Kapazitiver Taster einer Ampelsteuerung

[Jonathan (jonathan_v)]

Guten Morgen!

Im Rahmen meines Hobbies bin ich an zwei Ampelanforderungstaster 
gekommen - die Modelle mit einem kapazitiven Touch/Sensor-Taster und 
roter Quittierungs-LED.

Ich möchte gerne ein solches Modell als Türklingel umfunktionieren, 
sofern meine Frau das zulässt ;)

Ich kenne diese kapazitiven Touch-Sensoren vom ESP32 und/oder dem TP223, 
aber die Modelle aus dem Straßenverkehr funktionieren offenbar etwas 
anders. Ich habe das Schaltbild mal angehängt.

Was mich verwirrt: Der Sensoreingang A1 wird mit einer Spannung (24V) 
versorgt, damit die interne Logik für den Touch-Sensor funktioniert. 
Wird der Sensor betätigt, wird aber eben genau dieser Eingang A1 
kurzgeschlossen(?). Zumindest deute ich das aus dem Schaltbild, da der 
Schalter im Bild zwischen den beiden gleichzeitig spannungsführenden 
Kontakten untergebracht ist. Anbei auch ist auch noch ein Hinweis 
abgedruckt:

> Niemals Betriebsspannung ohne Last direkt an den Tasterausgang anlegen. Wie bei 
jedem mechanischen Kontakt würde das zu einem Kurzschluss führen und einen Defekt 
verursachen. Elektrisch ist der 2-polige Sensortaster wie ein normaler 
Schaltkontakt anzuschließen.

Das heißt, in einer normalen Verkehrssituation legt der Schaltschrank 
Spannung auf den Sensor und "erkennt", wenn dieser "kurzgeschlossen" 
wird durch Berührung?

Mein Ziel ist, diesen Taster mittels ESP32 und ESPHome umzurüsten, aber 
ich habe aktuell noch keine Idee, wie ich diese Funktionsweise 
übernehmen könnte ohne meinen eigenen Touch-Sensor unterzubringen. Die 
Kupferfläche des Sensors via ESP32 Touch Pins zu verwenden habe ich 
probiert, die Ergebnisse sind allerdings viel zu ungenau um sie zu 
verwenden.

Ich freue mich auf eure Ideen! :)

Beste Grüße
Jonathan

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Jonathan schrieb:
> Das heißt, in einer normalen Verkehrssituation legt der Schaltschrank
> Spannung auf den Sensor und "erkennt", wenn dieser "kurzgeschlossen"
> wird durch Berührung?

So ist das. Du legst z.B. ein 24V Relais (mit Freilaufdiode) in Reihe 
mit dem Taster und das Relais wird aktiviert, wenn der Taster gedrückt 
wird.
Das Relais muss unter 100mA ziehen und mehr als 5mA.

[Jonathan (jonathan_v)]

Matthias S. schrieb:
> So ist das. Du legst z.B. ein 24V Relais (mit Freilaufdiode) in Reihe
> mit dem Taster und das Relais wird aktiviert, wenn der Taster gedrückt
> wird.
> Das Relais muss unter 100mA ziehen und mehr als 5mA.

Okay, dann habe ich das Schaltbild schon einmal richtig gedeutet. Das 
bedeutet, ich könnte einen der Relaiskontakte dann verwenden, um vom 
ESP32 aus zu lesen, ob der Sensor betätigt wurde.

Die Frage die ich mir stelle ist: wäre das auch mit einem Transistor 
realisierbar? Optimal wäre natürlich, wenn der ESP32 inklusive was sonst 
noch notwendig ist, ins Gehäuse des Tasters passt. Für ein Relais finde 
ich dort vermutlich keinen.

[N. M. (mani)]

Scheinbar reicht für die Versorgung der Sensorlogik  0,5mA. Also würde 
ich den Schaltstrom im Sensor erst mal auf das untere Minimum legen. 
Sagen wir 8mA. Das wäre dann (24V-6,5V)/8mA= 2187 Ohm. Also 2k2. Das 
macht dann 139mW im Widerstand wenn eingeschaltet ist.
Sollte also ein normaler 1/4W Widerstand ausreichen.

Jetzt musst du im ESP ja nur noch die Spannung über den Widerstand 
messen und du hast das Klingel Ereignis. Achtung, der kann normalerweise 
nur 1,1V!!! Und ist ziemlich ungenau. Müsste für das bisschen aber 
ausreichen.

