Pengenalan Sensitive Touch Capacitive

Pada artikel ini, kita akan melihat secara terperinci (tapi tidak terlalu rinci) melihat prinsip-prinsip kelistrikan yang memungkinkan kita mendeteksi keberadaan jari manusia dengan menggunakan sedikit lebih dari sebuah kapasitor.

Kapasitor Bisa Sensitif


Dalam dekade terakhir ini, memang sulit membayangkan dunia tanpa elektronik sensitif sentuhan. Smartphone adalah contoh yang menonjol dan ada di mana-mana, namun tentu saja, ada banyak perangkat dan sistem yang menggabungkan fungsionalitas sentuh. baik resistansi maupun kapasitansi dapat digunakan sebagai sarana untuk mencapai sensitivitas sentuhan; Pada artikel ini, kita akan membahas hanya sekedar sentuhan kapasitif, yang telah muncul sebagai implementasi pilihan.

Meski aplikasi berbasis capacitive touch sensing bisa sangat canggih, prinsip dasar yang mendasari teknologi ini cukup mudah. Memang, jika Anda memahami sifat kapasitansi dan faktor-faktor yang menentukan kapasitansi kapasitor tertentu, Anda berada di jalan untuk memahami sentuhan kapasitif.

Sensor sentuh kapasitif terbagi dalam dua kategori umum: konfigurasi kapasitansi bersama dan konfigurasi self-capacitance. Yang pertama, di mana kapasitor penginderaan terdiri dari dua terminal yang berfungsi sebagai pemancar dan penerima elektroda, lebih disukai untuk display yang peka terhadap sentuhan. Yang terakhir, di mana satu terminal kapasitor penginderaan terhubung ke ground, merupakan pendekatan langsung yang sesuai untuk tombol sentuh sensitif, slider, atau roda. Artikel ini menyajikan konfigurasi self-capacitance.

Kapasitor PCB


Kapasitor datang dalam berbagai bentuk. Kita semua terbiasa melihat kapasitansi dalam bentuk komponen timbal atau paket permukaan-mount, namun sebenarnya, yang benar-benar Anda butuhkan adalah dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolasi (yaitu dielektrik). Dengan demikian, cukup sederhana untuk membuat sebuah kapasitor menggunakan lapisan konduktor yang dimasukkan ke dalam papan sirkuit tercetak. Sebagai contoh, perhatikan tampilan atas dan tampilan samping berikut dari kapasitor PCB yang digunakan sebagai tombol sentuh-sensitif (perhatikan bahwa lapisan solder-topeng dihilangkan dalam diagram tampilan sisi samping).
Pengenalan Sensitive Touch Capacitive
Pemisahan isolasi antara tombol sensitif sentuhan dan tembaga di sekitarnya menciptakan sebuah kapasitor. Dalam kasus ini, tembaga di sekitarnya terhubung ke simpul tanah, dan akibatnya, tombol sensitif sentuhan kami dapat dimodelkan sebagai kapasitor antara sinyal sensitif sentuhan dan ground.

pada titik ini, Anda mungkin bertanya-tanya tentang berapa banyak kapasitansi pengaturan PCB kecil ini benar-benar menyediakan. Selanjutnya, bagaimana kita bisa menghitungnya dengan tepat. . . ? Untuk menjawab pertanyaan pertama, kapasitansi sangat kecil, mungkin sekitar 10 pF. seperti untuk pertanyaan kedua: Jangan khawatir jika Anda lupa elektrostatika Anda, karena nilai kapasitor sebenarnya tidak relevan. Kami hanya mencari perubahan kapasitansi, dan kita dapat mendeteksi perubahan ini tanpa mengetahui nilai nominal kapasitor PCB.

Efek Jari

Jadi, apa yang menyebabkan perubahan kapasitansi ini yang akan dideteksi oleh sentuhan-akal? Jari manusia tentu saja.
Pengenalan Sensitive Touch Capacitive
Sebelum kita membahas mengapa jari mengubah kapasitansi, penting untuk dipahami bahwa tidak ada konduksi langsung yang terjadi di sini; jari terisolasi dari kapasitor oleh masker solder PCB dan biasanya juga oleh lapisan plastik yang memisahkan perangkat elektronik darilingkungan luar.jadi jari tidak mengeluarkan kapasitor, dan selanjutnya, jumlah muatan yang tersimpan dalam kapasitor pada momen tertentu bukanlah jumlah bunga-lebih tepatnya, jumlah bunga adalah kapasitansi pada momen tertentu.

Jadi, mengapa kehadiran jari mengubah kapasitansi? Ada dua alasan: Yang pertama melibatkan sifat dielektrik jari, dan yang kedua melibatkan sifat konduktif jari.

