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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Controle de movimento das mãos. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Antes de descrever o projeto proposto, uma observação importante deve ser feita. O elemento de controle sem contato desenvolvido pode ser usado não apenas em tecnologia de informática. O design descrito e a finalidade do dispositivo são apenas um exemplo de suas possíveis aplicações. Entre os fãs da história da aviação, o jogo de computador "IL-2. Forgotten Battles" com suas inúmeras adições é merecidamente popular. Nem um único livro de história pode explicar a coragem serena de um piloto de avião de ataque, com cuidado e precisão, como em um experimento de laboratório, conduzindo uma máquina atormentada por armas antiaéreas em um curso de combate. Ou a excitação frenética do piloto Raiden, vendo a silhueta do Boysan crescendo em sua mira. Porém, a posição do piloto virtual não é tão confortável quanto a do piloto real. E a imagem no monitor é inferior à realidade e simplesmente não há mãos suficientes para operar o teclado. O último problema é parcialmente resolvido com um joystick. Aqui haveria mais pedais para controlar o volante. No entanto, eles estão disponíveis apenas em dispositivos muito raros e caros. É verdade que mesmo em modelos baratos existe um terceiro regulador que pode ser usado como desejar: seja como pedais ou como setor de gás. Abrindo meu joystick (Fig. 1), descobri que os terminais extremos de todos os seus resistores variáveis (potenciômetros) estão conectados em paralelo. Obviamente, uma ou outra tensão constante é removida deles, que é fornecida ao circuito. Este foi o ponto de partida para o desenvolvimento. A solução mais simples é óbvia - fazer pedais cujo eixo será um resistor variável. Eles podem complementar o sistema de controle simulado de qualquer aeronave real. Mas, além da alta confiabilidade técnica e histórica, tal solução também apresenta desvantagens consideráveis. O design é muito volumoso e pesado. Há um problema ao fixá-lo no chão. No momento mais quente de uma batalha, ou quando é necessário evitar que uma “fera” como o La-5FN gire devido ao torque reativo de um motor potente, é difícil resistir a não pressionar o pedal corretamente. A folga nos componentes mecânicos dificulta o controle. O desgaste dos resistores variáveis também não traz alegria. Em uma palavra, é necessário algum outro design, embora não tão histórico, mas mais conveniente e compacto. Por que não “fornecemos” todos esses mouses, teclados, telas sensíveis ao toque dos iPhones, que certamente exigem contato direto, e arrancamos o processo de controle da superfície do painel, transferindo-o para o volume acima dele? Lembre-se de como em uma das histórias de Kir Bulychev: "O alienígena passou a palma da mão sobre a luz verde. Ela apagou e acendeu novamente com mais brilho do que antes." Nós podemos fazer isso também. A primeira coisa que vem à mente quando se pensa em controle sem contato é a óptica. No entanto, a maioria dos sistemas ópticos opera na transmissão ou na interrupção do feixe. Insira sua mão em algum espaço entre a fonte de luz e o receptor? Quem precisa de um dispositivo “sem contato”? Os circuitos reflexivos geralmente lidam com marcas e códigos de barras especiais impressos em contraste. Ao mesmo tempo, a confiabilidade de sua reação a um objeto, que pode ser de qualquer cor e textura, também é questionável. Outra circunstância limita a liberdade de escolha do projetista - as melhores ópticas utilizam lasers. Mas sua radiação é prejudicial à visão e, portanto, é indesejável usá-los em painéis de controle para os quais uma pessoa olha. A inevitável contaminação e poeira da óptica durante a operação também cria problemas de tempos em tempos. Finalmente, se houver mais de um sensor, isso leva a uma complicação significativa e a um aumento no custo do circuito. Portanto, decidi seguir o caminho do uso de sensores capacitivos. Os primeiros sistemas usavam circuitos oscilatórios e eram muito instáveis. Quase sempre que eram ligados, precisavam ser ajustados. Mais tarde, surgiram designs digitais mais estáveis baseados no princípio do atraso de pulso. No entanto, estes eram dispositivos de toque comuns. Seus autores, aparentemente, não tiveram imaginação suficiente para imaginar um dispositivo que funcionasse sem toque direto. resolvi tentar... Dê uma olhada na Figura 1. O gerador nos elementos D1.2, D1.1 produz pulsos para o modelador de pulso ao longo da borda em D 1.3, D 1.4. Em sua saída (pino 11) existe um 1 lógico o tempo todo, exceto no momento após a chegada da frente de pulso da saída do gerador (pino 3). Durante o tempo de atraso do pulso na cadeia R4, R3, CA, o lógico 1.4 é definido em todas as entradas de D1 e o lógico 0 é definido na saída. Enquanto a capacitância do sensor CA e, portanto, a duração do o pulso zero é pequeno, a tensão constante média na saída do modelador é suavizada R6, C3 praticamente não difere de uma unidade lógica. Mas assim que a capacidade do sensor aumenta, o 0 lógico na saída do driver ocupa a maior parte do período do pulso do clock e a tensão de saída diminui. Para obter a sensibilidade adequada do dispositivo, é necessário que a duração dos pulsos do shaper seja comparável ao período dos pulsos do clock (mas não os exceda). Isto é possível em frequências de gerador de clock de pelo menos 100 kHz.
