Характеристика емкостных охранных устройств

курсовая работа

2. СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ ВНЕСЕНИ ЕМКОСТИ К МК

Рисунок 3.1. Схемы включения датчиков внесения ёмкости к МК

а) инверторы микросхемы DD1, DD2 охвачены положительной обратной связью через резистор R1. Это приводит к тому, что небольшое возмущение на входе (например, прикосновение пальцем к "сенсору" ХТ1) вызывает изменение напряжения на выходе, которое регистрирует МК;

б) первоначально конденсатор С2 заряжен. При замыкании пальцем контактных площадок ХТ1 и ХТ2, заряд передаётся на вход триггера, собранного на двух инверторах микросхемы DDI, и он изменяет своё состояние до следующего прикосновения;

в) импульсы с частотой около 300 кГц поступают на контактную площадку ХТ1 от генератора, собранного на трёх инверторах микросхемы DD1. Если замкнуть площадки XT1 и ХТ2 пальцем, то импульсы пониженной амплитуды будут поступать на вывод 9 микросхемы DDI и далее на вход МК. Резистором R3 регулируется чувствительность. Конструкция "сенсоров" ХТ1, ХТ2 может быть такой: две медные пластины 60?80 мм, расположенные на расстоянии 1…2 мм;

г) кабель охранного шлейфа нагружается не на резистор (как обычно), а на конденсатор . МК в режиме выхода с ВЫСОКИМ уровнем периодически заряжает его через резистор , а затем измеряет в режиме входа время разряда до определённого порога. Если ёмкость конденсатора будет отличаться от номинала, например, в результате обрыва или закорачивания охранного шлейфа, это отразится на времени разряда. Диоды VD1, VD2 защищают вход МК от наводок;

д) ХТ1 -- это сенсорная панель, физически расположенная вблизи от общего провода. Благодаря усилителю DA1 чувствительности датчика достаточно, чтобы прикасаться к площадке XT1 пальцем через бумагу Частота генерации "меандра" с выхода МК составляет 100…200 кГц;

Рисунок 3.2. Схемы подключения датчиков внесения ёмкости к МК (продолжение):

е) ёмкостный датчик приближения собран по схеме М. Цакова на двух высокочастотных генераторах (триггеры Шмитта микросхемы DDI) с задающими цепочками R2, CI, С2 и R3, СЗ. Два сигнала частотой 200 кГц суммируются в логическом элементе "2И-НЕ" и детектируются диодами VDI, VD2. Подбором элементов CJ, добиваются начального равенства частот двух генераторов. При приближении руки человека к телескопической антенне WAl, понижается частота верхнего генератора и на выходе детектора появляется положительное напряжение, которое измеряется через АЦП МК;

ж) сначала линия МК настраивается в режим выхода с НИЗКИМ уровнем. Затем эта же линия переводится в режим входа без внутреннего "pull-up" резистора. По таймеру М К измеряется длительность переднего фронта заряда конденсаторов С1, С2, которая зависит от вносимой ёмкости на сенсорной площадке ХТ1;

з) оптоизолированный сенсор с регулируемой чувствительностью. Прикосновение пальцем к контактной площадке ХТ1 "зажигает" неоновую лампу HL1, которая в свою очередь освещает фоторезистор R4 и приводит к изменению напряжения на входе МК. Порог срабатывания задаётся резистором R5. Резисторы обеспечивают безопасность человека. Фазный провод сети 220В легко найти экспериментально, изменив полярность включения вилки в розетку;

и) к разъёму X1 подключается внешний ёмкостный датчик, например, датчик влажности, состоящий из двух стальных пластин с расстоянием между ними 1…10 мм. Сначала МК выставляет на линии НИЗКИЙ уровень, конденсатор датчика разряжается. Затем МК переводит линию в режим входа и через АЦП и таймер измеряет время нарастания напряжения до заданного порога. Для калибровки используется переключатель S1 и образцовый конденсатор С1 повышенной точности, при этом основной датчик должен быть отключён;

Рисунок 3.3. Схемы подключения датчиков внесения ёмкости к МК

к) специализированная микросхема (фирма Quantum Research Group) принимает сигнал от сенсорной площадки ХТ1, проводит предварительную фильтрацию помех и выдаёт результат OUT. Высокая достоверность показаний гарантируется режимом самокалибровки. Прикосновение пальцем может быть через небольшой слой стекла, пластика, камня, керамики, дерева;

л) датчик приближения к антенне массивного объекта на расстояние около 50 см. Принцип работы: внесение дополнительной ёмкости в цепь затвора транзистора VT1 срывает колебания автогенератора, транзистор закрывается, после чего сигнал на входе МК изменяет уровень с НИЗКОГО на ВЫСОКИЙ. Питание +4.5В обязательно батарейное;

м) к контактным площадкам ХТ1, ХТ2 подключается любой датчик с диапазоном изменения ёмкости 30…60 пФ. Эта ёмкость определяет частоту генератора на таймере DA2. Аналогичный генератор собран на таймере DAI и образцовом конденсаторе С1. Разность измеренных МК частот пропорциональна вносимой ёмкости. Активизация таймеров проводится поочерёдно установкой противофазных уровней на двух выходах М К. Диоды VD1, VD2-- развязывающие;

н) шестиканальный чувствительный сенсор на специализированной микросхеме DA1 (фирма Quantum Research Group), которая имеет хорошую помехоустойчивость и обеспечивает высокую достоверность результатов. Рекомендуется для профессиональных применений;

Рисунок 3.4. Схемы подключения датчиков внесения ёмкости к МК

о) цифровой "скользящий" потенциометр на базе специализированной микросхемы DAI фирмы Quantum Research Group. Контакты сенсорных площадок XTI…ХТ22 должны быть расположены в линию, чтобы к ним удобно было прикасаться. Резисторы R1…R23, соединяющие площадки, желательно применить малогабаритные безвыводные (чип-резисторы);

п) внутренний аналоговый компаратор МК должен работать в режиме "SR Latch" и иметь отдельную линию A1N (Рис. 2.30)с выхода компаратора. Так сделано, например, в МК PIC16F887. Прикосновение пальцем к сенсорной площадке ХТ1 затягивает передний и задний фронты импульсов, что фиксируется МК. Для защиты линий портов от внешних наводок и статического электричества могут потребоваться диоды VDI, (показаны пунктиром);

р) МК на своём выходе генерирует импульс положительной полярности и через резистор RI его же принимает на цифровом входе. Прикосновение пальцем к сенсорной площадке ХТ1 затягивает фронты импульса. Разница во времени между фронтами идеального (генерируемого) и реального (принимаемого) сигналов пропорциональна вносимой ёмкости.

Делись добром ;)