Введение в емкостные датчики прикосновения

Настройка

Несколько сложнее для пользователя будет провести первичное программирование устройства для его подключения к автомобильной сигнализации:

1. Начать стоит с размещения авто в устойчивом положении на ровной поверхности, чтобы датчик правильно определил угол наклона кузова.
2. Включается он вручную через соответствующую кнопку на корпусе, которую нужно нажать три раза в течение 10 секунд после подачи питания на устройство. Правильное выполнение инструкции заставит контрольный диод загореться зелёным цветом.
3. Далее необходимо наклонить кузов авто до предельного положения фиксации датчиком и нажать на кнопку ещё раз.
4. Вновь изменить угол наклона кузова машины до срабатывания датчика, после чего совершить два быстрых нажатия на кнопку. Контрольный диод должен загореться красным цветом.

Конденсатор на базе печатной платы

Конденсаторы могут быть различных типов. Мы все привыкли видеть емкость в виде компонентов с выводами или корпусов поверхностного монтажа, но на самом деле, всё, что вам действительно необходимо, это два проводника, разделенных изолирующим материалом (т.е. диэлектриком). Таким образом, довольно просто создать конденсатор, используя лишь электропроводные слои, разделенные печатной платой

Например, рассмотрим следующие вид сверху и вид сбоку печатного конденсатора, используемого в качестве сенсорной кнопки прикосновения (обратите внимание на переход на другой слой печатной платы на рисунке вида сбоку)

Сенсорная кнопка

Изолирующее разделение между сенсорной кнопкой и окружающей медью создает конденсатор. В этом случае, окружающая медь подключена к земле, и, следовательно, наша сенсорная кнопка может быть смоделирована, как конденсатор между сенсорной сигнальной площадкой и землей.

Возможно, сейчас вы захотите узнать, какую емкость реально обеспечивает такая разводка печатной платы. Кроме того, как мы рассчитаем ее точно? Ответ на первый вопрос: емкость очень мала, может составлять около 10 пФ. Что касается второго вопроса: не беспокойтесь, если забыли электростатику, потому что точное значение емкости конденсатора не имеет никакого значения. Мы ищем только изменения в емкости, и мы можем обнаружить эти изменения без знания номинального значения емкости печатного конденсатора.

Что такое датчик приближения и зачем он нужен

Основным предназначением данной функции является блокировка дисплея во время телефонного разговора – датчик установит наличие некой поверхности(уха пользователя) перед дисплеем возле динамика и сгенерирует сигнал для блокировки сенсора. Это позволяет не только избежать нежелательных нажатий на сенсорный экран, но и сэкономить заряд аккумулятора, так как основным аппаратным его потребителем является именно горящий экран. Также датчик предотвращает нежелательные нажатия на сенсор, когда телефон лежит в кармане/сумке владельца или же находится на столе в положении экраном вниз.

Также сенсор приближения, как и другие аппаратные модули смартфонов, может быть использован для программирования иных действий – например, автоматическое увеличение громкости или наоборот включение режима вибровызова, когда телефона кладётся в карман.

Если сенсор движения вышел из строя, стал определять наличие поверхности некорректно или срабатывает тогда, когда необходимости в этом нет, есть возможность отключить этот аппаратный модуль несколькими способами, рассмотренными в статье.

Как конденсатор превращается в датчик

В данном случае причина и следствие меняются местами. Когда на проводник подается напряжение, электрическое поле образуется у каждой поверхности. В емкостном датчике измерительное напряжение подается на чувствительную зону зонда, причём для точных измерений электрическое поле от зондируемой области должно содержаться именно в пространстве между зондом и целью.

В отличие от обычного конденсатора, при работе емкостных датчиков электрическое поле может распространяться на другие предметы (или на отдельные их области). Результатом станет то, что система будет распознавать такое составное поле как несколько целей. Чтобы этого не произошло, задняя и боковые стороны чувствительной области окружают другим проводником, который поддерживается под тем же напряжением, что и сама чувствительная область.

