В статье проанализированы методы построения устройств с бесконтактными кнопками. Бесконтактные кнопки представляют собой датчики, с помощью которых возможен набор информации. Используются для нескольких целей, таких как: защита информации, борьба с инфекциями и т. д. В статье осуществляется классификация методов работы бесконтактных кнопок. Существует несколько методов их реализации, ИК-датчики, Емкостные датчики, Индуктивные датчики и т. д.
Ключевые слова: бесконтактные кнопки, датчики.
Термин «Бесконтактные кнопки» зародился еще в 20-ом веке, однако устройств, которые бы своей функциональностью напоминали бы обычные клавиатуры если и были созданы, то не сыскали популярность. Однако в настоящее время возникает тенденция к их возникновению, обусловленная несколькими факторами: во-первых, бесконтактные кнопки исключают риск передачи инфекционных заболеваний при их использовании, так как исключают физический контакт с ними, во-вторых, при использовании систем безопасности, включающие в себя наборные поля т. е. клавиатуры, что с использованием оптико-спектральных систем слежения по тепловому излучению, остающемуся на клавишах определить код безопасности и т. п.
Задачей настоящего исследования является выбор метода построения устройства бесконтактных кнопок.
Основой построения устройств с бесконтактными кнопками являются датчики, которые можно классифицировать по физическому принципу действия (см. рис. 1).
Рис. 1. Классификация бесконтактных датчиков
Емкостные датчики — преобразователь параметрического типа, в котором изменение измеряемой величины преобразуется в изменение ёмкости конденсатора. Специальная схема преобразует изменение ёмкости в пороговый сигнал датчика [4].
Достоинства емкостных датчиков:
– Производство данных элементов не требует применения дорогостоящих материалов. При изготовлении, затраты являются минимальными и быстро окупаются. Изделие имеет малый вес и компактные габариты, что существенно упрощает транспортировку;
– Емкостные датчики не имеют контактов, что упрощает их установку, и относятся к классу приборов с повышенной чувствительностью;
– Изделие имеет продолжительный срок эксплуатации, не требует технического обслуживания;
– Емкостные датчики имеют различную форму, что позволяет применять из в большинстве отраслей;
Недостатки емкостных датчиков:
– Невозможность установки высокого коэффициента преобразования рабочих параметров;
– Изготовление имеет небольшую цену, но для его экранировки требуется применение дорогостоящих материалов, что также занимает определённое время;
– Для функционирования емкостного датчика требуется применение повышенных частот. 50 Гц промышленной сети не подходят для работы устройства.
Индуктивные датчики — бесконтактный датчик, предназначенный для контроля положения объектов из металла (к другим материалам не чувствителен). Принцип действия основан на изменении параметров магнитного поля, создаваемого катушкой индуктивности внутри датчика.
Достоинства индуктивных датчиков:
– Надежность конструкции;
– Отсутствие контактных соединений;
– Большую выходную мощность, что снижает влияние шумов и упрощает схему управления;
– Высокая чувствительность;
– Возможность работы от источников переменного напряжения промышленной частоты.
Недостатки индуктивных датчиков:
– Вес;
– Размеры;
– Сложность изготовления;
– Точность поддержания амплитуды сигнала с задающего генератора [5–6].
Оптические датчики — датчики, регистрирующие световое излучение разных диапазонов. Приёмник регистрирует в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах электромагнитные волны от излучателя, где оптический сигнал преобразуется в электрический [1].
Оптические датчики делятся на: а) барьерные, б) рефлекторные,
в) диффузионные.
Рис. 2. Классификация оптических датчиков
Барьерный оптический датчик — в таком датчике луч излучается посредством источника света, а излучение принимается фотоприемником, находящегося напротив источника света.
Рефлекторный оптический датчик — датчик, в котором излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Принцип срабатывания следующий: как только в зону покрытия излучателя попадает контролируемый предмет, рефлектор отражает соответствующий сигнал. Для обеспечения стабильной работы устройства предусмотрены защитные модули, предупреждающие засвечивание и смену полярности при организации сетевого питания.
