Guten Tag liebe Gemeinde,
ich bin mir nicht sicher, ob ich hier richtig bin, doch ich hoffe ihr
könnt mir helfen!
Für ein Schulprojekt möchte ich ein Sicherheitssystem entwickeln,
welches die Annäherung von Personen an eine Große Oberfläche kapazitiv
wahrnimmt (39qm). Dazu wird die Oberfläche mit einer Sensor-Anode und
Sensor-Kathode bedruckt. Nun habe ich den Arduino Controller benutzt und
das ganze über eine anliegende Frequenz gelöst, doch ist dies aufgrund
des relativ hohen Stromverbrauchs suboptimal, zumal ich befürchte, dass
die Fläche zu groß sein wird (im kleinen Format funktioniert es. Auch
die Laufzeit des Systems ist so zu gering.
Ich würde gerne den "Kondensator" sättigen, also aufladen, wenn sich
jetzt eine Person nähert würde ich gerne den Strom messen, der bei
Erhöhung der Kapazität fließt. Habt ihr da Ideen welcher Controller oder
welche Schaltung für solch ein Projekt in frage kommt? Auch sind andere
Anregungen gewünscht wie das ganze realisieren kann.
Vielen Dank euch und LG David!
Naja. Es gibt Kapazitaetsmess Controller die koennen 10-20pF messen. Nun
muss man einfach in diesem Bereich liegen.
Eine Kapazitaet saettigen ... was soll das ? Das wird je nach Material
sowieso schwierig. .. und bringt eigentlich nichts. Wie und wozu
moechtest du das denn ausnutzen.
Auf Grund von Störungen wird die Messung des Stromes, um den Kondensator
auf konstanter Spannung zu halten eher nicht so gut funktionieren. Dazu
kommt, dass man nur relativ schnelle Änderungen der Kapazität erfassen
kann.
Die Version mit Wechselspannung am Kondensator und dann messen des
Stromes (oder Ladung) zum Umladen (oder ähnlich) ist schon
vielversprechender, weil die Messung sozusagen dauernd wiederholt wird
und so Störungen besser unterdrückt werden können. Mit 2 Elektroden
würde man wohl eine Elektrode mit Wechselspannung versorgen und an der
anderen Elektrode die Induzierte Spannung der den Strom / bzw. Änderung
der Ladung messen.
Es gibt heute schon wirklich sparsame OPs für so etwas.
Bei einer so großen zu überwachendenden Fläche wäre zu überlegen die zu
unterteilen, damit die Relative Änderung der Kapazität größer wird.
Also zur Technik:
Zum Messen von Kapazitäten (auch <1pF) kann man gut die CTMU von
PIC-Controllern verwenden:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/30009743b.pdf
Es gibt viele PICs mit CTMU, ein Beispiel ist der PIC24FJ128GC006.
Der Controller hat mehrere Konstantstromquellen (550nA-550µA), die sich
im Chip mit dem ADC und Timern koppeln lassen. Man kann den Kondensator
über eine definierte Zeit laden, und dann die Spannung messen. 550nA
sind sehr wenig, und da sich die taktgenau steuern lässt, ist die
Auflösung recht hoch.
Das klappt von 100fF bis 100µF recht gut. Ich habe mir ein
Kapazitätsmessgerät damit gebaut, das gut funktioniert.
Auch für Erkennung von kapazitiven Tastern taugt die CTMU. Ich konnte
sogar mit einer zweipoligen Leitung eine Berührung erkennen :-)
Ob es für dein System die günstigste Lösung ist, kann ich dir nicht
sagen.
Zum Konzept:
Ich muss leider sagen, dass ich skeptisch bin.
Grund:
Du musst die Kapazität einerseits mit winzigen Strömen laden,
andererseits hast du gewaltige Störungen drauf. Da ist mal der
50Hz-Brumm, aber auch andere elektische und magnetische Felder.
Bei einer Platte von mehreren m² wird das problematisch werden.
Es wird zumindest nötig sein, das Ganze gut zu schützen.
ESD-Schutzdioden und Serienwiderstände fallen mir da ein.
Es gibt fertige chips wie den AD7745, die koennen bis 20pF oder so
messen, und die messen mit 50Hz Unterdrueckung, 24bit. Je nachdem
asymmetrisch, oder symmetrisch.
