Przełącznik dotykowy

Przełącznik dotykowy jest urządzeniem elektrycznym do sterowania oświetleniem, które różni się od zwykłej obecności czujnika. W obcej praktyce urządzenia są słusznie nazywane elektronicznymi. I słusznie, osiągnięcia elektroniki półprzewodnikowej są aktywnie wykorzystywane w kompozycji przełącznika dotykowego.

Główne cechy przełączników dotykowych

Przełączniki dotykowe są nazwane jako część czujnika( czujnik - czujnik).Potrafi zarejestrować ciepło dłoni, oznaczyć dotyk, skupić się na dźwięku. Takie urządzenia nazywane są czujnikami obecności, a sterowanie oświetleniem jest dla nich wtórne. Coraz częściej złożone urządzenia elektroniczne przejmują rolę strażników lub kontrolerów różnych procesów. Typowym przykładem są automatyczne drzwi supermarketu.

W czujniku czujnik fizycznie nie jest w stanie wygenerować silnego sygnału do bezpośredniego sterowania. Poziom napięcia( lub prądu) jest w miliwoltach( miliamperach).Nie wystarcza to nawet do przesłania sygnału do bazy tranzystora. Drugą funkcją przełączników dotykowych jest obecność urządzeń wzmacniających. Zwykle są to tranzystory lub inny przedstawiciel elektroniki półprzewodnikowej, kaskadowy: pierwszy jest bardzo czuły, ale ma niską moc, a następnie jest grubszy, ale może ciągnąć duże obciążenie. Często galwaniczna izolacja obwodów jest wykorzystywana za pomocą transoptorów, gdzie sygnał sterujący jest przesyłany za pomocą promieniowania optycznego( światła).Oddziela to delikatne czujniki od sekcji zasilania przełącznika dotykowego.

Oprócz optycznego wykorzystuje się także pasmo radiowe. Następnie medium transmisji staje się powietrzem za pomocą protokołów komunikacji bezprzewodowej WiFi, BlueTooth, itp. Struktura zawiera elementy aktywne i potrzebują energii do ich zasilania. Okazuje się, że z baterii lub prostowania napięcia sieciowego i przycinania do pożądanego poziomu. Najprostszym przykładem może być stabilizator typu równoległego na diodzie Zenera. I bardzo rzadko istnieje możliwość osadzenia pełnowartościowego zasilacza impulsowego.

W zależności od rodzaju czujnika oświetlenie reaguje na różne bodźce. Na przykład klaśnij dłońmi, komendą głosową, falą ręki lub SMS-em ze smartfona. To nie jest pełna lista usług znalezionych w systemie Smart Home. W tym drugim przypadku możliwe staje się naprawdę inteligentne zarządzanie elektronicznym nadzieniem budowlanym. W przeciwnym razie światło może zostać włączone przez drażniące i wyłączone, na przykład, przez zegar. Jest to niewygodne i nie przyczynia się do oszczędności energii.

Odmiany przełączników dotykowych Przełączniki dotykowe

są zdalne lub lokalne. W tym ostatnim przypadku znajdują się one w pobliżu obwodu mocy przełączanego oświetlenia. W tomie jednego tematu nie ma możliwości szczegółowego zbadania wszystkich rodzajów przełączników dotykowych. Przydatne jest dla czytelnika zapoznanie się z systemami alarmowymi znanymi dzisiaj. Wiele przełączników dotykowych zapożyczyło zasadę działania z dziedziny ochrony.

Pasywne czujniki podczerwieni

Obecnie wiele uwagi poświęca się tematyce pasywnych czujników podczerwieni( PIR) w systemach bezpieczeństwa. Czujniki te reagują na ciepło emitowane przez ludzkie ciało. Aby uniknąć fałszywych alarmów, szerokość aktywnego spektrum jest przycinana po obu stronach. Przełącznik jest wyzwalany przez szczytowe promieniowanie ciała o temperaturze około 36 stopni Celsjusza. Zazwyczaj system sensoryczny składa się z co najmniej dwóch odbiorników promieniowania optycznego w celu określenia położenia kątowego obiektu podrażnienia: osoba wchodzi do pomieszczenia lub wychodzi.

