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.
Ich sehe das wie Harald. Du unterschätzt die Reichweite der Störer. Bei Option "Hightower Messung" - vorsicht vor Skalenüberschreitung... https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwi4j-jkzNTXAhVm4oMKHVLoDqUQtwIIJzAA&url=https%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3D27TBWKOgvW8&usg=AOvVaw1aJ6E6dcwnthGdkrEXkWVV
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.
Du hast recht, danke euch für eure Hilfe. Werde bei Gelegenheit den Aufbau und die Ergebnisse hier rein stellen.
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