При подаче эталонного напряжения питания, отдельная цепь подает точно такое же напряжение на защиту датчика. При отсутствии разницы в значениях напряжений между зоной чувствительности и защитной зоной, электрическое поле между ними отсутствует. Таким образом, исходный сигнал может исходить только от незащищенного фронта первичной цепи.

В отличие от конденсатора, на действие емкостного датчика будет влиять плотность материала объекта, поскольку при этом нарушается однородность создаваемого электрического поля.

Популярные модели

Большинство датчиков наклона не отличаются высокой ценой, потому среди них не составит сложности выбрать ту модель, которая придётся по вкусу

Тем автовладельцам, которые не хотят тратить время на изучение характеристик всех устройств, представленных в магазинах, стоит обратить внимание на несколько признанных фаворитов:

• Spider TMS2 достаточно прост и надёжен, будучи оборудованным акселерометром для отслеживания положения кузова машины в плоскостях X, Y и Z. Одним из главных достоинств модели считается её выдающаяся герметичность и точность, позволяющая датчику исправно работать в любом положении внутри авто при условии правильной установки. Также стоит подчеркнуть хорошую термокомпенсацию устройства, защищающую его от ложных срабатываний при интенсивном нагреве корпуса. Данную особенность высоко оценивают владельцы авто из жарких регионов, которым часто приходится оставлять транспортные средства под солнцем. Заводские значения чувствительности приводят к срабатыванию предупреждающего сигнала при наклоне в 0.6 градусов и включению сигнализации при 0.9.
• Датчик StarLine D10 заслужил любовь пользователей за свою универсальность, позволяя подключить его к любой известной охранной системе с 12-вольтовым питанием и соответствующим разъемом. Аналогично с Spider TMS2, устройство заслужило репутацию надёжного средства для отслеживания минимальных изменений положения кузова машины. Возможность датчика подавать сигнал тревоги при отклонении в 1.5 градуса исключает риск того, что с авто злоумышленники снимут колёса, ведь для этого домкрату потребуется подъем кузова не менее, чем на 3 градуса.

Более дорогие модели датчиков для автомобильных сигнализаций включают в себя дополнительный функционал, вроде возможности удалённого контроля режима работы через смартфон.

Разновидности по принципу работы

Построение системы сигнализации с использованием датчиков объема прежде всего основано на принципе работы сенсора. В основе работы устройства стоит тот или иной закон физики или химии. От этого зависит размеры устройства, его назначение, технические данные.

Акустические

Улавливание колебания звуковых волн, распространяемых в помещении при движении, работе бытовых приборов или звуках речи людей положено в основу работы акустических датчиков. Как и другие виды волн акустическая волна обладает такими характеристиками:

• частота колебаний;
• фаза колебаний;
• амплитуда;

Каждая из этих характеристик показывает насколько изменяется скорость распространения волны в пространстве или по поверхности предметов. Сам же сенсор, настроенный на определенный интервал частот, срабатывает, когда звук достигает заданного параметра. Пример наиболее часто используемого акустического датчика объема – устройство включения освещения, срабатывающее при хлопке в ладоши.

Микроволновые

Микроволновые устройства контроля объема сочетают в себе сразу два устройства – генератор и приемник. Принцип работы этого вида оборудования основывается на различии высокочастотных колебаний электромагнитных волн при отражении от поверхности предметов в помещении. Генератор устройства генерирует электромагнитные волны высокой частоты.

Распространяясь в замкнутом пространстве помещения, они отражаются от поверхностей предметов и принимаются приемником устройства. При движении в комнате или других изменениях, например, резком повышении влажности или температуры, приемник быстро регистрирует изменения в характеристиках электромагнитных волн. Эти изменения и приводят к срабатыванию сенсора.

Положительной стороной этого вида оборудования выступает высокая точность показаний и чувствительность в работе. А вот к отрицательным сторонам можно отнести большое количество срабатываний, обусловленных сторонними факторами, например, работой электрооборудования или электромагнитными помехами.