Agora vamos dar uma olhada no design do sensor capacitivo (Fig. 2). É uma placa de fibra de vidro localizada horizontalmente. A segunda cobertura (terrestre) é uma tela de estanho, na qual a placa do dispositivo é colocada verticalmente. Eles formam um capacitor semiaberto um tanto incomum, com as placas dispostas perpendicularmente umas às outras. Reage claramente aumentando a sua capacidade à colocação de qualquer objeto, tanto condutor como dielétrico, no seu campo. O objeto é sentido a uma distância de pelo menos 30 mm. Este design fornece um sinal bastante amplo que pode superar várias interferências e instabilidades. E o amplificador operacional DA1 pode levar sua amplitude a qualquer valor necessário. Aproxime o pé da placa e o leme do avião girará. Mova a perna para cima ou para trás e o processo será invertido.
Existem dois sensores capacitivos, como os pedais de um avião real. Como o sinal de um sensor é conectado à entrada inversora do amplificador, e do outro - à entrada não inversora, a tensão de saída depende do equilíbrio, em qual perna você “dá” mais. Ao mesmo tempo, o circuito não é muito complicado, pois tanto o gerador de clock quanto até o inversor D1.3 podem ser comuns a vários canais. A amplificação do amplificador operacional em várias ordens de grandeza para uma regulação suave é claramente redundante. Você pode alterar a “relação de transmissão” do controle introduzindo um circuito de feedback negativo. R9 reduz o ganho e em corrente alternada o feedback é ainda mais profundo, graças ao capacitor C 5. Isso elimina a possibilidade de auto-oscilações. A placa de circuito impresso do dispositivo é mostrada na Figura 3. Nas áreas da placa livres de folha na área onde os sensores capacitivos estão conectados, vários furos com diâmetro de cerca de 3 mm são perfurados para reduzir a capacitância inicial e aumentar a sensibilidade do dispositivo. As entradas dos elementos D2 não utilizados são aterradas para evitar danos por cargas estáticas. É aconselhável tornar esses condutores finos. Então, se necessário (falha de elementos de trabalho ou algumas modificações), você poderá cortá-los e utilizar esses elementos.