Allerdings vermute ich da gehört noch mehr dazu. So wie ich das 
Schaltbild deute musst du auch das blinken zurücksetzen (E3).
Keine große Sache. Braucht halt wieder ein Pin.

K2 ist dann vermutlich zum anreihen weiterer Sensoren!?

[Jonathan (jonathan_v)]

N. M. schrieb:
> Scheinbar reicht für die Versorgung der Sensorlogik  0,5mA. Also würde
> ich den Schaltstrom im Sensor erst mal auf das untere Minimum legen.
> Sagen wir 8mA. Das wäre dann (24V-6,5V)/8mA= 2187 Ohm. Also 2k2. Das
> macht dann 139mW im Widerstand wenn eingeschaltet ist.
> Sollte also ein normaler 1/4W Widerstand ausreichen.
>
> Jetzt musst du im ESP ja nur noch die Spannung über den Widerstand
> messen und du hast das Klingel Ereignis. Achtung, der kann normalerweise
> nur 1,1V!!! Und ist ziemlich ungenau. Müsste für das bisschen aber
> ausreichen.

Vielen Dank für den Input! Das ergibt Sinn, allerdings müsste ich dann 
ja einen festen und bekannten Strom für die Sensorlogik bereitstellen 
(wie hier in deinem Beispiel die 8mA). Wenn dieser sich verändert, kommt 
ja auch die Dimensionierung für den Widerstand nicht mehr ganz hin. Ich 
würde das ganze ja mit einem Netzteil betreiben, das meinetwegen 1A 
liefern kann (die LED-Beleuchtung z.B. verlangt natürlich mehr Strom). 
Würde dann diese Schaltung ohne weiteres nicht so viel anlegen, wie 
möglich? Oder fehlt mir da gerade noch das Verständnis?

> Allerdings vermute ich da gehört noch mehr dazu. So wie ich das
> Schaltbild deute musst du auch das blinken zurücksetzen (E3).
> Keine große Sache. Braucht halt wieder ein Pin.
>
> K2 ist dann vermutlich zum anreihen weiterer Sensoren!?

Diese "Q-Logik" ist dazu gedacht, dass der Taster selbstständig zu 
Blinken anfängt, und mittels E3 wieder zurückgesetzt werden kann. E3 
benötigt allerdings 230v und kann direkt mit der grünen Ampel parallel 
geschaltet werden, so spart man sich im Verkehr einen extra Ausgang der 
Karte im Schaltschrank. Das muss man aber nicht, man kann auch selber 
den Lampeneingang E2 kontrollieren. Das habe ich mittels MOSFET und ESP 
schon gelöst! K2 ist nur der interne Stecker, wo das Touchfeld auf die 
Platine angeschlossen ist - nichts besonderes.

[Jens M. (schuchkleisser)]

Das ist eine Stromschnittstelle, mit deren Hilfe die Steuerung erkennen 
kann ob der Sensor noch da ist.
Wie bei Alarmanlagen: Kurzschluss = Fehler, Hochohmig = ok aber aus, 
Niederohmig = Ok aber an, Unterbrochen = Fehler.

Ich würde mit einem Reihenwiderstand und einem Transistor, bei dem 
dieser Reihenwiderstand die Basis aufsteuert einen Optokoppler schalten. 
Zack, Digitalsignal. Wer mag, kann auch einen Komparator nehmen um die 
Spannung am Widerstand zu erfassen, oder einen High Side Current Sensor, 
irgendeine INA halt.

Oder die Elektronik untersuchen, reichlich sicher ist da ein Transistor 
drin der einen Lastwiderstand schaltet. Den kann man rausknipsen und 
stattdessen ein Relais reinfrickeln, oder die LED eines Optokopplers.

[Peter D. (peda)]

Jonathan schrieb:
> Im Rahmen meines Hobbies bin ich an zwei Ampelanforderungstaster
> gekommen

Wo hast Du denn den Schaltplan her?
Zeige mal den Link darauf.

[Jonathan (jonathan_v)]

Jens M. schrieb:
> Das ist eine Stromschnittstelle, mit deren Hilfe die Steuerung erkennen
> kann ob der Sensor noch da ist.
> Wie bei Alarmanlagen: Kurzschluss = Fehler, Hochohmig = ok aber aus,
> Niederohmig = Ok aber an, Unterbrochen = Fehler.
>
> Ich würde mit einem Reihenwiderstand und einem Transistor, bei dem
> dieser Reihenwiderstand die Basis aufsteuert einen Optokoppler schalten.
> Zack, Digitalsignal. Wer mag, kann auch einen Komparator nehmen um die
> Spannung am Widerstand zu erfassen, oder einen High Side Current Sensor,
> irgendeine INA halt.
>
> Oder die Elektronik untersuchen, reichlich sicher ist da ein Transistor
> drin der einen Lastwiderstand schaltet. Den kann man rausknipsen und
> stattdessen ein Relais reinfrickeln, oder die LED eines Optokopplers.