Тепловые

Фиксация изменения температурного режима внутри объекта положена в основу работы тепловых датчиков. Во многом работа таких устройств схожа с работой инфракрасных датчиков, однако разница заключается в том, что инфракрасные реагируют на появление источника тепла. В отличие от инфракрасных, тепловые устройства регистрируют изменение температуры выше заданного показателя.

Классический пример теплового датчика – пожарный сигнализатор, включающий сигнал тревоги, когда из-за пожара в помещении резко повышается температура. Тепловые устройства самые простые – основным элементом в них выступают металлические пластины, которые меняют форму при нагревании, и таким образом размыкают контакты электросети сигнализации.

Инфракрасные

Для этого вида оборудования, наиболее часто используемого в охранных системах характерна высокая точность и надежность в работе. Принцип работы датчика основан на улавливании в пространстве теплового излучения исходящего от тела человека. Тепло человеческого тела имеет температуру отличную от температуры предметов обстановки в помещении, а это значит, что, попав в зону действия инфракрасного датчика, он не сможет остаться незамеченным.

Современные инфракрасные устройства имеют несколько зональных датчиков в одном корпусе. Это значит, что при перемещении по комнате объект будет фиксироваться поочередно несколькими детекторами, и таким образом будет постоянно в поле зрения устройства.

Впрочем, инфракрасные приборы имеют и ряд недостатков которые необходимо учитывать при выборе места установки устройств:

• Точность работы зависит от правильности расположения;
• Работа приборов отопления часто приводит к ложным срабатываниям сенсора;
• Срабатывание неправильно настроенного прибора часто происходит и на домашних животных.
• Устройства чувствительны к загрязнению линзы сенсора – это может искажать показатели работы устройства.

Постоянная времени RC цепи

Возможно, вы также испытываете чувства ностальгии по университету, когда видите экспоненциальную кривую, представляющую график напряжения во время заряда или разряда конденсатора. Возможно, кто-то при взгляде на эту кривую впервые понял, что высшая математика всё-таки имеет какое-то отношение к реальному миру, да и в век роботов, работающих на виноградниках, есть что-то привлекательное в простоте разряда конденсатора. В любом случае, мы знаем, что эта экспоненциальная кривая изменяется, когда изменяется либо резистор, либо конденсатор. Скажем, у нас есть RC цепь, состоящая из резистора 1 МОм и емкостного датчика касаний с типовой емкостью (без пальца) 10 пФ.

Сенсорный датчик касаний на базе RC цепи

Мы можем использовать вывод входа/выхода общего назначения (настроенный, как выход) для заряда конденсатора до напряжения, соответствующего высокому логическому уровню. Затем нам необходимо разрядить конденсатор через большой резистор

Важно понимать, что вы не можете просто переключить состояние выхода на низкий логический уровень. Вывод I/O, сконфигурированный на выход, будет управлять сигналом низкого логического уровня, то есть, он создаст низкоомное соединение выхода с землей

Таким образом, конденсатор быстро разрядится через это низкое сопротивление – так быстро, что микроконтроллер не сможет обнаружить едва заметные временные изменения, созданные небольшими изменениями емкости. Что нам здесь нужно, так это вывод с большим входным сопротивлением, что заставит почти весь ток разряда течь через резистор, а это может быть достигнуто настройкой вывода для работы, как вход. Итак, сначала вы установите вывод, как выход, выдающий высокий логический уровень, а затем этап разряда, вызывается изменением режима работы вывода на вход. Результирующее напряжение будет выглядеть примерно следующим образом:

График напряжения разряда емкостного датчика касаний

Если кто-то прикасается к датчику и тем самым создает дополнительную емкость 3 пФ, постоянная времени будет увеличиваться следующим образом:

Изменение кривой напряжения разряда емкостного датчика касаний при прикосновении к нему

По человеческим меркам время разряда не сильно отличается, но современный микроконтроллер, безусловно, может обнаружить это изменение. Скажем, у нас есть таймер с тактовой частотой 25 МГц; мы запускаем таймер, когда переключаем вывод в режим входа. Мы можем использовать таймер для отслеживания времени разряда, настроив этот же вывод действовать, как триггер, который инициирует событие захвата («захват» означает хранение значения таймера в отдельном регистре). Событие захвата произойдет, когда напряжение разряда пересечет порог низкого логического уровня вывода, например, 0,6 В. Как показано на следующем графике, разница во времени разряда с порогом 0,6 В составляет ΔT = 5.2 мкс.

Измерение изменения времени разряда емкостного датчика касаний на уровне порогового напряжения

С периодом тактовой частоты таймера 1/(25 МГц) = 40 нс, это ΔT соответствует 130 тактам. Даже если изменение емкости будет уменьшено в 10 раз, у нас всё равно будет разница в 13 тактов между нетронутым датчиком и датчиком, к которому прикоснулись.

Таким образом, идея заключается в многократном заряде и разряде конденсатора, контролируя время разряда; если время разряда превышает заданный порок, микроконтроллер предполагает, что палец вошел в «контакт» с конденсатором датчика касаний (я написал «контакт» в кавычках потому, что палец на самом деле никогда не касается конденсатора – как упоминалось в предыдущей статье, конденсатор отделен от внешней среды лаком на плате и корпусом устройства). Тем не менее, реальная жизнь немного сложнее, чем идеализированное обсуждение, представленное здесь; источники ошибок обсуждаются ниже, в разделе «Работа в реальности».

Конструкция датчика и принцип работы

Несмотря на разнообразие датчиков наклона, которым изобилуют рынки автомобильных комплектующих, конструкции этих устройств практически идентичны между собой. Внешне их корпус представлен в виде небольшой коробки размерами не более крупной монеты. Внутри этого блока располагается микромеханическая ёмкостная сборка с высоким уровнем чувствительности к акселерации. Там же установлена микросхема, которая занимается обработкой первоначальных сигнальных импульсов и передачей данных микроконтроллеру для преобразования в ШИМ. Помимо этого, в её функции входит термокомпенсация для предотвращения срабатывания сигнализации при резком перепаде температуры окружающей среды.

В состав также входят полупроводниковые материалы в основе конденсаторов, расположенных по осям X, Y и Z, которые позволяют отслеживать уровень ускорения авто.  В основе этой схемы лежит использование электродов с подвижной массой, способной свободно сдвигаться с нейтральной позиции при оказании воздействия на кузов машины. Таким образом, как только автомобиль наклоняется под определённым углом, электроды сдвигаются в сторону одного из конденсаторов, повышая его ёмкость. Данное изменение тут же передаётся по одному из трёх выделенных каналов первичным аналоговым сигналом на микросхему, которая производит его дальнейшую обработку.

Одним из обязательных условий работоспособности датчика наклона автомобиля является полная герметичность подвижного элемента, не позволяющая воздействию окружающей среды влиять на него. Нарушения целостности корпуса устройства может привести к нарушению чувствительности подвижного элемента и серьёзно снизить точность фиксации изменений наклона кузова машины.

Блок-диаграмма работы

Не являясь прямонаправленным, емкостной датчик измеряет некоторую емкость от объектов, которые постоянно присутствуют в окружающей среде. Поэтому неизвестные объекты обнаруживаются им как увеличение этой фоновой емкости. Она значительно больше, чем емкость объекта, и постоянно изменяется по величине. Поэтому рассматриваемые устройства используются для обнаружения изменений в окружающей среде, а не для обнаружения абсолютного присутствия или отсутствия неизвестного объекта.

При приближении цели к зонду величина электрического заряда или емкости изменяется, что и фиксируется электронной частью датчика. Результат может выводиться на экран или сенсорную панель.

Для производства измерения прибор подключается к печатной плате с сенсорным контроллером. Сенсоры оснащаются управляющими кнопками. Которыми можно включать в работу несколько зондов одновременно.

Сенсорные экраны используют датчики с электродами, расположенными в ряды и столбцы. Они находятся либо на противоположных сторонах основной панели, либо на отдельных панелях, которые разделены между собой диэлектрическими элементами. Контроллер циклически переключается между различными зондами, чтобы сначала определить, к какой строке касаются (направление Y), а затем к какому столбцу (направление X). Зонды часто изготавливаются из прозрачного пластика, что повышает информативность результата измерения.

Датчики присутствия

Другим, не менее важным и востребованным вариантом применения датчиков на основе емкости является их использование для обнаружения кого- или чего-либо в зоне контроля. Самый простой пример — включение освещения на лестничной площадке. Хотя этим далеко не исчерпываются возможности таких измерителей. Не менее востребовано применение таких сенсоров в системах охранной сигнализации. Или подсчета количества штучной продукции.

Как это работает

Выше уже отмечалось, что человеческое тело обладает определенной диэлектрической проницаемостью и проводимостью.

На рисунке представлено схематическое изображение такой системы. Имеются два электрода, подключенные к измерителю. Каждый из них обладает своей емкостью, обозначенной С1. В результате есть определенная  результирующая емкость у всей системы.

При появлении в контролируемой зоне какого-то нового объекта, например человека, у системы образуются две дополнительные емкости:  Са — между электродом  и телом человека, и Сb — между человеком и землей. Результирующая емкость всей системы изменится, и это изменение может быть отслежено схемой контроля.

Еще один способ обнаружения присутствия

В этом случае также используется эффект увеличения емкости при появлении постороннего предмета в зоне контроля. Только в данном случае применяется механизм активного воздействия на контролируемый участок. Для этого используется схема датчика с активным излучателем.

В состав такого измерителя входят генератор сигналов, компаратор и усилитель-преобразователь. При включении схемы в пространстве перед измерителем возникает электрическое поле. Генератор настроен таким образом, чтобы при отсутствии посторонних предметов он не запускался. Достигается это тем, что свободное пространство считается развернутым конденсатором с диэлектрической проницаемостью равной 1. Значение емкости получается недостаточным для запуска генератора.

При появлении каких-либо материалов, объектов, людей перед измерителем диэлектрическая проницаемость среды изменяется (увеличивается), также растет емкость конденсатора. Это приводит к запуску генератора. Амплитуда колебаний будет зависеть от расстояния до предмета, его материала и диэлектрической проницаемости.

При достижении амплитуды колебаний определенной величины, срабатывает компаратор и выдает сигнал на усилитель. Посторонний предмет обнаружен.

Данная схема может применяться не только в системах охранной сигнализации для фиксации вторжения в закрытую зону, но и для других целей. На этом принципе может работать система подсчета количества штучного товара, например, упаковок молока, консервных банок или любых других аналогичных предметов.

Принцип работы ИК датчика

Инфракрасные датчики могут иметь различную конструкцию, а принцип работы таких устройств может отличаться в зависимости от способа регистрации инфракрасного излучения. В такие приборы могут устанавливаться активные или пассивные ИК-элементы, а также комбинация этих двух типов детекторов ИК-излучения.

Активные

Работа активных датчиков похожа на систему радарного обнаружения самолётов, но только в инфракрасном диапазоне. Система этого типа состоит из двух основных элементов: генератора и приёмника ик-излучения.  Первый элемент излучает сигнал в инфракрасном диапазоне, а второй — обрабатывает отражённый сигнал.

Если в зоне действия системы этого типа появляется какое-либо движение, то происходит доплеровский сдвиг частоты, на который и реагирует приёмник сигнала. Благодаря высокой степени чувствительности таких сенсоров они получили большее распространение, но по этой же причине такие устройства часто срабатывают ложно, например, при качании ветвей деревьев во время сильного ветра.

Пассивные

Пассивные устройства состоят только из приёмников сигнала. Излучателя в таких приборах нет, но благодаря высокой чувствительности сенсоров и применению линзы Френаля, удаётся добиться высоких результатов по обнаружению инфракрасного излучения, как в помещениях, так и на открытых площадках. Оптическая система разбивает детектируемое пространство на большое количество отдельных частей, что позволяет электронной системе сопоставлять уровень ИК излучения, исходящего из разных точек пространства. При обнаружении значительных расхождений в уровне излучения прибор срабатывает, и сигнал о наличии движения передаётся в систему звукового оповещения.

В качестве сенсора в пассивных устройствах используются пироэлектрические преобразователи. В приборе применяется чётное количество полупроводниковых элементов. Это необходимо, чтобы разделить между собой сигнал, поступающий от различных секторов линзы.

Комбинированные

В комбинированных инфракрасных системах применяются одновременно активный и пассивный датчики. Таким образом значительно снижается количество ложных срабатываний, ведь для включения электрического света, сирены сигнализации или других устройств необходимо получить «добро» от обоих сенсоров.

Комбинированные инфракрасные детекторы не лишены недостатков. Если по тем или иным причинам, какой либо датчик не сработает при наличии движения в зоне действия устройства, то подобные действия не приведут к срабатыванию охранной или пожарной системы.

Причина пятая почему не работает на андроид плей маркет – заблокирован интернет

В андроид может быть множество приложений, которые используются для управления подключением к интернету.

Они позволяют, например, блокирование доступа к отдельным приложениям. Некоторые устройства (например, Huawei) имеют встроенную функцию, которая позволяет управлять приложениями для подключения к сети («Настройки => Управление передачей данных => сетевое приложение» — убедитесь, что плей маркет имеет доступ к сети интернет с помощью сотовой связи).

Если у вас есть приложение (например, No Root Firewall) убедитесь, что оно не настроено таким образом, что блокирует доступ к интернету в магазине гугл плей маркет. Также можете попробовать полностью удалить его, для тестирования.

Если пытаетесь подключиться к плей маркет, с помощью Wi-Fi, выключите полностью беспроводные сети и активируйте сотовые данные.

Проверьте, соединения с магазином на мобильном интернете. Если же вы в начале пытались подключиться к магазину через мобильный интернет, попробуйте сделать это с точностью до наоборот — отключить сотовую связь и подключитесь только через Wi-Fi.

Посмотрите может вы совершенно случайно отключили приложения или системные службы, без которых плей маркет не может работать (например, менеджер загрузок).

Там будет все от телефонных приложениях. Проверьте, есть ли среди них связанные с системными службами. Если что-то отключено — включите его.

Вот и все, правда в случае, когда ничего не помогает есть еще один «экстремальный» вариант — сбросить настройки телефона и восстановить по умолчанию

Обратите внимание, что тогда потеряете все данные, текстовые сообщения или фотографии, хранящиеся во внутренней памяти телефона

Чтобы восстановить настройки по умолчанию, перейдите в меню «Настройки», а затем выберите «Архивация и сброс». Выберите «Заводские настройки» и подождите, пока телефон сбросится к настройкам по умолчанию.

Если ничего из выше описанного не помогло обратитесь к своему лучшему другу с описанием неполадок – это форма ниже комментарии. Успехов.

Операционная система Android успешно развивается и совершенствуется без небольшого десять лет. Однако, проблемы всё-таки время от времени появляются, даже с учётом того факта, что сотни, а то и тысячи людей трудятся над избавлением от них. Как Вы поняли, сегодня мы расскажем Вам, что делать с сообщением «В приложении “Сервисы Google Play” произошла ошибка». Если честно, вариантов решения проблемы предостаточно, но в этой статье мы разберём лишь основные, с которыми приходится сталкиваться наиболее часто.

Выводы

На этом автор заканчивает обзор большого набора из различных датчиков для аппаратной платформы Arduino. В целом данный набор произвел на автора смешанное впечатление. В набор входят как достаточно сложные датчики, так и совсем простые конструкции. И если в случае наличия на плате модуля токоограничительных резисторов, светодиодных индикаторов и т.п. автор готов признать полезность подобных модулей, то небольшая часть модулей представляет собой одиночный радиоэлемент на плате. Зачем нужны такие модули, остается непонятным (видимо крепление на стандартных платах служит целям унификации). В целом набор является неплохим способом познакомиться с большинством широко распространенных датчиков, применяемых в Arduino проектах.