projeto. As placas dos sensores capacitivos estão localizadas com a folha voltada para cima. Eles são articulados e podem ser levantados e pressionados contra as paredes da caixa, formando uma caixa compacta, fácil de transportar e armazenar. Para isso, na área dos recortes, são soldados eixos a partir de restos de fio de cobre com diâmetro de 0,8 mm. Também soldados às placas estão fios flexíveis para o circuito (de preferência MGTF) e anéis de fio que seguram a parte não desencapada deles e evitam que o fio se quebre no ponto de decapagem. Após a conclusão de toda a soldagem, a superfície de trabalho do sensor deve ser isolada do contato elétrico com objetos estranhos. Em muitos casos, um pedaço de fita adesiva larga é suficiente para isso. O corpo do dispositivo é uma moldura de plástico em forma de U com 2 mm de espessura. A partir de restos de plástico, são recortadas e coladas guias para a placa e saliências por dentro, nas quais são feitos furos roscados para fixação do invólucro da tela. As placas do sensor são inseridas nos cortes nas pernas inferiores da caixa com seus eixos e seladas com sobreposições que também fixam a parte inferior da placa. A tela em forma de U é feita de estanho. Para reduzir a capacidade inicial e a influência da superfície de apoio, ela não atinge o fundo da caixa alguns milímetros. Um furo é feito na tela em frente ao resistor de sintonia R4. Por dentro, um fio flexível é soldado à tela para conectar ao fio comum da placa.
Estabelecimento. Defina R4 para a posição intermediária. Em vez de RЗ, solde um resistor ajustado com uma resistência de cerca de 1 MOhm em fios curtos. Defina-o para o valor mínimo. Certifique-se de que o aparador, seus fios e quaisquer outros objetos não caiam no campo do sensor CA. Aumente suavemente sua resistência até que a tensão constante no pino 11 do DD1 diminua em 20 - 25%. Este é um sinal de que o dispositivo começou a detectar o espaço circundante. Meça a resistência do trimmer e substitua-o pelo mesmo resistor constante, e mova o trimmer até o local de R5 para que não caia no campo do sensor SB. Defina a saída do segundo driver para a mesma tensão da saída do primeiro. Defina o equilíbrio final com o resistor R4 usando uma chave de fenda dielétrica fina após a montagem completa do dispositivo. Retire a chave de fenda e verifique a tensão na saída do amplificador operacional - ela deve estar próxima da metade da tensão de alimentação. O dispositivo foi testado com sucesso com os programas IL-2 e o simulador de fuselagem Condor. O grau de realismo acabou sendo muito próximo de uma aeronave real. No entanto, os programas mencionados não foram criados para pessoas sem asas. Olhe para a bola Pioneer e, depois de um pouco de treino, tudo ficará bem. Como já mencionado, o elemento de controle sem contato proposto pode ser usado não apenas na tecnologia de informática. Na maioria dos casos não há necessidade de um circuito balanceado de dois canais como o descrito. Um elemento de canal único pode ser feito conforme mostrado na Figura 5.
Como a saída do modelador está conectada à entrada inversora do amplificador operacional, no estado inicial a tensão na saída do dispositivo é baixa. A tensão na entrada não inversora é definida pelo trimmer R10 logo abaixo do limite de comutação. Se você levar a mão até um sensor capacitivo, a tensão na saída do dispositivo começará a aumentar. Ele pode ser usado para regular ou simplesmente ligar e desligar qualquer dispositivo. Neste último caso, não é necessário um circuito OOS. Durante os experimentos com o dispositivo, esta opção mostrou-se bastante viável. Ao integrar o controle sem contato em qualquer equipamento, deve-se lembrar que o sensor responde à capacidade introduzida pelos objetos não só na frente, mas também atrás dele, ou seja, no corpo do equipamento. É importante que esta capacitância parasita seja menor e, o mais importante, inalterada. Uma montagem de sensor solta ou fios soltos próximos a ele podem confundir as configurações. Isso não permitirá uma boa sensibilidade. É interessante utilizar o controle sem contato (dois canais independentes) para a movimentação de quaisquer portas, caixilhos, etc. Ao instalar dois sensores no puxador, conforme mostra a Figura 6, você pode “empurrar” o caixilho para qualquer posição desejada sem tocá-lo.
É claro que os interruptores e reguladores clássicos são mais simples e baratos. Mas ainda existem áreas de aplicação onde os elementos de controle sem contato propostos serão mais preferíveis. Por exemplo, em condições de trabalho perigosas, quando é necessário eliminar completamente o contato elétrico com o equipamento, transmissão de infecção, etc. Assim, muitos dispositivos no futuro poderão ser controlados literalmente com um aceno de mão não armado com controle remoto controles, tokens ou quaisquer outros dispositivos. Autor: A.Lisov
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