W tym przypadku wrażliwe obszary fotorezystorów( fototranzystory) są inaczej sterowane. Następnie sygnał na nich jest inny, sądząc po różnicy położenia kątowego. Osiąga to inny cel: urządzenie zaprojektowano tak, aby reagowało tylko na poruszające się obiekty, minimalizując w ten sposób prawdopodobieństwo fałszywych alarmów. Osoba zwykle nie pozostaje spokojna, niepokojąca( alarm).Łatwo się zabezpieczyć przed takimi systemami, nosząc zwykły kombinezon kosmiczny. Ale w systemie oświetleniowym takie sztuczki nie mają znaczenia z oczywistego powodu: gość, wręcz przeciwnie, chce być zauważony. Dzięki możliwości określenia kierunku, poszczególne czujniki działają w trybie ściemniacza: będziesz machał w pierwszym kierunku - światło staje się jaśniejsze, w drugim jest stłumione( produkty Leviton).

Przełącznik dotykowy jest ustawiony, aby uruchamiał wybrany rodzaj odwiedzających. Załóżmy, że osoba siedząca na wózku inwalidzkim, dziecko nie zostanie zauważone, jeśli czujnik jest zawieszony zbyt wysoko. Pozwolić, aby pokój zawierał objaśniające napisy: machnij ręką przez okno. Jest to wymagane, jeśli nie chcesz wydawać prądu na zwierzęta. Pomimo obecności wełny wszystkie żywe istoty różnią się temperaturą od otoczenia.

Czujniki podczerwieni nie są w stanie fizycznie osłonić całego pomieszczenia. Ze względów trywialnych, najbardziej efektywne przełączniki dotykowe oparte na nich są przejściowe. Umieszczony na początku i końcu korytarza lub schodów. Po zastosowaniu opóźnienia możliwe staje się użycie w pomieszczeniach magazynowych, pomieszczeniach gospodarczych. Prawdziwie użyteczne systemy czujników w pasywnym promieniowaniu podczerwonym są połączone z inteligentnym kontrolerem, który policzy ludzi, którzy weszli i opuścili pomieszczenie. Oczywiście, każdy sprytny chuliganizm, taki tandem będzie próbował oszukać, rozsądne jest uzupełnienie przełącznika dotykowego i kontrolera środkami pomocniczymi.

Elementy piezoelektryczne

Elementy piezoelektryczne w przełącznikach dotykowych składają się z dwóch rodzajów, których zasadę określa się odpowiednio:

• Efekt piezorezystywny - zmiana rezystancji próbki pod działaniem obciążeń mechanicznych.
• Efekt piezoelektryczny - powstawanie różnic potencjałów na powierzchniach kryształu pod wpływem mechanicznego odkształcenia.

Oba efekty odkryto w XIX wieku. Chronologia pokrywa się z porządkiem na liście.

Przełączniki piezorezystancyjne

Efekt piezorezystancyjny( termin wprowadzony w 1935 roku przez Johna V. Cooksona z Uniwersytetu Wisconsin, z greckiego piezo-crush) opisany przez Lorda Kelvina( Journal of the Royal Society, tom 8, s. 550-555, 1856-1857), Uwaga z 17 czerwca 1857 roku na temat badania konduktancji przewodów komercyjnych do telegrafu) na przykładzie żelaza, platyny i miedzi. Być może stwierdzenie na temat zwiększenia oporności próbki w granicach 0,5% w odpowiedzi na silne i liczne zgięcia na całej długości jest tylko pewnym odniesieniem do tematu. Ale historycy się nie zgadzają.Lord Thomson zbadał przyczyny różnic w konduktywności próbek używanych w marynarce wojennej i wyprowadził prostą formułę: dostawca miedzi jest ważny. Deformacje w niewielkim stopniu wpływają na opór, dopuszczalne jest zaniedbanie.

Thomson był świadomy wpływu mechanicznego napięcia. Podczas prezentacji nagrody Royal Society Prize( Baker Lecture, 1856) opisał ciekawy eksperyment. Na barkach mierzącego mostu Whitsona znajdowały się przewodniki miedzi lub żelaza o tej samej długości, ale niektóre próbki były rozciągane za pomocą zawiesin. Urządzenie na przekątnej rejestrowało różnicę.Thomson wyjaśnił to poprzez mechaniczne odkształcenia. Ale nie wiadomo na pewno, czy pojawienie się eksperymentu jest spójne z badaniami przeprowadzonymi w odniesieniu do drutów telegraficznych. Ponadto czytelnicy mogą zapoznać się z kolejnością liczb zmian rezystancji( oś odciętych) na rysunku zaczerpniętym z IEEE Proceedings for 2009.

