Kuhni-nn.ru

Кухни НН
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как собрать сенсорный выключатель своими руками

Как собрать сенсорный выключатель своими руками

Довольно часто приходится менять обычные выключатели электрических приборов на новые из-за их быстрого износа. На смену им появились более надежные сенсорные выключатели (СВ). Принцип их работы максимально простой. Устройства можно изготовить своими руками. На фото ниже изображен выключатель с сенсором, расположенным сверху и индикаторным светодиодом снизу.

Выключатель

Внешний вид сенсорного выключателя

Для включения света достаточно легкого прикосновения к чувствительному элементу. Сенсорные выключатели обычно используют для управления светом, электрическими карнизами и другими устройствами небольшой мощности.

Схема

В схему сенсорного выключателя входят: Усилитель тока с транзисторами VT1 иVT2 и фильтр с элементами R3 и С1. Этот фильтр убирает помехи при прикосновении к сенсорному контакту Е1. Основной частью на схеме выступает RS-триггер, состоящий из двух логических элементов DD1.3 и 001.4. Для того, чтобы установить триггер в нужное положение, необходимо осуществить подачу напряжения низкого уровня на один из его входов. Одновременно, на другом входе, устанавливается напряжение высокого уровня.

Для поочередной подачи напряжения низкого уровня на выводы 1 и 6 вводятся две RС-цепочки: R5С2 и R6С3 с разными временными рамками. С помощью триггера происходит управление транзистора VT3 и тринистораVS1, включающего и выключающего лампочку HL1. Питание низковольтной части схемы производится параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD7. Конденсатором С4 максимально сглаживается пульсация питающего напряжения. После того как подано питающее напряжение, произойдет установка триггера в такое положение, когда на выходе элемента DD1 низкий уровень. В таком состоянии триггер может находиться без ограничения во времени, из – за чего тринисторV51 закрыт и лампа НИ не светится.

При установке на выходе логического элемента DD1 высокого уровня напряжения, конденсаторы С2 – С3 оказываются разряженными, закрыты диоды VD2 – VD3.

Преимущества

Зная схему подключения сенсорного выключателя света, можно выполнить установку прибора своими руками.

Использование его имеет массу преимуществ:

  • абсолютно бесшумная работа;
  • большой выбор моделей;
  • стильный внешний вид;
  • есть гальваническая развязка, что делает эксплуатацию прибора безопасной для человека;
  • сенсор реагирует на прикосновение даже мокрыми и влажными руками;
  • механические поломки невозможны в принципе;
  • длительный срок эксплуатации;
  • в одном устройстве может создаваться несколько коммутационных систем.

Именно эти преимущества делают представленное приспособление популярным. Оно является стильным дополнением современного интерьера.

Сенсорные выключатели Livolo являются отечественной продукцией. Поэтому их цена будет в разы меньше, чем у зарубежных фирм.

Диммер Livolo

Вместе с тем, сенсорные выключатели Livolo при своей доступной цене могут немного уступать в качестве. В редких случаях возможна некорректная работы устройства, если к нему подключать люминесцентные или светодиодные лампы.

Читайте так же:
Как при соединить двум выключателям разетку

Как это работает?

Сенсорный выключатель

По сути дела, сенсор – это датчик, реагирующий, в данном случае, на прикосновение. Для активации выключателя достаточно лишь слегка дотронуться до контакта, чтобы схема замкнулась. Человеческое тело генерирует определенное количество электричества, поэтому каждое прикосновение к сенсору обладает крохотным зарядом. Этого недостаточно для прямого включения всей системы, но вполне хватает, чтобы дать ей «толчок» через цепь, построенных определенным образом деталей.

Сенсорный выключатель очень часто используется при организации освещения на светодиодных лентах, что довольно экономично. К тому же их конструкция такова, что корпус устройства может находиться вровень со стеной, без выпирающих кнопок, это эффектно смотрится в современных интерьерах. Некоторые навороченные сенсоры настолько чувствительны к человеческому организму, что срабатывают, даже если просто провести рядом с ними рукой или другой открытой частью тела.

Критерии выбора

Способы подключения сенсорного выключателя

К выбору сенсорного выключателя следует подходить ответственно. Первым делом необходимо узнать у продавца максимальное и минимальное допустимые значения тока и напряжения. Если с характеристиками сети в квартире они не совпадают, придётся дополнительно установить стабилизатор.

