- Què és un sensor tàctil capacitiu i com funciona?
- Construint un sensor tàctil capacitiu de quatre vies
- Materials necessaris per al circuit controlat tàctil ESP32
- Circuit de control del nostre sensor tàctil capacitiu
- Disseny de PCB per al circuit del sensor de tacte capacitiu
- Codi Arduino per a sensor tàctil capacitiu basat en ESP32
- Prova del circuit de sensor tàctil basat en ESP32
- Millores addicionals
En molts casos, s’utilitzen sensors tàctils en lloc de polsadors. L’avantatge és que no hem de proporcionar força per prémer un botó i podem activar una tecla sense tocar-la mitjançant sensors tàctils. La tecnologia de detecció tàctil s’està popularitzant dia a dia. I durant l’última dècada més o menys, s’ha fet difícil imaginar el món sense una electrònica sensible al tacte. Es poden emprar tant mètodes tàctils resistius com capacitius per desenvolupar un sensor tàctil i, en aquest article, parlarem d’una manera crua de fer un sensor tàctil capacitiu amb ESP32, anteriorment també hem construït un botó tàctil capacitiu amb Raspberry pi.
Tot i que els sensors tàctils específics de l’aplicació poden ser una mica complicats, el principi fonamental subjacent a aquesta tecnologia continua sent el mateix, de manera que en aquest article ens centrarem a desenvolupar el nostre sensor tàctil capacitiu amb l’ajut del nostre ESP32 preferit i una peça de coure. tauler revestit.
En el tutorial anterior, hem fet Control Home Lights amb Touch mitjançant el sensor tàctil TTP223 i Arduino UNO. Ara, en aquest projecte, estem construint un sensor tàctil per a ESP32, però també es pot utilitzar el mateix per a Arduino. A més, anteriorment hem utilitzat mètodes d’entrada basats en el tacte mitjançant coixinets tàctils capacitius amb diferents microcontroladors, com ara la interfície del teclat tàctil amb el microcontrolador ATmega32 i el TouchPad capacitiu amb Raspberry Pi.
Què és un sensor tàctil capacitiu i com funciona?
Els condensadors es presenten de moltes formes. El més comú es presenta en forma de paquet amb plom o paquet de muntatge superficial, però per formar una capacitat necessitem conductors separats per un material dielèctric. Per tant, és fàcil crear-ne un. Un bon exemple seria el que desenvoluparem en el següent exemple.
Considerant el PCB gravat com a material conductor, l’adhesiu actua com a material dielèctric, de manera que ara queda la pregunta: com tocar el coixinet de coure fa que la capacitat canviï de manera que el controlador del sensor tàctil sigui capaç de detectar? Un dit humà, és clar.
Bé, hi ha principalment dos motius: en primer lloc, un inclou les propietats dielèctriques del nostre dit, el segon és a causa de les propietats conductores del dit. Utilitzarem un toc basat en capacitius. Per tant, orientarem el nostre enfocament cap al sensor tàctil basat en capacitius. Però abans de discutir tot això, és important tenir en compte que no es produeix cap conducció i que el dit està aïllat a causa del paper que s’utilitza a l’adhesiu. Per tant, el dit no pot descarregar el condensador.
Dit que fa de dielèctric:
Se sap que un condensador té un valor constant que es pot obtenir per l’ àrea de les dues plaques conductores, la distància entre les plaques i la seva constant dielèctrica. No podem canviar l'àrea del condensador només tocant-lo, però sí que podem canviar la constant dielèctrica del condensador perquè un dit humà té una constant dielèctrica diferent del material que el mostra. En el nostre cas, és aire, estem desplaçant l’aire amb els dits. Si esteu preguntant com? Es deu al fet que la constant dielèctrica de l’aire 1006 a temperatura ambient al nivell del mar i la constant dielèctrica del dit són molt més al voltant dels 80 perquè un dit humà consisteix principalment en aigua. Per tant, la interacció del dit amb el camp elèctric del condensador provoca un augment de la constant dielèctrica, per tant la capacitat augmenta.
Ara que ja hem entès el principal, passem a la fabricació de PCB reals.
Construint un sensor tàctil capacitiu de quatre vies
El sensor tàctil capacitiu utilitzat en aquest projecte té quatre canals i és fàcil de fabricar. A continuació hem esmentat el procés detallat per fer-ne un.
En primer lloc, vam crear el PCB per al sensor amb l'ajuda de l' eina de disseny de PCB Eagle, que s'assembla a la imatge següent.
