mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik kapazitiver Näherungssensor


Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich hab mir ne kleine Schaltung gebastelt, welche Kapazitätsänderungen 
erfasst. Am Ausgang kommt eine Frequenz raus, welche ich im µC auswerte. 
Berührt man den "Sensor", so ändert sich die Frequenz. Funktioniert 
recht gut.
Jetzt möchte ich eine Stufe weitergehen und einen Näherungssensor 
basteln. Dabei möchte ich die ursprüngliche Schaltung so lassen, wie sie 
ist, und lieber mal Richtung "Sensordesign" gehen, wegen dem Lerneffekt 
:)
Nur leider klappts nicht so richtig, ich hab schon versucht, auf ner 
Streifen-Lochrasterplatte den Sensor zu realisieren (alle Reihen 
kurzgeschlossen) und das auf den Eingang zu geben, aber es ändert sich 
kaum was. Auch wenn ich GND mit in die Nähe bringe, tut sich nur 
marginal was. Also ist wohl mein Sensoraufbau murks. Hat mir jemand 
einen Tipp, wie man das machen kann?
Ich hab schon Cypress, QTouch etc. abgeklappert, aber die haben entweder 
nix über Näherungssensoren, oder dann eben zugeschnitten auf deren 
Systeme :(

Das Ziel wäre ein möglichst kleiner Sensor, der einen Finger auf 30-50mm 
erkennen kann.

Michael

Autor: Mike J. (emjey)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Probier mal folgendes:
- 1. 3. 5. usw. Streifen der Streifen-Lochrasterplatine mit Masse
und
- 2. 4. 6. usw. mit dem Eingang verbinden.

Ich weiß nicht ob das geht, aber du änderst die Dielektrizitätszahl des 
Kondensators wenn du mit dem Finger in das Feld kommst und somit die 
Kapazität.

Autor: Joe (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Normalerweise ist das kapazitive Messystem nicht wirklich gut
geeignet um einen Näherungssensor zu realisieren, egal ob atmel oder 
cypress.
Generell geht das wie folgt:
- Näherungssensor ist ein sehr sensibler Qtouch key
- Die Elektrode muß groß sein, je größer, desto sensitiver
- Tune den Sample Capacitor bis ein "Key press" bei gewünschter
  Reichweite stattfindet
- Ist weniger stabil als ein normaler (Fingerkappen-großer) Sensor
- Typischerweise sind die Bursts länger (mehrere tausende Zähler)
- Deswegen sehr sensibel auf Noise

Eigentlich lässt sich sehr einfach damit rumspielen. Lad dir von der 
Atmel Seite die TouchStone library herunter, besorg dir ein paar
AtTiny88 oder Atmega88 samples und mach dir nen Layout.
Wie gesagt, es funktioniert, aber diese Technik ist nicht dazu gedacht 
einen Näherungssensor nachzubilden.

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

danke euch beiden für eure Antworten.

@ Mike J.:

Das mit der mäanderförmigen Anordnung hab ich probiert, klappt irgendwie 
auch nicht so recht.
Ich denke, die Dielektrizitätszahl muss (drastisch) erhöht werden, damit 
sich bereits auf Entfernungen > einige mm die Kapazität merklich ändert. 
Bisher hatte ich ja quasi nur Luft zwischen der "Antenne" und GND.

Das würde evtl. auch zu einem Demoboard passen, mit dem ich mal auf ner 
Messe gespielt habe. Die Schaltung dort machte das genauso wie meine. 
Dort war bereits eine bedruckte Folie auf dem Sensor. Ich nehme an, dass 
die Folie eine Auswirkung auf die Dielektrizität hatte. Bei langsamem 
Annähern an die Taste konnte man bereits ab 20mm eine Änderung erkennen. 
Ich werd mal gucken, was passiert, wenn ich Folien verwenden (Versuch 
macht kluch :)

@Joe:

Ich schaue mir die Atmel-Unterlagen an, danke. Auch die Unterlagen 
anderer Hersteller guck ich noch durch, vielleicht find ich noch ne 
Möglichkeit.

Michael

Autor: Mike J. (emjey)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vor 2 Wochen hatte ich einen Versuch durchzuführen, dabei bestimmten wir 
die Induktivität und die Kapazität eines Trimmpotis.
Das war so ein großes DDR Teil bestimmt 30cm lang und wenn man sich mit 
der Hand dem Gehäuse näherte konnte man deutlich sehen dass der 
kapazitive Anteil deutlich zunahm.
Allerdings war es erst richtig deutlich wenn man die Handfläche nur 
wenige cm bis mm davon entfernt rangehallten hat, also von 30p auf 180pF 
!