Vielen Dank, für die Antworten.
Da das Alarmsystem im Freien eingesetzt wird, z.B. an Zeltplanen, denke
ich nicht, dass ich dort so enorme Störungen haben werde.
Ich habe es mir nun so gedacht, dass ich eine "Lowpower Messung" habe,
die einen Strompeak misst, durch Erhöhung der Kapazität, was Wiederrum
die "Hightower Messung" auslöst, die Frequentiell arbeitet, um genauere
Messungen vornehmen zu können.
Wie ich das ganze realisieren soll, weiß ich nur noch nicht so ganz
genau. Für die Strommessung werde ich wohl mit sensiblen Hall-Sensoren
arbeiten. Da die Kapazität bei 39qm sehr hoch sein wird, brauche ich
eine Schaltung, die den Kondensator unabhängig von der Messeinheit in
Sättigung bring...
Für weiter Anregungen wäre ich weiterhin sehr dankbar.
David W. schrieb:> Da das Alarmsystem im Freien eingesetzt wird, z.B. an Zeltplanen, denke> ich nicht, dass ich dort so enorme Störungen haben werde.
Das sieht Du falsch. Es ist zwar grundsätzlich möglich, kleine
Ströme und Kapazitäten zu messen, aber das macht man typisch im
Labor, wo es u.a. ein Computer- und Handyverbot gibt. Bei Deinem
Konzept werden die Störsignale grösser als die Nutzsignale sein.
David W. schrieb:> Vielen Dank, für die Antworten.>> Da das Alarmsystem im Freien eingesetzt wird, z.B. an Zeltplanen, denke> ich nicht, dass ich dort so enorme Störungen haben werde.
Naja, dann glaub mal schön. Ich weiß, dass es so ist. Da sind zumindest
mal die 100V/m E-Feld der Erde. Das ist schon mal nicht konstant. Dann
wäre da noch Funk und Co.
Spätestes beim ersten Gewitter darfst du dir Gedanken um Schutz machen.
Indirekter Blitzschlag.
Was low power angeht:
Das ist mit der CTMU überhaupt kein Problem. Die PICs mit CTMU können
meist mit wenigen µA laufen, und beherrschen meist ulta Low Power - d.h.
Sleep mit <1µA ist kein Problem. Die Messung an sich ist auch sehr
sparsam. Die Stromquelle hat nur 550nA hat, und sehr kurz in Betrieb
ist.
Das Low-Power-Kapazitätsmessen ist sogar der Haupteinsatzzweck der CTMU.
Denk an Buttons - dafür ist das eigentlich gedacht.
Was die Ströme angeht:
Wenn du unbeding genau extrem kleine Ströme messen willst, wäre
eventeull ein Transimpedanzverstäker sinnvoll. Damit kann man nA messen.
Der OPV, der das kann, wird dir mehr Strom saufen, als die CTMU.
Also, ich baue z.B. das Zelt auf, schalte die Anlage ein, diese
Kalibriert sich auf den Wert der Kapazität die genau an diesen Ort
herrscht, was auch die veränderten Werte durch Funk beinhaltet, diese
Kalibrierung kann in gewissen abständen erneut erfolgen, um veränderte
werte durch die z.B. Luftfeuchtigkeit zu berücksichtigen.
Meint ihr nicht, dass ein Mensch der sich nun nähert, einen Größeren
Einfluss auf das ganze System hat, als Funkwellen etc.? Das ganze kann
man ja so einstellen, dass das System nicht all zu empfindlich reagiert,
oder sehe ich das falsch?
Die CTMU habe ich schon bestellt, danke dafür.
Nachtrag: Das mit dem Gewitter ist dann denke ich ein viel Größeres
Problem. Aber wer Zeltet auch schon bei solch einen Wetter :)
David W. schrieb:> Also, ich baue z.B. das Zelt auf, schalte die Anlage ein, diese> Kalibriert sich auf den Wert der Kapazität die genau an diesen Ort> herrscht,
Ich denke, Du solltest nicht weiter fragen, sondern es einfach
ausprobieren. Sei aber nicht allzu enttäuscht, wenn es nicht
funktioniert.