Диффузный оптический датчик — принцип его работы схож с рефлекторным, однако данный датчик принимает излучение от любых объектов, а не от рефлектора. Такие датчики рассчитаны на маленькое расстояние срабатывания и неприхотливы в своей работе [2–3].
Оптические датчики могут улавливать различные по виду излучения. Их классификация приведена на рис. 3.
Рис. 3. Классификация излучений, принимаемых оптическим датчиком
Чаще всего можно встретить датчики регистрирующие тепловое и инфракрасное излучения. Ик-датчик имеет преимущества: Датчики, реагирующие на тепловое излучение, невозможно использовать в уличных условиях.
Из соображения простоты устройства оптимальным датчиком будет являться диффузный Ик-датчик. Однако при выборе датчика необходимо учитывать то, что для предотвращения ложных срабатываний нужно изолировать друг от друга излучатель и приемник, это можно сделать с помощью перегородки между ними, либо использовать уже готовый датчик в светонепроницаемом корпусе. Например, датчик CNY 70 (см. рис. 4).
Рис. 4. Оптический датчик CNY 70
CNY70 является отражающим оптическим датчиком, который включает в себя ИК эмиттер и фототранзистор в выводном светонепроницаемом корпусе.
Достоинства оптических ИК-датчиков:
– Возможность довольно точной регулировки дальности и угла обнаружения движущихся объектов;
– Удобен в использовании вне помещений т. к. реагирует лишь на объекты, имеющие собственную температуру.
Недостатки оптических датчиков:
– Возможность ложных срабатываний. Из-за того, что датчик реагирует на любые ИК (Тепловые) излучения, могут случаться ложные срабатывания даже на теплый воздух, поступающий из кондиционера, радиаторов отопления и т. п.;
– Снижена точность работы на улице. Из-за воздействия окружающих факторов, таких как прямой солнечный свет, осадки и т. п.;
– Относительно небольшой диапазон рабочих температур;
– Не обнаруживает объекты, облаченные/покрытые не пропускающими ИК — излучение материалами.
По совокупности достоинств и недостатков лучшим выбором для построения устройств с бесконтактными кнопками подходит оптический ИК-датчик: ИК-датчик реагирует на любой предмет, имеющий собственное излучение. Емкостный датчик будет реагировать на предмет из любого рода материала, однако из-за их электромагнитного поля возникает невозможность их близкого относительно друг друга использования. Диффузный ИК-датчик дешев, схема с их использованием будет обладать лишь микроконтроллером, датчиками и резисторами. Разработана блок схема устройства (см. рис. 5).
Рис. 5. Блок схема устройства с бесконтактными кнопками
В настоящее время разрабатывается структурная схема устройства с использованием микроконтроллера.
Литература:
- Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. — М.: Мир, 1989. — 196 с
- ruselectronic. Бесконтактные датчики [Электронный ресурс]: URL.: https://www.ruselectronic.com/beskontaktnye-datchiki. (дата обращения 10.04.2022)
- prodatchik. Оптический датчик [Электронный ресурс]: URL.: https://prodatchik.ru/vidy/opticheskij-datchik/. (дата обращения 10.04.2022)
- electricalschool. Емкостные датчики [Электронный ресурс]: URL.: http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/440-emkostnye-datchiki.html. (дата обращения 10.04.2022)
- Wikipedia. Оптические датчики [Электронный ресурс]: свободная энциклопедия — / Wikipedia. — Электронные данные. Режим доступа: URL.: https://ru.wikipedia.org/wiki/Оптические_датчики. (дата обращения 10.04.2022)
- odinelectric. Что такое индуктивный бесконтактный датчик [Электронный ресурс]: URL.: https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-induktivnyj-beskontaktnyj-datchik. (дата обращения 10.04.2022)