Następnie podążały liczne prace o podobnym charakterze. W XIX wieku były to notatki Tomlinsona, aw XX wieku - Bridgmana i Rolnika. Pierwsze interesujące wyniki uzyskał w 1932 r. Allen, który ustanowił anizotropię zmian w kryształach cynku, kadmu, antymonu, bizmutu i cyny. Podobnie jak w przypadku innych badań, pomysły Bridgmana doprowadziły do ​​stworzenia równań tensorowych opisujących proces. W 1938 r. Dzięki staraniom wielu naukowców narodziły się pierwsze czujniki. Podobnie jak te, które są używane dzisiaj w wagach podłogowych i przekształcają deformację w zmianę oporu. Już w 1950 roku Bardin i Shockley przewidywali znaczący efekt piezorezystancyjny w regularnych strukturach krystalicznych na trzy lata przed odkryciem.

W obecnej formie efekt piezorezystancyjny narodził się 30 grudnia 1953 r. Dzięki inżynierowi o pospolitym nazwisku Smith z Bell Laboratories, który opisał dziwne zachowanie się kryształów krzemu i germanu obu rodzajów przewodności. Z powodu efektów mechanicznych próbki zmieniły opór. Master of University of Connecticut Western Reservation był aktywnie zainteresowany anizotropowymi właściwościami półprzewodników oraz pracą Bardeena i Shockleya. Nowe czujniki pojawiły się już w 1950 roku z czułością 50 razy większą niż analogi czystych metali.

Kulite Semiconductor, założona w 1958 roku, stała się pierwszą firmą zajmującą się produkcją czujników piezorezystancyjnych. W nowoczesnych modelach przyciski tworzone są na bazie cienkiej membrany półprzewodnikowej. Po naciśnięciu środka na krawędziach występuje silne napięcie, które zmienia przewodność witryny. Pomiar odbywa się za pomocą obwodu mostu lub innych metod. Napięcie niewyważenia jest wzmacniane i służy do kontrolowania włączania i wyłączania światła.

Czujniki piezoelektryczne

Efekt piezoelektryczny odkryli w 1880 roku bracia Jacques i Pierre Curie. Podobnie jak w poprzednim przypadku, zjawisko zostało z góry przewidziane. W oparciu o podstawy teoretyczne René-Just Gauy i Antoine César Becquerel zasugerowali możliwe połączenie między elektrycznością a odkształceniami mechanicznymi. Pierwsze udane eksperymenty przeprowadzono na kryształach kwarcu, turmalinie, topazie, trzcinie cukrowej i segnevicie. Tak, wiele substancji wykazuje właściwości piezoelektryczne:

1. Ludzkie kości i ścięgna.
2. Cząsteczki DNA.
3. Emalina i szkliwo zębów.

Rok później, Gabriel Jonas Lippmann zasugerował, opierając się na podstawach termodynamiki, istnienie przeciwnego efektu: deformacji kryształów pod działaniem pola elektrycznego. Przypuszczenie to zostało potwierdzone w 1882 r. Przez Jacquesa i Pierre'a Curie, a po drodze stworzyli piezoelektrometr, używany do badania pierwiastków promieniotwórczych. W 1910 r. Voldemar Voigt opublikował podręcznik o fizyce kryształów.

Efekt wywołał baczną uwagę naukowców. W 1917 r. Na tle pierwszej wojny światowej ukazał się sonar okrętów podwodnych( Paul Langevin), aw 1921 r. Pojawił się pierwszy rezonator kwarcowy( Walter Gayton Cady).Rozwój poszukiwań doprowadził do odkrycia tytanianu baru w 1946 roku( Arthur von Hippel).W okresie powojennym pojawiły się dość liczne zastosowania efektu piezoelektrycznego, ale wszystkie były mało związane z rozpatrywanym tematem. Jeśli chodzi o urządzenia sterujące, zauważamy dwa z nich, w obu przypadkach wykorzystując folie polimerowe jako czułe elementy:

1. US3935485 na klawiaturze piezoelektrycznej. Cel urządzenia nie jest określony, ale patrząc na nazwiska wnioskodawców( Kureha Kagaku, Kogyo Kabushiki, Kaisha) i rok( 1976), załóżmy, że zespół miał kontrolować zautomatyzowane linie montażowe na przenośnikach.
2. Deklarowana w US4343975( 1980), próbka może być widoczna dla każdego, nawet dziś, na elektronicznych wagach w sklepie. Jest to podświetlana klawiatura, która znacznie ułatwia pracę operatora.