliyle Kontrol Etme Projesi
Ashok Baijal adlı geliştiriciden
14 Ekim 2019
Bu proje, dört elektrikli cihazı kontrol etmek için kapasitif bir dokunmatik sensöre dayanmaktadır. Farlar veya fanlar için açma / kapama anahtarları ve elektrikli kapı zillerinin çalıştırılması için anlık basın anahtarları kullanılmıştır. Bu anahtarların çoğu mekaniktir ve kir, nem veya yanlış kullanımdan kaynaklanan hasara karşı hassastır.
Bazı modern evlerde mekanik anahtarların yerini dokunmatik anahtarlar alıyor. Dokunmatik anahtarların mekanik aşınma ve yıpranma sorunları yoktur ve normalde uygun kutularda bulunur ve bu da onları en zorlu ortamlarda dayanıklı hale getirir. Bazı dokunmatik anahtarlar güzel bir şekilde tasarlanmıştır, böylece estetik açıdan hoş ve oda dekoruyla harmanlanır. Ancak, ticari olarak satılan dokunmatik anahtarlar pahalıdır. Burada sunulan devre düşük maliyetli ve kurulumu kolaydır.
Dokunmatik anahtar nasıl çalışır?
Bir kapasitif sensör, harici bir nesnenin etkisinden dolayı kapasitanstaki bir değişikliği tespit ederek çalışır. Dokunmatik plaka yalıtım malzemesi ile kaplıdır ve kullanıcı elektrik devresiyle temas etmez.
Kapasitif bir dokunmatik anahtar farklı katmanlara sahiptir – üst yalıtım yüzeyi plakası, ardından dokunmatik plaka, başka bir yalıtım katmanı ve daha sonra Şekil 1’de gösterildiği gibi toprak plakası.
1: Dokunmatik anahtarın çalışma prensibi
Uygulamada, dokunmatik sensör olarak bir tarafı ve kapasitörün toprak plakası olarak karşı tarafı dikkate alınarak çift taraflı bir PCB üzerinde kapasitif bir sensör yapılabilir. Bu plakalara güç uygulandığında, iki plaka şarj edilir. Denge durumunda, plakalar güç kaynağı ile aynı voltaja sahiptir.
Kapasitans, volt başına yük ölçüsüdür (Cs = Q / V). Bir parmak sensör plakasının yakınına hareket ettirildiğinde, kapasitör plakasının etrafındaki elektrik alanı insan vücudunu polarize eder ve enerji ona aktarılır. Bu, başka bir denge durumuna ulaşılana kadar sensör plakasına daha fazla yük akmasına neden olur. Bu, sensör plakasındaki şarj konsantrasyonunu arttırır ve kapasitansta bir değişikliğe (artış) neden olur.
Sensör plakasına fiziksel olarak dokunmak gerekli değildir, çünkü kapasitansta bir değişiklik meydana getirmek için sensörün yakınındaki elektrik alanının bozulması yeterlidir. Bu nedenle sensör plakası koruyucu bir örtünün arkasına yerleştirilebilir. İndüklenen kapasitans aşağıdaki ilişki ile belirlenir:
Cf = kε 0 (A / d)
burada, k koruyucu katmanın dielektrik sabiti, ε 0 vakumun geçirgenliğidir, A dokunmatik plakanın alanıdır ve d iletken plaka ile parmak arasındaki ayırma mesafesidir.
Camın dielektrik sabiti 3.8 ve 14.5 arasında değişirken pleksiglas (akrilik) 2.6 ve 3.5 arasında, kağıt 3.6’dır ve ahşabın 1.4 ila 2.9 arasında bir dielektrik sabiti vardır. Bu nedenle, cam koruyucu kaplama için en iyi malzemedir ve bunu pleksiglas takip eder .
Dokunmatik dedektör devresinde, frekansı dokunmatik yüzeyin kapasitansına bağlı olan bir osilatör bulunur. Bir parmak dokunmatik yüzeye yaklaştığında, ek kapasitans bu dahili osilatörün frekansının değişmesine neden olur. Dedektör devresi osilatör frekansını zamanlanmış aralıklarla izler ve vardiya eşik değişimini geçtiğinde devre bir tuş basma olayını tetikler.
Dokunmatik anahtar dedektörü
TTP223 tek dokunuşlu bir tuş takımı dedektörü IC, TTP224 ve TTP225 sırasıyla dört ve sekiz pedi yönetebilir. TTP223 IC’nin blok diyagramı Şekil 2’de gösterilmiştir.
Şekil 2: TTP223 IC’nin blok şeması
TTP223 IC, farklı uygulamalara uyacak şekilde on altı, sekiz veya altı pimli yapılandırmaya sahip farklı paketlerde mevcuttur. Bu projede altı pimli versiyon kullanılmıştır ve pin çıkışı Şekil 3 (a) ‘da gösterilmiştir.
Şekil 3: (a) TTP223 modülünün devre şeması; (b) TTP223 modülünün PCB’si
Bu paketin davranışı, 4 ve 6 pinlerinde bazı değişiklikler yapılarak değiştirilebilir.
Pim 4 (AHLB)
Bu pim açıkken çıkış yüksek, VDD’ye (pozitif ray) bağlandığında düşük aktiftir.
Pim 6 (TOG)
Bu pim çalışma modunu belirler. Açıksa, dokunmatik yüzeye dokunulduğu sürece çıkış aktif durumda kalır. Bu pim yüksekse (VDD), değiştirme modunda çalışır.
