Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kapazitiven Näherungsschalter bauen


von Bjoern E. (bjoern_e)


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Hallo,

ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter bauen, 
der immer dann eine LED einschaltet, wenn sich jemand auf ca. 30cm 
nähert.
Hat zufällig jemand einen passenden Schaltplan dazu?

Beim Googeln finde ich bastelmäßig nur kapazitive Touch-Schalter und 
hier im Forum leider auch bis auf einen Füllstandsanzeiger.

Ich könnte mir vorstellen, dass man mit zwei Schwingkreisen arbeiten 
kann, bei denen der Detektionsschwingkreis ein LC-Schwingkreis ist, der 
sich bei Annäherung verstimmt (z.B. über eine Art Antenne am C) und dann 
langsamer schwingt als der andere Schwingkreis, was man dann detektieren 
kann.
Vielleicht gibt es hier aber auch noch einfachere Lösungen.

von H. H. (hhinz)


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Bjoern E. schrieb:
> ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter bauen,
> der immer dann eine LED einschaltet, wenn sich jemand auf ca. 30cm
> nähert.

Das gibt ständig Fehlauslösungen.

von Jörg R. (solar77)


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Bjoern E. schrieb:
> ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter bauen,
> der immer dann eine LED einschaltet, wenn sich jemand auf ca. 30cm
> nähert.

Kapazitiv bei 30cm? Da nimmt man eher IR.

von Nemopuk (nemopuk)


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Famg mit kleinen Brötchen an. In diesem Fall viel weniger Distanz.

von H. H. (hhinz)


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Jörg R. schrieb:
> bei 30cm? Da nimmt man eher IR.

"Lichttaster"

von Bjoern E. (bjoern_e)


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Danke für die Antworten und das Interesse!

Ich will einfach mal ein bisschen damit experimentieren.

Als Sensor könnte vielleicht eine große PET-Flasche dienen, die mit 
Alufolie überzogen ist und wenn man sich mit der Handfläche oder so 
nähert, leuchtet eine LED.

von Jörg R. (solar77)


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Bjoern E. schrieb:
> Ich will einfach mal ein bisschen damit experimentieren.

> Als Sensor könnte vielleicht eine große PET-Flasche dienen, die mit
> Alufolie überzogen ist und wenn man sich mit der Handfläche oder so
> nähert, leuchtet eine LED.

Wir freuen uns auf das Video.

Beitrag #7980820 wurde vom Autor gelöscht.
von Lu (oszi45)


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Bei ELV.de könnte ein Näherungsschalter zu finden sein. Ob er Deine 
gewünschte Reichweite erreicht, bezweifle ich.

von Route_66 H. (route_66)


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: Bearbeitet durch User
von Bjoern E. (bjoern_e)


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Lu schrieb:
> Bei ELV.de könnte ein Näherungsschalter zu finden sein. Ob er Deine
> gewünschte Reichweite erreicht, bezweifle ich.

Da finde ich leider nur berührungslose Taster in verschiedenen 
Variationen.


Route_66 H. schrieb:
> Warum nicht einfach für ganz wenig Geld kaufen?

Hast du einen konkreten Link?

von Nemopuk (nemopuk)


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Route_66 H. schrieb:
> Warum nicht einfach für ganz wenig Geld kaufen?



Bjoern E. schrieb:
> ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter *bauen*

von Jörg R. (solar77)


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Bjoern E. schrieb:.
> Route_66 H. schrieb:
>> Warum nicht einfach für ganz wenig Geld kaufen?
>
> Hast du einen konkreten Link?

Er hat doch einen Link gepostet. Das Teil arbeitet allerdings nicht 
kapazitiv.

von Ob S. (Firma: 1984now) (observer)


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Bjoern E. schrieb:

> ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter bauen,
> der immer dann eine LED einschaltet, wenn sich jemand auf ca. 30cm
> nähert.