Amb l'ajut de les dimensions i Photoshop, vam fer la plantilla i, finalment, l'adhesiu per al sensor, que s'assembla a la imatge següent,
Ara, ja que hem acabat amb l’adhesiu, passem a fer la plantilla de tauler revestit que utilitzarem per fabricar el nostre PCB, que s’assembla a la imatge següent,
Ara podem imprimir aquest fitxer i continuar amb els processos d’elaboració d’un PCB casolà. Si sou nou, podeu consultar l'article sobre com construir PCB a casa. També podeu descarregar els fitxers PDF i Gerber necessaris des de l'enllaç següent
- Fitxer GERBER per al sensor tàctil capacitiu de quatre canals
Un cop fet, el PCB gravat real sembla la imatge següent.
Ara és hora de practicar alguns forats i connectem alguns cables amb la PCB. Per poder connectar-lo amb la placa ESP32. Un cop fet, sembla la imatge següent.
Com que no posàvem vies al PCB, la soldadura es feia per tot arreu mentre soldàvem, vam corregir el nostre error posant un forat al PCB, que podeu trobar a la secció de descàrregues anterior. Finalment, era el moment de posar l’adhesiu i deixar-lo definitiu. La qual cosa s’assembla a la imatge següent.
Ara hem acabat amb el panell tàctil, és el moment de passar a fer el circuit de control del panell tàctil.
Materials necessaris per al circuit controlat tàctil ESP32
A continuació es detallen els components necessaris per construir la secció del controlador mitjançant ESP32, que hauríeu de trobar-ne a la botiga d’aficionats local.
També he enumerat els components de la taula següent amb el tipus i la quantitat necessaris, ja que estem relacionant un sensor tàctil de quatre canals i controlant quatre càrregues de CA, farem servir 4 relés per canviar la càrrega de CA i 4 transistors per construir el relé. circuits de controladors.
|
Sl.No |
Parts |
Tipus |
Quantitat |
|
1 |
Relleu |
Interruptor |
4 |
|
2 |
BD139 |
Transistor |
4 |
|
3 |
Terminal de cargol |
Terminal de cargol 5mmx2 |
4 |
|
4 |
1N4007 |
Diodo |
5 |
|
5 |
0,1 uF |
Condensador |
1 |
|
6 |
100uF, 25V |
Condensador |
2 |
|
7 |
LM7805 |
Regulador de voltatge |
1 |
|
8 |
1K |
Resistència |
4 |
|
9 |
560R |
Resistència |
4 |
|
10 |
LED ambre |
LED |
4 |
|
11 |
Capçalera masculina |
Connector |
4 |
|
12 |
Capçalera femenina |
Connector |
30 |
|
13 |
LED vermell |
LED |
1 |
|
14 |
ESP32 Dev Board V1 |
Junta ESP32 |
1 |
|
12 |
Tauler revestit |
Genèric 50x 50mm |
1 |
|
13 |
Jumper Wires |
Filferros |
4 |
|
14 |
Connexió de cables |
Filferros |
5 |
Circuit de control del nostre sensor tàctil capacitiu
La imatge següent mostra el diagrama complet del circuit del nostre sensor tàctil basat en ESP32.
Com podeu veure, és un circuit molt senzill amb components mínims necessaris.
Com que és un circuit senzill de sensor tàctil, pot ser útil en llocs on vulgueu interactuar amb un dispositiu a través del tacte, per exemple, en lloc d’utilitzar un interruptor típic muntat a la placa, podeu encendre / apagar els aparells amb el tacte.
A l’esquema, s’utilitza una presa de barril de CC com a entrada on proporcionem la potència necessària per alimentar el circuit, a partir d’aquí tenim el nostre regulador de voltatge 7805 que converteix l’entrada de CC no regulada a una constant de 5 V CC a través de la qual proporcionem l'alimentació del mòdul ESP32.
A continuació, a l’esquema, tenim els nostres connectors tàctils al pin 25, 26, 27, 28, on connectarem el touchpad.
A continuació, tenim els nostres relés que es commuten mitjançant un transistor BD139, el díode D2, D3, D4, D5 hi és per protegir el circuit de la tensió de qualsevol transitori que es genera quan el relé commuta, els díodes d’aquesta configuració es coneixen com a díode de retrocés / díode de roda lliure. Les resistències 560R a la base de cada transistor s’utilitzen per limitar el flux de corrent a través de la base.
Disseny de PCB per al circuit del sensor de tacte capacitiu
El PCB del nostre circuit de sensor tàctil va ser dissenyat per a una placa de cara única. Hem utilitzat Eagle per dissenyar el meu PCB, però podeu utilitzar qualsevol programari de disseny que trieu. La imatge 2D del disseny del nostre tauler es mostra a continuació.
