Конструирование сенсор­ных устройств

Как мы уже говорили, неотъемле­мой частью систем осязания роботов являются сен­сорные устройства, вызывающие срабатывание меха­низмов ориентации и захвата предметов. Контактное управление все чаще находит сейчас применение в раз­ных областях. В обыденной жизни можно встретиться с этим способом управления в лифте. В современных лифтах вместо обычных кнопок устанавливаются на панели сенсорные контакты — неподвижные металличе­ские пластины, при прикосновении к которым прихо­дит в действие механизм лифта.

Что это за система управления, как она работает и каковы ее преимущества? Сенсорное управление имеет одно преимущество — в нем нет электрических контактов — одного из самых ненадежных звеньев элек­тронной аппаратуры. Именно благодаря этому бескон­тактное управление нашло широкое распространение. В частности, сенсорными переключателями каналов оснащены многие современные телевизоры.

Как работает система сенсорного управления? Раз­личают два способа воздействия: емкостное и рези — стивное.

Тело человека имеет определенную довольно боль­шую емкость (рис. 57) относительно окружающих про­водящих предметов. Поэтому, когда человек прика­сается к металлической пластине — сенсорному контак­ту (или короче — сенсору), резко изменяется емкость, приведенная к входу аппарата. На этом основана ра­бота емкостного сенсора.

В резистивном сенсоре использовано сопротивле­ние покрова пальца (рис. 58). В этом случае сенсор со­стоит из двух изолированных металлических пластин, которые замыкают пальцем при прикосновении.

Самая простая система сенсорного управления по­добного рода может выглядеть так, как представлено на рис. 59. В исходном состоянии, т. е. тогда, когда мы не касаемся сенсора Е1 пальцем, через транзистор VT1 течет очень слабый ток, поэтому напряжение на его коллекторе равно напряжению питания (на резисторе R1 почти нет падения напряжения). Прикоснове­ние пальца к обеим частям сенсора равнозначно вклю­чению резистора между источником питания и базой транзистора. Таким образом, появляется базовый ток, что вызовет увеличение тока через цепь коллектора и включенный там резистор. При этом напряжение на коллекторе немедленно уменьшится — на выходе сфор­мируется так называемый перепад напряжения. Если убрать палец с сенсора, напряжение на выходе восста­новится. Таким простым способом — прикосновением пальца к сенсору — мы вызываем образование импуль­сов напряжения на выходе устройства.

Рис. 57. Емкостный сенсор

Рис. 58. Резистивнъш сенсор

Рис. 59. Система контактного управле­ния

Зная, как образуются управляющие электрические импульсы, можно сравнительно просто собирать раз­личные устройства, выполняющие те или иные задачи. Так на рис. 60, а представлена структурная схема узла управления освещением. Мы видим здесь три ос­новных составных элемента: сенсор Е1, усилитель сиг­нала, электронный переключатель — триггер, усилитель постоянного тока и его нагрузка — ее роль играет лам­па накаливания HL1. Принципиальная схема устрой­ства показана на рис. 60,6. Электрические импульсы с выхода усилителя на транзисторе VT1 переключают триггер, собранный на транзисторах VT2, VT3. Триг­гер переходит из одного устойчивого состояния в дру­гое, когда открыт то один из его транзисторов, то другой.

Когда открыт транзистор VT3, то закрыт транзи­стор VT4 усилителя тока и лампа не горит. Она заго­рается при закрывании транзистора. В устройстве ис­пользована лампа на напряжение 6 В и ток 0,1 А.

В устройстве можно применить любые герма­ниевые транзисторы малой мощности. Германиевые диоды — тоже любые. Важно лишь, чтобы в триггере были однотипные транзисторы и однотипные диоды. Источник питания — две батареи 3336, соединенные последовательно.

Рис. 60. Сенсорная система управления освещением:

а монтажная схема, б структурная схема

После того как устройство будет смакетировано и проверено, его можно установить в корпус настоль­ной лампы. На рис. 61 показано примерное размеще­ние отдельных узлов и деталей в корпусе лампы. Сенсорный выключатель. Этим устройством можно заменить выключатели электроосветительных прибо­ров, телевизора, радиоприемника. Многие уже, навер­ное, сталкивались с таким явлением: если прикоснуться пальцем к тока. Вот этим, казалось бы, вредным эффектом мож­но воспользоваться, собрав сенсорное устройство, схе­ма которого приведена на рис. 62. Если прикоснемся пальцем к сенсорному контакту Е1, через конденсатор С1 к затвору полевого транзистора VT1 (в исходном состоянии он открыт) будет приложено небольшое переменное напряжение. Ступень на транзисторе VT1 представляет собой усилитель — ограничитель.

Рис 61. Сенсорное устройство управления ноч­ным освещением

Рис. 62. Транзисторное сенсорное устрой­ство

Усилитель постоянного тока на транзисторах VT2 и VT3 необходим для усиления сигнала по мощности до уровня, достаточного для срабатывания реле К1. Контакты этого реле коммутируют исполнительные цепи. Конденсатор С2, которым зашунтировано реле, сглаживает пульсации, напряжения на обмотке. Стаби­литрон в цепи эмиттера выходного транзистора обес­печивает помехоустойчивость устройства.

Рис. 63. Сенсорный выключатель

Рис 64 Схема блока питания

На рис. 63 приведена схема еще одного варианта сенсорного выключателя, способного включать и вы­ключать бытовые приборы. Он состоит из двух ячеек, подобных описанной выше. В момент прикосновения к сенсору Е1 срабатывает реле К1. Контактами К1.2 (на схеме не показаны) оно включает исполнительную цепь и самоблокируется через контакты К 1.1 и К ГЛ. Для отключения прибора от сети достаточно прикос­нуться пальцем к сенсору Е1. Срабатывает реле КГ, цепь самоблокировки разрывается, и реле К1 возвра­щается в исходное состояние. Для этих сенсорных устройств можно сделать простейший блок питания. Его схему вы видите на рис. 64.

Во всех устройствах могут быть применены сле­дующие реле: РСМ2 (паспорт Ю.171.81.56), РЭС22 (РФ4.500.129), РЭС22 (РФ4.500.131). Помимо этого, везде, кроме первой ячейки переключателя, могут быть использованы реле: РЭС10 (РС4.524.303), РЭС15 (РС4.591.003), РЭС15 (РС4.591.004) с одной группой контактов.

В качестве сетевого трансформатора Т1 блока пи­тания использован выходной трансформатор кадровой развертки ТВК 110ЛМ от телевизора. Этот трансфор­матор имеет три обмотки (1 — 2400 витков провода ПЭВ — 1 0,14). Переделка трансформатора заключается в том, что к обмотке II следует добавить еще 30 вит­ков, намотанных тем же проводом. Обмотку III мож­но удалить. Если же вам удастся достать реле РЭС22 (паспорт РФ4.500.129), трансформатор можно не пере­делывать.