30cm geht nicht zuverlässig. Bei 10cm oder weniger wird's langsam 
realistisch.

von Bjoern E. (bjoern_e)


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Jörg R. schrieb:
> Er hat doch einen Link gepostet. Das Teil arbeitet allerdings nicht
> kapazitiv.

Das hat mich auch gewundert, deshalb habe ich nachgefragt.


Ob S. schrieb:
> 30cm geht nicht zuverlässig. Bei 10cm oder weniger wird's langsam
> realistisch.

10cm wäre auch ok. Wie würdest du das konkret umsetzen?

von Georg M. (g_m)


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von Ob S. (Firma: 1984now) (observer)


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Georg M. schrieb:
> Theremin
>
> https://www.youtube.com/watch?v=Xh_oWPtC-Kk

Naja, für einen simplen Näherungsschalter kann man das Prinzip deutlich 
vereinfachen. Es bleibt ein Oszillator mit einer großen Elektrode als 
Sensor.

Der Rest ist Software in einem handelsüblichen µC. Frequenzmessung und 
zwei schöne Software-Filter (Tiefpässe). Dazu noch ein paar 
Plausibilitätsprüfungen zur sinnvollen Kontrolle eines der Filter, 
nämlich dem, der zur Generierung der Referenz für "kein Objekt in der 
Nähe" dient.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Bjoern E. schrieb:

> ich möchte als Bastelprojekt einen kapazitiven Näherungsschalter bauen,
> der immer dann eine LED einschaltet, wenn sich jemand auf ca. 30cm
> nähert.

30cm sind vollkommen illusorisch.

> Hat zufällig jemand einen passenden Schaltplan dazu?
>
> Beim Googeln finde ich bastelmäßig nur kapazitive Touch-Schalter und
> hier im Forum leider auch bis auf einen Füllstandsanzeiger.

Dann hast du schlecht gesucht. Hier im Forum gibt es z.B. den 
Beitrag "TinyTouchLib - Touchbutton library für Attiny" und basierend darauf habe 
ich im Beitrag "Touchdimmer mit ATtiny13" einen Touch-Dimmer 
vorgestellt. Das sollte erst auch nur ein Lichtschalter werden.

Damit schafft man aber nicht mehr als 3cm. Mit einer größeren Elektrode 
ist vielleicht mehr drin.

> Ich könnte mir vorstellen, dass man mit zwei Schwingkreisen arbeiten
> kann, bei denen der Detektionsschwingkreis ein LC-Schwingkreis ist, der
> sich bei Annäherung verstimmt (z.B. über eine Art Antenne am C) und dann
> langsamer schwingt als der andere Schwingkreis, was man dann detektieren
> kann.

So funktioniert ein Theremin (Musikinstrument). Aber bei dem macht es 
nichts, daß man es hin und wieder (abhängig z.B. vom Raumklima) 
nachstimmen muß. Für die Anwendung als Schalter gibt es robustere 
Verfahren. Such mal nach "Qtouch ADC" von Atmel (jetzt Microchip).

von Max (Gast)


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von Thomas B. (thombde)


Angehängte Dateien:

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Die Schaltung von Elektor kann man etwas abwandelt.
Funktioniert kapazitiv mit 2 Metallstreifen.

https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-199707/31289

Wenn Du den kompletten Scann haben willst, schreib mir eine PN mit 
E-Mail.
Schicke ich dann am WE.
Vielleicht stelle ich es aber auch hier rein.
Ist auch schon 30 Jahre alt.

von Werner H. (werner45)


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@ Bjoern E
Vorüberlegung: Luftkondensator C = Epsilon x A / d.
Setze mal reale Werte in die Formel ein, Epsilon und A erstmal konstant 
angenommen, Die winzige Kapazitätdifferenz für d = 30cm und d = 20cm 
ausrechnen.
In der Praxis ist von A ist aber nur eine der Platten konstant, die 
andere variabel. Epsilon ist auch nicht konstant.

H. H. schrieb:
> Das gibt ständig Fehlauslösungen.

Also ein hoffnungsloses Unterfangen bei den Abständen ...