"Stromschnittstelle" ist das Wort, das ich gesucht habe! Ja, das ergibt 
in der Tat Sinn. Ein INA219-Modul habe ich tatsächlich zuhause. Da ist 
ein 0,1 Ohm Shunt-Widerstand drauf, und das kann (glaube ich) 0-26V bei 
maximal 3,2A detektieren. Das würde ja reichen, aber ist es wirklich so 
simpel, den INA219 mit seinem VIN an die High Side des Tasters zu 
hängen? Das wäre dann vermutlich für mich die einfachste Lösung.

Peter D. schrieb:
> Wo hast Du denn den Schaltplan her?
> Zeige mal den Link darauf.

Ich habe nur diesen Screenshot, mehr gibt es leider dazu nicht.

[Jens M. (schuchkleisser)]

Jonathan schrieb:
> Da ist
> ein 0,1 Ohm Shunt-Widerstand drauf

Der müsste ein wenig größer werden, so dass der Taster beim Einschalten 
des Kontakts nicht explodiert, gleichzeitig aber die Spannung am 
INA-Eingang nicht über den maximalen Wert steigt.
Aber ja, der Baustein erlaubt dir Stromsprünge zu sehen und das ist was 
du willst.

[Peter D. (peda)]

Ich würde das ganze Gedöns ausbauen und direkt einen ATtiny25 mit 
Q-Touch Library an die Sensorelektrode pappen.
Den Stromfresser ESP32 brauchst Du nur, wenn WLAN benötigt wird.

[Axel R. (axlr)]

Brauchst doch blos soviel Spannung über den Vorwiderstand abfallen zu 
lassen, dass die IR-LED im Optkoppler zu leuchten anfängt. Dann steuert 
auf der anderen Seite der Transistor durch und fertig.
Find ich jetzt nicht mega - kompliziert.

[Jonathan (jonathan_v)]

Axel R. schrieb:
> Brauchst doch blos soviel Spannung über den Vorwiderstand abfallen zu
> lassen, dass die IR-LED im Optkoppler zu leuchten anfängt. Dann steuert
> auf der anderen Seite der Transistor durch und fertig.
> Find ich jetzt nicht mega - kompliziert.

Das ist auch eine Idee. Ich habe das mal versucht aufzuzeichnen, wäre 
das so korrekt?

[Jens M. (schuchkleisser)]

Jonathan schrieb:
> wäre
> das so korrekt?

Überleg nochmal genau, welche Spannung am OK anliegen kann und welcher 
Strom durch den Schalter passt.

[Jonathan (jonathan_v)]

Jens M. schrieb:
> Jonathan schrieb:
>> wäre
>> das so korrekt?
>
> Überleg nochmal genau, welche Spannung am OK anliegen kann und welcher
> Strom durch den Schalter passt.

Hmm, ich glaube, ich brauche da etwas mehr Hilfe. Die Verbindung gegen 
Masse vor R1 muss vermutlich weg, aber dann fließt vermutlich, wenn der 
R1 dauerhaft dazwischen sitzt, auch zu wenig Strom für den Ruhestrom, 
oder? Allgemein ist die Lösung mit dem OK natürlich nur umsetzbar, wenn 
der Ruhestrom unter dem liegt, was der OK zum Auslösen benötigt. Das 
müsste ich bei Gelegenheit noch mal nach messen, aber laut Datenblatt 
scheint das ja 0,5 mA zu sein. Das wäre auf jeden Fall im Rahmen, dass 
der OK nicht auslöst.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Jonathan schrieb:
> Hmm, ich glaube, ich brauche da etwas mehr Hilfe.

Ich wusste doch, das ich mit dem Relais als Beispiel gar nicht so falsch 
liege. Natürlich geht auch ein Optokoppler, aber du musst dafür sorgen, 
das er unter 5mA Schleifenstrom nicht zündet und im aktiven Betrieb 
nicht mehr als 100mA durch die Schleife fliessen lässt.
Das ist ein Tänzchen mit Widerstandswerten und evtl. begrenzenden 
Z-Dioden auf dem Taschenrechner.