Wie machst du das?
1. Kamm auf Masse
2. Kamm entladen über I/O-Pin und laden über einen großen Widerstand?

Dann prüfst du mit einem I/O-Pin ob die Spannung auf VDD/2 gesunken ist.

(so wie es Elm-Chan macht)
http://elm-chan.org/works/capsens/report_e.html

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Wie machst du das?
Mein Schaltung gibt entsprechend der Kapazität ne Frequenz aus. Im µC 
werte ich die Frequenz über einen bestimmten Zeitraum aus, ich zähle 
quasi die Flanken. Habe ich weniger Flanken, ist ein Objekt in der Nähe 
(Objekt = größere Kapazität = kleinere Frequenz).

Die Streifen-Lochrasterplatte reagiert auf (sehr)grob geschätzte 
50-70mm, bei Verwendung der Handfläche, Finger probier ich später 
nochmal.
30x30mm Alufolie an den Eingang reagiert auch schon, ist aber alles grad 
Schnellschuss und nur zum Spielen. Optimierung folgt :)

Michael

Autor: Andreas K. (derandi)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein Schwingkreis mit der Benutzer-Kapazität wär vielleicht mal eine 
Idee, zumindest meine kleine Teslaspule reagiert schon auf annäherung 
<20 cm mit merklicher Verschiebung der Resonanzfrequenz.
Ok, Manko: bei angenommen 100 pF Kapazität der Messelektrode zur 
Umgebung werden wohl Resonanzfrequenzen bei rund 1 MHz nötig sein...

Autor: beginy (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo
Also 30- 50 mm "Schaltabstand" auf einen Finger halte ich für 
illusorisch.
2 - 3 mm sind schon viel, aber machbar.
Habe mal einen kap. Sensor gebaut, der aus einem kleinen Messing- 
Becher, ca. 30 mm Durchmesser und 10 mm Höhe bestand. Der Deckel dieses 
Bechers
war eine Cu- kaschierte runde Platine mit einem offenem Rand von ca. 1 
mm
zum Becher. An den Becher kam die Masse, an die Platine das heiße Ende 
eines
Oszillators, der so gegengekoppelt war, dass er gerade nicht schwang.
Beim Annähern eines Gegenstandes (z.B. Hand) mit einer 
Dielektrizitätskonstante größer als Luft, begann der Oszilator zu 
schwingen.
Dieses Schwingen habe ich dann ausgewertet.

Autor: JetztAber (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>30- 50 mm

Dazu sollte man sich eine Feldgeometrie erzeugen, die auch so weit 
reicht. Und dort sollte der Finger noch eine signifikante Aenderung des 
Feldes hervorrufen.

Autor: 555 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie lang hast du deine Streifen des Lochrasters gelassen? Komplette 
Länge der Platine?

Gruß
555

Autor: Michael (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Wie lang hast du deine Streifen des Lochrasters gelassen? Komplette
> Länge der Platine?
Ja. Jeweils abwechselnd GND und Sensor. Hat zwar prinzipiell 
funktioniert, ist aber riesig.

Michael

Autor: 555 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dann bekommst du wahrscheinlich eine ziemlich große Grundkapazität. Die 
Änderungen bei der Näherung belaufen sich ja im wenigen pF-Bereich. Wenn 
du ein Kapazitätsmessgerät hast, versuch deine Grundkapazität auf ca 
50pF zu bekommen, da lässt sich die Sache eigentlich gut handlen.

Du musst halt was experimentieren. Je kleiner deine Grundkapazität ist, 
desto mehr Wirkung hat deine Näherung.

Was du auch mal probieren könntest, bring mal auf die Rückseite des 
Rasters die Massefläche an und halte diese dann klein gegenüber deiner 
Sensorfläche, damit deine Grundkapazität nicht zu groß wird. Probier mal 
10 x 10 Löcher oben als Sensor und auf der Rückseite eine kleine 
Massefläche. Das Thema ist halt nicht trivial. Es kann auch sein, dass 
bei Streifenraster die Kupferflächen zu dick sind und das sich das evtl 
negativ auswirkt.

Gruß
555

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Dicke der Kupferstreifen (1+2) wird es wohl eher nicht sein, aber 
ANORDNUNG und das Basismaterial könnte entscheidend sein.

Nicht so 1212121212 sondern 11111 22222 ?

Die statische Aufladung sollte man bei solchen Experimenten auch im Auge 
behalten. Besonders wenn die Luft unter 40% rel. Luftfeuchte hat, ist 
die statische Aufladung bösartig.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.