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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von Bjoern E. schrieb:
>Ob S. schrieb:
>> 30cm geht nicht zuverlässig. Bei 10cm oder weniger wird's langsam
> realistisch.

>10cm wäre auch ok. Wie würdest du das konkret umsetzen?

Geht schon, Theremin beweisen das.

https://de.wikipedia.org/wiki/Theremin

Du baust zwei Oszillatoren, die erst mal im Schwebungsnull
arbeiten. Bei Annäherung entsteht ein Pfeifton, wenn beide
Oszillatorfrequenzen gemischt werden, den du dann mit
ein Hochpass auswertest. Einer arbeitet mit fester Frequenz,
der andere wird bei Annäherung verstimmt.

von H. H. (hhinz)


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Günter L. schrieb:
> Geht schon, Theremin beweisen das.

Die halten extra viel Abstand zu anderen Musikern/Personen, eben weil es 
so störanfällig ist.

von Bjoern E. (bjoern_e)


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Max schrieb:
> https://www.homemade-circuits.com/precision-capacitive-touchproximity/

Danke für den Link zu den Schaltplänen. Welcher davon wäre denn deiner 
Meinung nach am geeignetsten wenn es um möglichst hohe Reichweiten geht?

Thomas B. schrieb:
> Die Schaltung von Elektor kann man etwas abwandelt.
> Funktioniert kapazitiv mit 2 Metallstreifen.
>
> https://www.elektormagazine.de/magazine/elektor-199707/31289

Interessant, super, Danke für den Schaltplan! Objektschutz impliziert ja 
schon höhere Reichweiten.
Warum zwei Metallstreifen statt einer einzigen Elektrode?

Habe Nachricht geschickt.


Günter L. schrieb:
> Du baust zwei Oszillatoren, die erst mal im Schwebungsnull
> arbeiten. Bei Annäherung entsteht ein Pfeifton, wenn beide
> Oszillatorfrequenzen gemischt werden, den du dann mit
> ein Hochpass auswertest.

Das Prinzip gibt es ja auch bei einfacheren Metalldetektoren. Dort wird 
der Oszillator mit der Suchspule dann bei "Metallkontakt" geringfügig 
verstimmt gegenüber dem Festfrequenzoszillator und Interferenzen werden 
hörbar.

von H. H. (hhinz)


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Bjoern E. schrieb:
> Günter L. schrieb:
>> Du baust zwei Oszillatoren, die erst mal im Schwebungsnull
>> arbeiten. Bei Annäherung entsteht ein Pfeifton, wenn beide
>> Oszillatorfrequenzen gemischt werden, den du dann mit
>> ein Hochpass auswertest.
>
> Das Prinzip gibt es ja auch bei einfacheren Metalldetektoren. Dort wird
> der Oszillator mit der Suchspule dann bei "Metallkontakt" geringfügig
> verstimmt gegenüber dem Festfrequenzoszillator und Interferenzen werden
> hörbar.

Funktioniert aber induktiv.

von Sebastian S. (amateur)


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Rund um die Maschinensteuerung (SPS) gibt es einige kapazitive Sensoren. 
Die haben wir bei bestimmten Materialien verwendet. Vielleicht findest 
Du da Informationen zur Reichweite. Bin da etliche Jahre raus, aber 
soweit ich mich erinnere, hatten die Teile bei weitem nicht so eine 
Reichweite.

von Stephan (stephan_h623)


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2 Schwingkreise sind schon gut, um Umgebungseinflüsse zu reduzieren.
Aber 30cm sind vmtl. utopisch.
Bzw. es kommt nicht so sehr auf die Schaltung an sondern eher auf Aufbau 
und Auswertung.

Nachdems ein Bastelprojekt ist gehört das Experimentieren dazu.
Ne 30cm-Kugel >1m von allem weg. Also vielleicht mittig im Raum mit 
Nylonfaden von der Decke abgehängt. Batteriebetrieben. Mit Kapazität zur 
"Erde" musst dann spielen. Vielleicht geht's so mit 30cm Abstand.