Bu projede, bu tek dokunmatik yüzey detektörü IC TTP223 üzerine inşa edilmiş önceden oluşturulmuş modüller kullanılmıştır. Bu modüller ucuzdur ve çevrimiçi portallarda kolayca bulunabilir. Devre şeması ve PCB modülü sırasıyla Şekil 3 (a) ve 3 (b) ‘de gösterilmiştir.
Devre ve çalışma
Bu dokunmatik anahtar paneli için dört dokunmatik anahtar kullanılır. Üç anahtar normal açma / kapama anahtarları gibi işlev görürken, dördüncü anahtar anlık anahtar (çan anahtarı) olarak çalışır. Paneldeki anahtar sayısı isteğe bağlı olarak değiştirilebilir.
Bu projede, devreyi çevrelemek için uygun boyutta bir Bakalit anahtar kutusu kullanılır. Akrilik bir levha alın ve ön dokunmatik paneli yapmak için kutunun boyutuna kadar kesin. Akrilik ön panelde çeşitli giriş etiketleri işaretlenmiştir. Yazarın dokunmatik anahtar panelinin prototipi Şekil 4’te gösterilmektedir.
4: Yazarın dokunmatik anahtar panelinin prototipi
Hazır dokunmatik anahtar modüllerini kullanmadan önce, varsayılan davranışlarını değiştirmek için bunları değiştirmeniz gerekir. Işık anahtarları için, modül üzerinde A ve B olarak işaretlenmiş iki lehim pedinin kısa devre yapılması gerekir. Zil düğmesi için, yalnızca A yastığı kısa devre yapılırken, B yastığı açık bırakılmalıdır. Ped A’nın aktif düşük girişlere sahip rölelere uyması gerekir.
Ayrıca, modül üzerinde, Şekil 3 (a) ‘da gösterildiği gibi, çıkış yüksek olduğunda parlayan bir LED gösterge vardır. Bu röle modülü aktif bir düşük sinyal gerektirdiğinden, modül üzerindeki gösterge LED’i daima kapalı durumda yanar. Her bir modüldeki gösterge LED’ini çıkarın ve bunun yerine Şekil 5’de gösterildiği gibi harici bir 3mm LED bağlayın. LED’in yanması, cihazın ön paneldeki durumunu gösterir.
5: Dört kanallı dokunmatik anahtarın devre şeması
Panel, devreye güç vermek için dört dokunmatik anahtar modülü, dört röle modülü ve 5V SMPS modülü kullanır. Her türlü röle kartı kullanılabilse de, tüm bileşenlerin anahtar kutusuna kolayca yerleştirilmesini sağlamak için bir katı hal röle (SSR) modülü ve 700mA, 5V SMPS güç kaynağı kullanılır. TTP223 IC, 2.0V ila 5.5V arasındaki voltajları işleyebilir ve güç kaynağı 5.5V’u geçmemelidir.
Dört kanallı dokunmatik anahtar panelinin devre şeması Şekil 5’te gösterilmiştir. Dört dahili TTP223 modülü (TTP1 – TTP4), 5V SMPS modülü (Modül1), 5V dört kanallı SSR röle modülü (Modül2), dört LED (LED1 – LED4), üç 230V AC, 60W ampul (B1 – B3), 230V AC zil (BELL1) ve diğer birkaç bileşen.
İnşaat ve test
Röle kartı ve 5V güç kaynağı modülü, Şekil 6’da gösterildiği gibi anahtar kutusunun içine uygun şekilde yerleştirilmiştir. Harici ışıklar ve zil, röle kartının çıkış terminallerine bağlıdır. Modüllerde G / Ç olarak işaretlenen dokunmatik yüzeyler röle modüllerinin giriş pinlerine bağlanır.
Şekil 6: Şekil 4’te gösterilen prototipin iç kısmı
Modifiye edilmiş dört dokunmatik modül ve dört LED, Şekil 6’nın sağ tarafında gösterildiği gibi sıcak tutkal kullanılarak akrilik tabaka üzerine yerleştirilir. Akrilik tabakanın ön panelindeki LED’ler (LED1 ila LED4) için dört küçük delik açın. LED1 ila LED4, bir dokunmatik modüle dokunduğunda ilgili LED’in yanacağı şekilde, dokunmatik modüllerin yanında sıcak bir tutkal tabancası kullanılarak deliklere sabitlenir (Şekil 7). LED’ler, ön panelde açıkça görülebilecek şekilde deliklere düzgün bir şekilde yerleştirilmelidir.
7: Akrilik levha üzerine sabitlenmiş dokunmatik yüzey modülleri
Bağlantılar yapıldıktan sonra anahtar kutusunu kapatın ve güç kaynağını açın. Üç ışığı prototipte gösterildiği gibi ön panelde 1, 2 ve 3 olarak etiketleyin (Şek. 4). BELL’i dördüncü cihaz için kapı zili olarak etiketleyin. Şimdi, ön paneldeki herhangi bir etikete, örneğin, 1’e dokunun. LED1 yanar ve ilgili röleye enerji verilir, bu da ilk ışığı açar.
Bu projede kullanılan SSR röle modülü maksimum 2A akımını idare edebilir ve oda ışıkları için uygundur. Daha yüksek akım cihazlarını değiştirmek için SSR kartını 10A’ya kadar akımları işleyebilen elektro-mekanik rölelerle değiştirin.