Es va utilitzar un diàmetre de traça suficient per fer les pistes de potència, que s’utilitza per fer circular el corrent a través de la placa de circuit. Posem el terminal de cargol a la part superior perquè és molt més fàcil connectar la vostra càrrega d’aquesta manera i el connector d’alimentació, que és una presa de barril de CC, es va col·locar al costat, cosa que també facilita l’accés. El fitxer de disseny complet per a Eagle juntament amb el Gerber es pot descarregar des de l’enllaç següent.
- Fitxer GERBER per al circuit de control del sensor tàctil basat en ESP32
Ara que el nostre disseny està llest, és hora de gravar i soldar el tauler. Un cop finalitzats els processos de gravat, perforació i soldadura, el tauler sembla la imatge que es mostra a continuació,
Codi Arduino per a sensor tàctil capacitiu basat en ESP32
Per a aquest projecte, programarem l’ESP32 amb un codi personalitzat que descriurem en breu. El codi és molt senzill i fàcil d’utilitzar, Comencem definint tots els pins necessaris, en el nostre cas, definim els pins dels nostres sensors tàctils i relés.
#define Relay_PIN_1 15 #define Relay_PIN_2 2 #define Relay_PIN_3 4 #define Relay_PIN_4 16 #define TOUCH_SENSOR_PIN_1 13 #define TOUCH_SENSOR_PIN_2 12 #define TOUCH_SENSOR_PIN_3 14 #define TOUCH_SENS
A continuació, a la secció de configuració, comencem inicialitzant l’UART per a la depuració, a continuació hem introduït un retard de 1S que ens dóna una mica de temps per obrir una finestra de monitor serial. A continuació, fem servir la funció pinMode d'Arduinos per fer els pins de relé com a sortida, que marca el final de la secció Setup () .
configuració nul·la () {Serial.begin (115200); retard (1000); pinMode (Relay_PIN_1, OUTPUT); pinMode (Relay_PIN_2, OUTPUT); pinMode (Relay_PIN_3, OUTPUT); pinMode (Relay_PIN_4, OUTPUT); }
Comencem la nostra secció de bucle amb una sentència if , la funció incorporada touchRead (pin_no) s'utilitza per determinar si es va tocar un pin o no. La funció TouchRead (pin_no) retorna uns valors enters (0 - 100), el valor es manté prop de 100 tot el temps, però si toquem el pin seleccionat, el valor caurà a prop de zero i amb l'ajut del valor canviant, podem determinar si el pin concret va ser tocat per un dit o no.
A la sentència if , comprovem si hi ha cap canvi en els valors enters i, si el valor arriba a menys de 28, podem estar segurs que hem reconegut un toc. Una vegada que la sentència if es converteixi en veritable, esperem 50 ms i comprovem el paràmetre de nou, això ens ajudarà a determinar si el valor del sensor s'ha activat falsament; després d'això, invertim l'estat del pin mitjançant l'ús de digitalWrite (Relay_PIN_1,! DigitalRead (Relay_PIN_1)) i la resta del codi es manté igual.
if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_1) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_1) <28) {Serial.println ("El sensor es toca"); digitalWrite (Relay_PIN_1,! digitalRead (Relay_PIN_1)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_2) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_2) <28) {Serial.println ("Es toca el sensor dos"); digitalWrite (Relay_PIN_2,! digitalRead (Relay_PIN_2)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_3) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_3) <28) {Serial.println ("Es toca el sensor tres"); digitalWrite (Relay_PIN_3,! digitalRead (Relay_PIN_3)); }} else if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_4) <28) {if (touchRead (TOUCH_SENSOR_PIN_4) <28) {Serial.println ("Es toca el sensor quatre"); digitalWrite (Relay_PIN_4,! digitalRead (Relay_PIN_4)); }}
Finalment, finalitzem el nostre codi amb 200 ms de retard de bloqueig.
Prova del circuit de sensor tàctil basat en ESP32
Com que es tracta d’un projecte molt senzill, el conjunt de proves és molt senzill, com podeu veure, he connectat 4 LEDs amb resistències que actuen com a càrregues, ja que està connectat amb el relé, podeu connectar fàcilment qualsevol càrrega de fins a 3A.
Millores addicionals
Tot i que el PCB és senzill, encara hi ha marge per millorar, com es pot veure a la part inferior del PCB real, he connectat moltes resistències en un intent de connectar quatre LED d’indicació i la mida del PCB també es pot reduir si esdevé un requisit, Espero que us hagi agradat l'article i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, podeu deixar-les a la secció de comentaris o fer servir els nostres fòrums per publicar altres preguntes tècniques.