Die Schwierigkeit ist nicht ne Kapazitätsänderung zu detektieren, 
sondern die signifikanten Änderungen vom "Rauschen" zu trennen.
Langsame Drift lässt sich in der Auswertung fast perfekt kompensieren. 
Bei ähnlich schnellen Änderungen (landende Fliege, Luftstoß bei Öffnen 
der Tür, Hand zum Einschalten) wirds sehr knifflig.

Ne öffnende Tür mit mehr Luftfeuchtigkeit hat evtl. nen ähnlichen Effekt 
wie ne Hand in 30cm Entfernung.
Große Fläche und viel Abstand zu allem Leitenden helfen da zumindest 
gegen ne Fliege die sich draufsetzt. Hand in 30cm und Person in 60cm 
Entfernung kannst aber evtl. nicht trennen.
Referenzschwingkreis kann gegen z.B. Luftstöße helfen. Muss aber auch 
sehr schnell die gleiche Luftfeuchtigkeit "sehen".

Aber über Weihnachten ist ja bischen Zeit.
Da kannst ja vielleicht auch mit Gesten rumprobieren. 4 mal Hand ran und 
wieder weg im Sekundentakt könnte trotz jeweils minimaler 
Frequenzänderung einigermaßen zuverlässig detektierbar sein.

Andere Sensorik wäre sicher besser geeignet. Aber zum Rumprobieren kanns 
ganz interessant sein.

von Andrew T. (marsufant)


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Axel S. schrieb:
> 30cm sind vollkommen illusorisch.

Ach Axel,

..bis jemand kam, dies nicht wusste -- und es einfach realiserte .-)

https://www.ti.com/lit/an/snoa940a

Es sit letztlich eine Frage, welche Sensorfläche der TE bereitstellt. 
Für 50cm muss es schon mehr als nur DN A4 Elektrodengrösse sein.

von H. H. (hhinz)


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Andrew T. schrieb:
> ..bis jemand kam, dies nicht wusste -- und es einfach realiserte .-)
>
> https://www.ti.com/lit/an/snoa940a

Ist bekannt, und störanfällig.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Andrew T. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> 30cm sind vollkommen illusorisch.
>
> Ach Axel,
>
> ..bis jemand kam, dies nicht wusste -- und es einfach realiserte .-)
>
> https://www.ti.com/lit/an/snoa940a

404 ... das kannte ich schon :)

> Es sit letztlich eine Frage, welche Sensorfläche der TE bereitstellt.

OK, das kannte ich noch nicht. Für 30cm Reichweite reicht dann schon 
eine Sensorfläche von 7×7cm². Bleibt die Frage, wie zuverlässig das 
ganze ist. Wenn es dem TO €4,70 + Versandkosten wert ist (Mouser), dann 
kann er das über Weihnachen ja mal ausprobieren. Gut die Gehäuse sind 
nicht direkt bastlerfreundlich. Aber irgendwas ist ja immer!

von H. H. (hhinz)


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von Bjoern E. (bjoern_e)


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Andrew T. schrieb:
> https://www.ti.com/lit/an/snoa940a

Danke für den Link, irgendwelche Spezial-ICs wollte ich an dieser Stelle 
nicht holen.

Andrew T. schrieb:
> Es sit letztlich eine Frage, welche Sensorfläche der TE bereitstellt.
> Für 50cm muss es schon mehr als nur DN A4 Elektrodengrösse sein.

Wie gesagt, die Sensorfläche kann schon etwas größer sein.

@Thomas B. (thombde): hat sich von meiner Seite erledigt, noch mal 
Danke!

Sebastian S. schrieb:
> Rund um die Maschinensteuerung (SPS) gibt es einige kapazitive Sensoren.
> Die haben wir bei bestimmten Materialien verwendet. Vielleicht findest
> Du da Informationen zur Reichweite.

Danke für den Hinweis, in dieser Richtung hatte ich schon mal geguckt 
und nur Sachen mit deutlich geringerer Reichweite gefunden.

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