Berührungssensor mit Metallplatte

Wie soll ich das Problem leicht verständlich aber unmissverständlich und genau beschreiben?

Ich suche eine Schaltung wie man sie von Fussgängerampeln kennt. Einfach eine Fläche berühren und es wird was geschaltet.

Vorweg. Die Suche im Forum hat nichts ergeben. Alle 117 Suchtreffer behandeln nicht das was ich meine.

Ich habe eine Metallplatte (12cm X 12cm) die bei Berührung oder Annährung (kleiner als 5cm) eines menschlichen Fingers (von mir aus kann es auch die Nase, ein Fuß oder sonstwas sein) einen Schaltvorgang auslösen soll.
Auf die Platte kann kein Druck ausgeübt werden um den Vorgang auszulösen.
Und die Platte kann nicht gegen Kunststoff ausgetauscht werden um es irgendwie umzubauen.
Es kann auch keine Metallfolie übergezogen werden um bei direkter Berührung was zu schalten.

Die Schaltung die ich dafür z.Zt. verwende ich bei der Größe der Berührungsfläche zu empfindlich.

Erschwerend dazu kommt, das hinter der Platte eine EL-Folie leuchtet die etwas 'stört' Der Inverter für die Folie ist auch hinter der Platte.

Auf die Folie kann nicht verzichtet werden. Und die Sensorfläche kann nur die metallische Fläche von 12cm X 12cm sein.

Hat jemand eine Idee bzw. kennt eine Schaltung für sowas?

Es geht um das Thema kapazitiver Berührungssensor. Ich sehe mal nach welche konkreten Beispiele es dazu gibt.

Speziell auf der Sensor2005 Nürnberg war eine Demonstration von einem Sensorfeld das auch den Raum von 10cm vor den Sensoren erfasst hat.

Die reinen Schalter sind weniger empfindlich.
Manfred

Zitat:

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Es geht um das Thema kapazitiver Berührungssensor.

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Genau. Aber halt nicht um zwei Elektroden auf einer Plastikscheibe.
Und ich suche eine einfache nachzubauende Schaltung.
In etwa sowas wie der offene Eingang eine MOS-IC, den man mit den Fingern berührt und der Ausgang umschaltet. Nur etwas zuverlässiger.

Grundsätzlich ist es eine Kapazitätsmessung einer Platte gegen Erde. Man braucht für eine empfindliche Version die zweite Platte nicht, die Rückleitung geht dann über Erde.

Im Gegensatz zum offenen MOS Eingang der mit der Brummspannung funktioniert wird bei einem besser reproduzierbarem Verhalten eine hochfrequente Spannung geringer Amplitude an die Platte gelegt und es wird die Kapazität bestimmt.

Ich könnte mir vorstellen, dass für eine empfindliche Version auch die Platte mit ihrer Grundkapazität (ohne Berührung) mit einer Spule in Resonanz ist und die Verstimmung durch die Amplitude, Phase oder Frequenz bestimmt werden kann.

Eine Schaltung dafür habe ich jetzt nicht, sie dürfte aber nicht sehr kompliziert sein. Ich habe mal die Kurzbeschreibung des 2D Sensors zum Bericht der Sensor 2005 ergänzt.
Manfred
https://www.roboternetz.de/phpBB2/vi...=109554#109554

Ich hänge mal den Schaltplan an.
So funktioniert das eigentlich wunderbar. Aber je größer die Sensorfläche wird, desto eher kippt der Ausgang willkürlich.
Und bei den 12X12cm (und den Störungen des EL-Inverter) habe ich kein Signal mehr, das man auswerten kann.

Zitat:

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So funktioniert das eigentlich wunderbar.

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Die beste Schaltung ist ja die, die funktioniert.
Reicht der Einstellbereich des Potis aus oder suchst Du noch nach einer Schaltung mit der Du die Parameter über einen weiteren Bereich einstellen kannst?
Manfred

Ich suche im Prinzip eine zuverlässigere Schaltung. Ein größeres Poti scheint auch nichts zu bringen.
Auch wenn der EL-Inverter aus ist, habe ich am Ausgang einen nicht nachvollziehbaren Wert. Entweder 0V (was ja meistens auch gewünscht ist) oder 5V (obwohl niemand wo angefasst hat) oder Spannungen um 3V (als ob jemand kurz vorm berühren ist)
Es mag ja sein, das eine andere Frequenz helfen könnte. Ich habe aber auch kein Oszi um mal zu schauen was da eigentlich vor sich geht.