Jari sebagai Dielektrik


Biasanya kita memikirkan sebuah kapasitor sebagai memiliki nilai tetap yang ditentukan oleh area dua lempeng yang melakukan, jarak antara pelat, dan konstanta dielektrik material di antara pelat. kita tentu tidak dapat mengubah dimensi fisik kapasitor hanya dengan menyentuhnya, tapi kita bisa mengubah konstanta dielektrik, karena jari manusia memiliki karakteristik dielektrik yang berbeda dari pada material (mungkin udara) yang digeser. Memang benar jari tidak akan terletak di daerah dielektrik sebenarnya, yang berarti ruang isolasi secara langsung di antara konduktor, tapi semacam "intrusi" ke dalam kapasitor itu sendiri tidak diperlukan:
Pengenalan Sensitive Touch Capacitive
Seperti ditunjukkan dalam diagram ini, jari tidak perlu berada di antara pelat untuk mempengaruhi karakteristik dielektrik karena medan listrik kapasitor meluas ke lingkungan sekitar.

Ternyata daging manusia adalah bahan dielektrik yang cukup baik karena kebanyakan tubuh kita mengandung air. Konstanta dielektrik vakum didefinisikan sebagai 1, dan konstanta dielektrik udara hanya sedikit lebih tinggi (sekitar 1.0006 pada permukaan laut dan suhu kamar). konstanta dielektrik air jauh lebih tinggi, sekitar 80. Jadi, interaksi jari dengan medan listrik kapasitor mewakili peningkatan konstanta dielektrik dan karenanya terjadi peningkatan kapasitansi.

Jari sebagai Konduktor


Siapa pun yang pernah mengalami kejutan listrik tahu bahwa kulit manusia bersifat konduktif. Saya sebutkan di atas bahwa konduksi langsung antara jari dan tombol sensitif sentuhan-yaitu, situasi di mana jari melepaskan kapasitor PCB-tidak terjadi. Namun, ini tidak berarti bahwa konduktivitas jari tidak relevan. Ini sebenarnya cukup relevan karena jari menjadi pelat konduktif kedua dari kapasitor tambahan:
Pengenalan Sensitive Touch Capacitive









Untuk tujuan praktis, kita dapat mengasumsikan bahwa kapasitor baru ini dibuat oleh jari (sebut saja tutup jari) sejajar dengan kapasitor PCB yang ada. Situasi ini agak rumit karena orang yang menggunakan perangkat sensitif sentuhan tidak terhubung secara elektrik ke simpul tanah PCB, dan dengan demikian kedua kapasitor tidak "sejajar" dengan pengertian rangkaian analisis yang khas.

Namun, kita bisa memikirkan tubuh manusia sebagai menyediakan tanah virtual karena memiliki kapasitas yang relatif besar untuk menyerap muatan listrik. Bagaimanapun, kita tidak perlu khawatir tentang hubungan listrik yang tepat antara tutup jari dan tutup PCB; Yang penting adalah konfigurasi pseudo-parallel dari dua kapasitor berarti jari akan meningkatkan kapasitansi keseluruhan karena kapasitor menambahkan secara paralel.

Dengan demikian, kita dapat melihat bahwa kedua mekanisme yang mengatur interaksi antara jari dan sensor sentuhan kapasitif berkontribusi pada peningkatan kapasitansi.

Jarak dekat dengan kontak


Diskusi sebelumnya membawa kita ke fitur menarik dari sensing "sentuhan" kapasitif: perubahan kapasitansi yang terukur dapat dihasilkan tidak hanya melalui kontak antara jari dan sensor tetapi juga oleh jarak antara jari dan sensor. Biasanya saya memikirkan perangkat sensitif sentuhan sebagai pengganti tombol atau tombol mekanis, namun teknologi penginderaan kapasitif benar-benar memperkenalkan lapisan fungsional baru dengan membiarkan sistem menentukan jarak antara sensor dan jari.

Kedua mekanisme mengubah kapasitansi yang dijelaskan di atas menghasilkan efek yang proporsional terhadap jarak. untuk mekanisme berbasis dielektrik-konstan, jumlah dielektrik berdaging yang berinteraksi dengan medan listrik kapasitor meningkat saat jari bergerak mendekati bagian konduktif dari kapasitor PCB. Untuk mekanisme berbasis konduktivitas, kapasitansi tutup jari (seperti halnya tutupnya) berbanding terbalik dengan jarak antara pelat konduksi.

Ingat, meskipun, bahwa ini bukan metode untuk mengukur jarak absolut antara sensor dan jari; Penginderaan kapasitif tidak menyediakan jenis data yang diperlukan untuk melakukan penghitungan jarak absolut yang tepat. Saya berasumsi bahwa akan memungkinkan untuk mengkalibrasi sistem indra kapasitif untuk pengukuran jarak kasar, namun karena rangkaian rasa kapasitif dirancang untuk mendeteksi perubahan kapasitansi, maka teknologi ini sangat sesuai untuk mendeteksi perubahan jarak, yaitu ketika ajari bergerak mendekati atau lebih jauh dari sensor.

Kesimpulan


Anda sekarang harus memiliki dasar konseptual yang kuat untuk membangun bangunan kapasitif bergaya sentuhan yang melonjak. Kami akan memulai konstruksi di artikel berikutnya dengan melihat teknik implementasi yang akan membantu Anda beralih dari teori ke praktik.

Friday, December 08, 2017 - tanpa komentar

0 komentar untuk artikel ini. Ingin berkomentar?

Emoticon Emoticon

Perlihatkan Semua Komentar Tutup Semua Komentar