Extrem billiger kapazitiver Näherungssensor

[FeiaDragon]

Hey!

hab mal wieder was ;)
als wir neulich ein bisschen phantasiert haben was man alles machen könnte hatten wir die Idee einen kleinen Touchscreen zu bauen...

nach ein bisschen nachdenken und lesen der beiden Appnotes von microchip ( eins (http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01101a.pdf) und zwei (http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01102a.pdf) ) ist mir aufgefallen das die interne Schaltung des NE555 ja irgendwie ähnlich aussieht.

Nach ein weiterem rumprobieren kam ich auf diese Schaltung:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/album_pic.php?pic_id=2250

>>VIDEO<< (http://www.youtube.com/watch?v=xhX7_FgAGZs)

Überraschenderweise funktioniert die beeindruckend gut - wie im Video zu sehen ist sind kurze Abstände bei geringen "Belichtungszeiten" kein Problem, ich hab aber auch schon bei Entfernungen von 30-50cm von meiner Hand messbare Ergebnisse bekommen (allerdings dann mit langen "Belichtungszeiten")

Wies funktioniert:
Die Metallfläche dient als Kondensator, der immer hintereinander auf und entladen wird.
Je nachdem wie groß seine Kapazität ist (ein Finger in der Nähe erhöht die Kapazität!) dauert das eine bestimmte Zeit - und dieser Frequenzunterschied im Laden und entladen lässt sich messen.
So wie die Schaltung oben aufgebaut ist schwingt sie ohne Finger bei ca. 500kHz (Maximalwert des NE555) und mit Finger in der Nähe wirds weniger, durch eine CD waren es ca. 476kHz, also ungefähr 5% Abweichung.

Diese Frequenz kann man mit einem µC relativ einfach messen...einfach nen Timer dran und gucken wieviele Schwingungen nach welcher Zeit gemessen wurden.
Was man als Tastfläche nimmt ist eigentlich relativ egal, wie im Video zu sehen hab ich öfters einen Piezosummer genommen weil es das einzige metallische von meinen Sachen war das ein Kabel dran hatte ;)
Das auch kleinere Flächen funktionieren sieht man ja an der Reißzwecke vom Video.

Die Empfindlichkeit wird durch eine ziemliche Menge an Parametern beeinflusst:
- Größe des Tastkopfs - größer = empfindlicher
- Frequenz der Lade/Entladeschaltung - höher = empfindlicher
- die Dielektrizitätskonstante der Abdeckung - höher = empfindlicher (zB Glas > Plexiglas)
- die Kapazitäten von der Schaltung - je größer der Kapazitätsunterschied je besser. D.h. mein Steckbrett ist alles andere als Ideal ;)
- die "Belichtungszeit" - je länger man Schwingungen zählt desto stärker fallen verschiedene Frequenzen auf -> länger = empfindlicher

Ich bin mir ziemlich sicher das man das ganze noch ziemlich stark optimieren kann, z.B. durch Aufbauen des ganzen auf Lochraster statt dem Steckbrett.


Ich glaub ich muss keine Beispiele geben was man damit machen kann, aber von einfachen Tastern über Touchscreens (an alle mit den drehenden Uhren...was haltet ihr von einem Touchscreen? ;) ) ist die Bandbreite extrem hoch, dieser Aufbau kostet weniger als 1€...

Also - wenn mir noch was einfällt ergänz ich das noch, ansonsten fragt einfach :)

Viel Spass damit,
Kai

[PICture]

Hallo FeiaDragon!

Warum so komplieziert? Es geht doch nur mit einem Schmitt-Trigger Inverter und einem Widerstand (siehe Code). Theoretich mit einem IC (6-facher Inverter z.B. 74HC14) in SMD hätte ich das ganze für 6 Sensoren vermutlich viel kleiner und billiger. Praktisch werden sich aber die Sensoren wahrscheinlich gegenseitig stören.

MfG
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[Besserwessi]

Zumidestens bei den AVR Controller kann man das auch ganz ohne externes IC machen, wenn auch nicht so empfindlich. An einen Eingangs pin eine Widerstand von etwa 1 Mohm gegen GND und die Fläche für den Berührungslosen Taster anschließen. Nach dem umschalte von Ausgang+High auf Eingang einfach sehen ob der Eingang schnell umschaltet (< ca. 1 µs) oder etwas länger braucht. Gegen Störungen das ganze 3-7 mal wiederhohlen. Das sollte schon reichen für eine Taste. Zwischenwerte gibts so swar nicht, dafür auch weniger Funkstörungen.

[PICture]

Hallo Besserwessi!

Einfacher geht es wirklich nicht mehr! :)

Bei deiner perfekter Lösung braucht man die Frequenz gar nicht messen und kommt man ohne Timer aus, das merke ich mir sicher.

MfG

[Besserwessi]

Ist nicht original meie Idee, ich glaube ich habe sie da her:
http://elm-chan.org/

Allerdings ist diese methode etwas empfindlich auf Störungen. Es geht also vor allem wenn die Schaltung geerdet ist. Deshalb auch der hinweis auf ein paar mehr Messunge. Das schöne ist, das die zu messende Zeit im Bereich von ein paar µs ist, also kurz genug für eine Warteschleife.

[PICture]

Solche einfache Näherugssensoren sind generell empfindlich auf Störungen und ich glaube nicht, dass durch Frequenzmessen o.ä. besser seien könnte.

Wenn man solchen Sensor in der Nähe von Stromleitungen (z.B. zu Hause) benutzt, ist man nie ganz sicher auf was er eigentlich reagiert, weil oft auf die 50 Hz aus dem Netz.

MfG

[Gock]

Hi!
Es mag zwar sein, dass alles viel, viel einfacher geht und die Idee ist vielleicht auch nicht die Neueste, aber ich halte die Darstellung im Thread wie auch das Video sowie die Erklärung des "Experiments" für sehr gelungen.
Wenn Du jetzt tatsächlich noch etwas über die befürchteten Störungen oder deren Unterdrückung sagen könntest, würde das die Sache noch vervollständigen. Denn wie schon erwähnt können Wechselfelder in der Näher der Platte und sogar schon Luftfeuchtigkeitsschwankungen sehr unangenehme Störquellen sein.
Diese sind auch der Grund dafür, warum man zuverlässige Industriesensoren samt Auswertung nicht für unter 300€ bekommt.
Gruß

[Ozzy]

Moin,

hier ist so etwas übrigens auch noch einmal beschrieben (außerdem eine sehr coole Seite): http://www.dietmar-schroeder.de/schaltungstechnik.html#kanmi2

MfG, Ozzy

[FeiaDragon]

mmh, das es so viele einfacher geht hätt ich jetzt nicht gedacht *g*

aber für meine geplante anwendung brauchen wir zumindest einen abstand von mehreren mm luftspalt und ein bisschen glas.

mmh...das mit den störungen werd ich nachher mal ausprobieren.