Кроме того, внимание необходимо обратить на то, сколько одновременно устройств будет подсоединено к одному аппарату, необходим ли диммер или таймер, а также будет ли устройство работать от датчиков или пульта. После выбора устройства по указанным характеристиками можно переходить к выбору его оформления.

Разновидности сенсорных выключателей

Сенсорные выключатели бывают дистанционными или локальными. В последнем случае находятся в непосредственной близости от коммутируемой силовой цепи освещения. В объёме одного топика нет возможности подробно рассмотреть все типы сенсорных выключателей. Читателю полезно ознакомиться с известными сегодня системами сигнализации. Многие сенсорные выключатели позаимствовали принцип действия из области охраны.

Пассивные инфракрасные сенсоры

Сейчас тематике пассивных инфракрасных сенсоров (PIR) уделяется большое внимание в охранных системах. Эти датчики реагируют на тепло, излучаемое человеческим телом. Чтобы избежать ложных тревог, ширина активного спектра урезана с обеих сторон. Выключатель срабатывает по пиковому излучению тела температурой порядка 36 градусов Цельсия. Обычно сенсорная система состоит минимум из двух приёмников оптического излучения, чтобы определить угловое положение объекта раздражения: входит человек в помещение или выходит.

Сенсоры освещения

В этом случае чувствительные площадки фоторезисторов (фототранзисторов) направлены по-разному. Тогда сигнал на них отличается, по разности судят об угловом положении. Этим достигается иная цель: прибор призван реагировать только на движущиеся объекты, чем минимизируется шанс ложного срабатывания. Человек обычно не сохраняет спокойствия, вызывает тревогу (сигнализация). От подобных систем легко защититься, одев обычный космический скафандр. Но в системе освещения подобные трюки не актуальны по очевидной причине: посетитель, наоборот, хочет, чтобы его заметили. Благодаря возможности определения направления, отдельные сенсорные приборы работают в режиме диммера: махнёшь в первом направлении – свет становится ярче, во втором – приглушается (продукция Leviton).

Читайте так же:
Выключатели наружной установки габаритные размеры

Сенсорный выключатель устанавливается так, чтобы срабатывать на избранный род посетителей. Допустим, человек сидящий в инвалидном кресле, ребёнок не будут замечены, если сенсор подвешен слишком высоко. Допускается снабдить помещение поясняющими надписями: махни рукой в окошечко. Это требуется при нежелании тратить электроэнергию на домашних животных. Несмотря на наличие шерсти, все живое отличается по температуре от окружающей среды.

Инфракрасные датчики не способны охватить все помещение физически. По тривиальной причине наиболее эффективные сенсорные выключатели на их основе – проходные. Ставятся в начале и конце коридора либо лестницы. При применении задержки выключения становится возможным использование в кладовках, подсобных помещениях. По-настоящему полезными сенсорные системы на пассивном инфракрасном излучении становятся в паре с интеллектуальным контроллером, который займётся подсчётом людей, вошедших и вышедших из помещения. Разумеется, любой умник из хулиганских побуждений такой тандем попытается обмануть, разумно дополнить сенсорный выключатель и контролёр вспомогательными средствами.

Использование сенсорного выключателя

Использование сенсорного выключателя

Пьезоэлементы

Пьезоэлементы в сенсорных выключателях используются двух типов, в принцип действия которых заложены, соответственно:

  • Пьезорезистивный эффект – изменение сопротивления образца под действием механических нагрузок.
  • Пьезоэлектрический эффект – образование на гранях кристалла разницы потенциалов под действием механической деформации.

Оба эффекта открыты в XIX веке. Хронология совпадает с порядком следования в приведённом списке.

Пьезорезистивные сенсорные выключатели

Пьезорезистивный эффект (термин введён в 1935 году Джоном В. Куксоном из Висконсинского университета, от греческого piezo – давить) описан лордом Кельвином (журнал Труды Королевского научного общества, том 8, стр. 550-555, 1856-1857 годы, заметка от 17 июня 1857 года про исследование проводимости коммерческих проводов для телеграфа) на примере железа, платины и меди. Возможно, высказывание на тему увеличения сопротивления образца в пределах 0,5% в ответ на сильные и многочисленные изгибы вдоль всей длины лишь с натяжкой относится к теме. Но историки несогласны. Лорд Томсон исследовал причины различия проводимости образцов, использовавшихся в морском флоте и вывел простую формулу: важен поставщик меди. Деформации влияют на сопротивление в малой степени, допустимо пренебречь.