Am liebsten wäre mir eine andere Schaltung als diese noch mehr zu modifizieren.

Ich möchte den Beitrag zum Wochenende hin nochmal hochschieben in der Hoffnung das er bis Sonntag Abend nicht wieder in Vergessenheit geraten ist ;)

Ohne Oszilloskop wäre ich mir auch unsicher, speziell wegen der Störungen.
Ich hoffe die aktuelle Schaltung, die ich auch gerade noch mal kurz erprobt habe ist sicherer.

Es handelt sich um zwei gleiche Oszillatoren, die aus Gattern auf dem selben Chip aufgebaut sind. Es ist jeweils ein mit 100kOhm gegengekoppelter Inverter und eine dynamische Mitkopplung die bei gleicher Kapazität auf gleicher Frequenz, 100kHz, schwingen.

Bild hier  

100kOhm sind (hoffentlich) niederohmig genug, um elektrische Störungen von außen klein zu halten und groß genug, um mit der kleinen Kapazität, die ja durch Berühren geändert werden soll, eine saubere Schwingung zu erzeugen.

Die Kapazität des oberen Oszillators ist von 33pF auf 27pF verringert. Die Frequenz erhöht sich damit um ca. 20% (nicht ganz wegen der Streukapazität). Über 100pF wird die Berührplatte angehängt. Vergößert sich nun die Kapazität um mehr als 6pF, dann wird die Frequenz kleiner als 100kHz und der Phasenkomparator 2 des 4046 zeigt dies als konstanten Pegel an. (Der PhC II des 4046 mit seinem Frequenzvergleich ist das Besondere an der Schaltung.)

In störungsarmer Umgebung läuft die Schaltung recht sicher, die Störungen wirst Du schon noch dazu bringen.
Manfred

Vielen Dank!

Ich denke mal der Kondensator zwischen Schalter und Erde stellt die Berührungsplatte dar?!

Mal schauen ob ich eine 4046 in meiner Bastelkiste habe, dann kann ich dir morgen sagen ob es geklappt hat.

Schön, der 4046 hat die Funktionen für einen PLL, der Phasenkomparator 2 ist aber so gut, dass es sich lohnt ihn nur deshalb einzusetzen.
Der Baustein ist in der CD40xx Reihe und kostet nur 0,31€, (das war sicher klar).
Manfred

Wie sollte es auch anders sein, einen 4046 habe ichnicht. Dafür aber hunderte von anderen ICs, die kein Mensch braucht :(

Ich habe mir mal das Datenblatt runtergeladen. Ich denke die 4001 werden an 3 und 4 angeschlossen. Aber was ist der eigentliche Ausgang? Was kommt an 14?

Es ist zwar im Prinzip eine einfache Schaltung, wie ich sie mir gewünscht habe, aber nur mit dem Blockschaltbild komme ich nicht weiter.
Oder sind 3 und 14 der Eingang?

Kann man den 4046 nicht auch mit einem AVR ersetzen? Wenn ja, welche Funktion ersetz die des PhC2?

Bild 1 Block Diagramm
Eingang von PhC II: 3, 14
Ausgang von PhC II: 13
(4 ist ein Ausgang der bleibt unbeschaltet)

Bild 2 Zeigt die Zustandsdiagramme der Phasenkomparatoren PhC I und PhC II.
PhC I ist die EXOR Funktion die hier nicht geeigent ist.
PhC II ist etwas komplexer.
Manfred

http://www.fairchildsemi.com/ds/CD/CD4046BC.pdf

Zitat:

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PhC II ist etwas komplexer.

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Und nicht durch einen AVR ersetzbar?

Es steht Dir frei das Konzept inklusive der Wahl der Widerstände, Kapazitätswerte und Frequenzen, immerhin Phasenvergleich bei 100kHz, durch den Einsatz eines Controllers aufzurollen.

Zitat:

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(Der PhC II des 4046 mit seinem Frequenzvergleich ist das Besondere an der Schaltung.)

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Man würde die 0,31€ für den 4046 sparen und zwei Zähler zum heruntersetzen der Frequenz vor den Controller schalten, könnte das ganze dann SW-mäßig lösen. Wie das dann im einzelnen geht kann man wohl auch im Projekt LKW-Maut studieren.

Also gut, wenn Du mir sagst welche Bauteile Du da hast, kann Dir vielleicht damit eine Schaltung für den Zweck zusammenstellen. O:)
Manfred

Ich will ja nicht mit aller Gewalt 31Ct sparen. Der AVR alleine schon kostet mich ja mehr. Es geht um die Zeit. 1. Braucht Reichelt ein paar Tage bis der IC geliefert wäre. 2. Liefern die nicht nur für 31Ct. Und 3. Wäre ich frühstens nächste (nicht die kommende, die danach) Woche in der nähe von Reichelt als das ich da vorbei fahren könnte.

Ich schau mal, was ich so an ICs in Stangen hätte. Ein paar andere hätte ich noch lose rumliegen oder könnte sie von Platinen ablöten.

4035
74F240
40788
4164
74HCTLS32
74S257
74S51
74S405
74ALS962
4025
74S112
74F395
4042
Davon jeweils mind. 10 St.

Den 40788 habe ich schon gefunden.

Ernsthaft, es wird ein MOS Eingang sein der durch 10pF beeinflußbar ist.

Es gibt 2 Wege:
Entweder, das wäre lehrreich, den Phasenkomparator für 2 Oszillatoren mit Gattern nachbauen, allerdings mit 3-state.
Oder wie in der ersten Schaltung ein Laufzeitglied nehmen und mit DFF den Phasenvergleich durchführen.
Was war dabei die Schwierigkeit? War die Frequenz zu tief?
Manfred

Den 40788 bitte in M ;)

Zitat:

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Entweder, das wäre lehrreich, den Phasenkomparator für 2 Oszillatoren mit Gattern nachbauen, allerdings mit 3-state.

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Das wäre auf jeden Fall lehrreich. Ich hab nur keinen Plan wo ich anfangen soll ;)

Zitat:

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War die Frequenz zu tief?

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Keine Ahnung. Aber mit kleineren Sensorflächen geht es.

Beim Durchgang der vorhandenen MOS Bausteine habe ich keinen 3-state gesehen, deshalb habe ich eine Lösung mit Delay ausprobiert. Gegenüber der Lösung mit 4046 werden ein paar mehr Komponenten benötigt.

Ich hoffe die Schaltung ist leicht nachvollziehbar.
Ein Oszillator mit ca. 50kHz wirkt auf zwei Verzögerungsschaltungen die gleich aufgebaut sind. Ein Tiefpass mit 100kOhm 22pF wird verglichen mit einem Tiefpass aus 100kOhm mit der Kapazität der Platte und der Platte mit der berührenden Person. Die Spannung am Tiefpass wird von jeweils einem Komparator mit dynamischer Mitkopplung ausgewertet.

Bild hier  

Der Wert 22pF wurde in der Messschaltung als Wert mit dem besten Störabstand ermittelt. Gleicher Verzögerungsabstand zu Berührung auf der einen und Nichtberührung auf der anderen Seite.

Die beiden Flanken werden am Latch verglichen und es ergibt sich ein konstanter Pegel je nachdem welcher Wechsel zuerst eintritt. Die aktive Flanke ist am 4042 über Zusatzeingang frei wählbar, beliebig aber konstant.
Manfred

Mit Geld und guten Worten kann man sich dafür ja garnicht bedanken. Deshalb probiere ich es auch erst garnicht :D

Nein, im Ernst. Vielen Dank für deine Mühe. Ich werde aber wohl erst zum Ende der Woche dazu kommen, das nachzubauen.

Es ging halt gerade gut und ich wollte es schon selbst wissen. Wie groß die Kapazität der Platte bei Deinem Einbau ist kann ich nicht beurteilen, da muß man mit den 22pF noch ein bisschen optimieren.

Berichte bitte wenn Du weitermachst.
Manfred

es ist jetzt schon etwas her, aber vielleicht kannste noch etwas von der seite gebrauchen:
http://www.discovercircuits.com/C/capacitance-sw.htm

charly... hast du dein problem gelöst? wenn ja, wie?

man siehe auch hier:
www.analog.com/cdc/