Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 августа, печатный экземпляр отправим 6 августа
Опубликовать статью

Молодой учёный

Метод построения блока бесконтактных кнопок в системах безопасности

Информационные технологии
25.05.2022
145
Поделиться
Библиографическое описание
Свиридов, В. П. Метод построения блока бесконтактных кнопок в системах безопасности / В. П. Свиридов, Д. С. Савосин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 21 (416). — С. 205-209. — URL: https://moluch.ru/archive/416/91989/.


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).

Классификация бесконтактных датчиков

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.

Классификация оптических датчиков

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.

Классификация излучений, принимаемых оптическим датчиком

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).

Оптический датчик CNY 70

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).

Блок схема устройства с бесконтактными кнопками

Рис. 5. Блок схема устройства с бесконтактными кнопками

В настоящее время разрабатывается структурная схема устройства с использованием микроконтроллера.

Литература:

  1. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. — М.: Мир, 1989. — 196 с
  2. ruselectronic. Бесконтактные датчики [Электронный ресурс]: URL.: https://www.ruselectronic.com/beskontaktnye-datchiki. (дата обращения 10.04.2022)
  3. prodatchik. Оптический датчик [Электронный ресурс]: URL.: https://prodatchik.ru/vidy/opticheskij-datchik/. (дата обращения 10.04.2022)
  4. electricalschool. Емкостные датчики [Электронный ресурс]: URL.: http://electricalschool.info/spravochnik/apparaty/440-emkostnye-datchiki.html. (дата обращения 10.04.2022)
  5. 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)
  6. odinelectric. Что такое индуктивный бесконтактный датчик [Электронный ресурс]: URL.: https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-induktivnyj-beskontaktnyj-datchik. (дата обращения 10.04.2022)
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт и справку о публикации.
Опубликовать статью
Ключевые слова
бесконтактные кнопки
датчики
Молодой учёный №21 (416) май 2022 г.
Скачать часть журнала с этой статьей(стр. 205-209):
Часть 3 (стр. 173-253)
Расположение в файле:
стр. 173стр. 205-209стр. 253

Молодой учёный