Читайте так же:
Выключатель под старину наружный

Томсон знал о влиянии механического натяжения. И на вручении ему премии Королевского общества (Бейкеровская лекция, 1856 год) доложил о любопытном эксперименте. В плечи измерительного моста Уитсона он включал проводники меди или железа одинаковой длины, но некоторые образцы растягивались подвесами. Прибор на диагонали регистрировал разницу. Томсон объяснил это механическими деформациями. Но доподлинно неизвестно, связно ли появление эксперимента с исследованиями, проводившимися в отношении телеграфных проводов. В довершение читатели могут ознакомиться с порядком цифр изменения сопротивления (ось абсцисс) на рисунке, взятом из журнала Труды IEEE за 2009 год.

Порядок измерений

Потом последовали многочисленные работы аналогичного толка. В XIX веке это заметки Томлинсона, а в XX – Бриджман и Ролника. Первые интересные результаты получил в 1932 году Аллен, установивший анизотропность изменений кристаллов цинка, кадмия, сурьмы, висмута и олова. Что касается прочих исследований, идеи Бриджман привели к созданию тензорных уравнений, описывающих процесс. В 1938 году, благодаря усилиям многих учёных, на свет появляются первые датчики. Наподобие тех, что сегодня используются в напольных весах и преобразуют деформацию в изменение сопротивления. Уже в 1950 году Бардин и Шокли предсказали значительный пьезорезистивный эффект в правильных кристаллических структурах за три года до открытия.

В нынешнем виде пьезорезистивный эффект появился на свет 30 декабря 1953 года, благодаря инженеру с распространённой фамилией Смит из Лабораторий Белла, описавшему любопытное поведение кристаллов кремния и германия обоих типов проводимости. Вследствие механических воздействий образцы изменяли сопротивление. Магистр Университета Западной резервации Коннектикута активно интересовался анизотропными свойствами полупроводников и работами Бардина и Шокли. Новые датчики появились уже в 1950 году с чувствительностью в 50 раз превышавшей аналоги из чистых металлов.

Первой компаний, занявшейся производством пьезорезистивный датчиков, стала Kulite Semiconductor, основанная в 1958 году. В современных моделях кнопки созданы на основе тонкой мембраны полупроводника. При нажатии по центру у краёв возникает сильное натяжение, что изменяет проводимость участка. Измерение ведётся по мостовой схеме либо прочими методами. Напряжение дисбаланса усиливается и служит для управления включением и выключением света.

Пьезоэлектрические сенсорные выключатели

Пьезоэлектрический эффект открыт в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри. Как и в предыдущем случае, явление оказалось предсказано заранее. Опираясь на теоретические предпосылки, Рене-Жюст Гаюи и Антуан Сезар Беккерель предположили о возможной связи электричества и механических деформаций. Первые успешные опыты поставлены на кристаллах кварца, турмалина, топаза, сахарном тростнике и сегнетовой соли. Да, многие вещества проявляют пьезоэлектрические свойства:

  1. Человеческие кости и сухожилия.
  2. Молекулы ДНК.
  3. Дентин и эмаль зубов.
Читайте так же:
Автоматические выключатели schrack каталог

Год спустя Габриэль Ионас Липпман предположил, исходя из основ термодинамики, существование обратного эффекта: деформации кристаллов под действием электрического поля. Эта догадка была подтверждена в 1882 году Жаком и Пьером Кюри, попутно они создали пьезоэлектрометр, использованный для исследования радиоактивных элементов. В 1910 году вышел учебник по физике кристаллов в авторстве Вольдемара Войгта.

Эффект вызвал пристальное внимание учёных. В 1917 году на фоне Первой мировой войны появляется сонар для подводных лодок (Пол Лангевин), а в 1921 – первый кварцевый резонатор (Волтер Гайтон Кэди). Развитие поисков привело к обнаружению титаната бария в 1946 году (Артур фон Хиппел). За послевоенное время появилось достаточно много применений эффекту пьезоэлектричества, но все они были мало связаны с рассматриваемой темой. Что касается устройств управления, отметим два из них, в обоих случаях применяющие полимерные пленки в качестве чувствительных элементов:

  1. US3935485 на пьезоэлектрическую клавиатуру. Назначение устройства не конкретизируется, но смотря на имена заявителей (Kureha Kagaku, Kogyo Kabushiki, Kaisha) и год (1976), предположим, что сборка предназначалась для управления автоматизированными линиями сборки на конвейерах.
  2. Заявленный в US4343975 (1980 год) образчик каждый может лицезреть и сегодня на электронных весах в магазине. Это клавиатура с подсветкой, благодаря чему работа оператора сильно упрощается.
  • alt=»Автоматический выключатель» width=»120″ height=»120″ />Автоматический выключатель
  • alt=»Как подключить двухклавишный выключатель света» width=»120″ height=»120″ />Как подключить двухклавишный выключатель света
  • alt=»Как подключить проходной выключатель» width=»120″ height=»120″ />Как подключить проходной выключатель
  • alt=»Пакетный выключатель» width=»120″ height=»120″ />Пакетный выключатель

Схемы

На рисунке изображена схема двухкаскадного сенсорного выключателя, который можно сделать своими руками.

Схема выключателя на двух транзисторах

При касании к сенсору Е1 напряжение от тела человека поступает на усилитель через конденсатор С1. В качестве нагрузки подключено реле К1, которое срабатывает при очередном прикосновении, включая или отключая свои силовые контакты питания лампы. Диод VD1 предназначен для защиты транзистора VT2 от перепадов напряжения, а конденсатор С2 сглаживает пульсации.

Реле подбирается на ток срабатывания 15-20 мА (тип РЭС55А или РЭС55Б). Возможно, величину сопротивления резистора R1 придется изменить, чтобы реле надежно работало. Сначала вместо него подключается переменный резистор на 50 Ом и подстраивается, пока не заработает реле от сенсора. Затем замеряется величина сопротивления и находится постоянный резистор с соответствующим номиналом.

В качестве сенсора применяется фольгированный текстолит, медная пластина или металл с антикоррозионным покрытием. Его несложно изготовить своими руками. Если сенсор устанавливают на расстоянии от платы, подводящий провод следует экранировать.

Читайте так же:
Высота выключателей от пола земсков

Источник напряжения – это батарейка на 9 В или блок питания от сети, изготовленный своими руками. Вполне может подойти зарядное устройство.

Схему выключателя лучше собрать на плате, но можно и спаять проводами, поскольку деталей немного. Для их соединения между собой применяются проводки длиной 2-3 см. Для подключения к контакту сенсора и реле длина проводников составит не более 10 см.

При пайке важно не перегреть транзисторы и конденсатор на 0,22 мкф.

Бестрансформаторное питание от переменной сети 220 В не требует отдельного источника. Устройство на симисторе достаточно чувствительно и надежно работает. На схеме рисунка ниже гальванической развязки от осветительной сети нет, но защитой сенсора от высокого напряжения являются резисторы R1 и R2 общим сопротивлением 12 мОм, а также полевой транзистор VT1 c большим сопротивлением перехода сток-исток-затвор. Чувствительность схемы подбирается изменением сопротивления R2.

В подобных схемах, когда они под напряжением, прикосновение допускается только к сенсору Е1.

Схема сенсорного электронного выключателя на симисторе

Триггер построен на интегральной микросхеме К561ТМ2 (DD1). С его выхода 1 сигнал поступает на базу транзисторного усилителя тока VT2, эмиттер которого соединен с управляющим выводом симистора VS1. Как только на нем появляется напряжение 3 В, симистор открывается и включает источник света. При следующем прикосновении к сенсору триггер меняет состояние и на выходе 1 появляется противоположный сигнал, выключающий лампу EL1.

Мощность нагрузки для данной схемы составляет не более 60 В. Если ее потребуется увеличить, симистор устанавливается на радиатор.

Существуют схемы с функцией светорегулирования. При кратковременных прикосновениях к сенсору лампа будет загораться и гаснуть. Если держать руку на чувствительном элементе, яркость будет расти, а затем уменьшаться. Подобное устройство удобно применять для настольной лампы за рабочим столом. Можно настроить определенную освещенность, убрав руку с выключателя. На рисунке изображена схема сенсорного регулятора.

Схема сенсорного светорегулятора

Сигнал подается от чувствительного элемента на микросхему К145АП2, а она управляет симистором VS1 через транзистор VT1. Питание подается от сети 220 В. Светодиод HL1 является индикатором напряжения и подсвечивает сенсор в темноте.

Стабилитрон следует подобрать так, чтобы на конденсаторе С5 напряжение, подаваемое на входы 4,5 микросхемы, было в пределах 14-15 В. При его меньших значениях лампа мерцает.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector