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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Contrôle du mouvement de la main. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur Avant de procéder à la description de la conception proposée, une remarque importante doit être faite. L'élément de commande sans contact développé peut être utilisé non seulement dans la technologie informatique. La conception et le but décrits du dispositif ne sont qu'un exemple de ses applications possibles. Parmi les fans de l'histoire de l'aviation, le jeu informatique "IL-2. Forgotten Battles" avec ses nombreux ajouts jouit d'une popularité bien méritée. Pas un seul manuel d'histoire ne peut expliquer le courage calme d'un pilote d'avion d'attaque de manière aussi nette et précise, comme dans une expérience de laboratoire, conduisant une voiture tourmentée par des canons anti-aériens sur un parcours de combat. Ou l'excitation frénétique du pilote du Raiden, voyant comment la silhouette du Boysan grandit sous son regard. Cependant, la position du pilote virtuel n'est pas aussi confortable que celle du pilote réel. Et l'image sur le moniteur est inférieure à la réalité, et il n'y a tout simplement pas assez de mains pour travailler avec le clavier. Le dernier problème est en partie résolu à l'aide d'un joystick. Ici, il y aurait plus de pédales pour contrôler le gouvernail. Cependant, ils ne sont disponibles que dans des appareils très rares et coûteux. Certes, même dans les modèles bon marché, il existe un troisième régulateur qui peut être utilisé à volonté: soit comme pédale, soit comme secteur de gaz. Après avoir ouvert mon joystick (Fig. 1), j'ai constaté que les bornes extrêmes de toutes ses résistances variables (potentiomètres) sont connectées en parallèle. Évidemment, l'une ou l'autre tension constante leur est retirée, qui est fournie au circuit. Cela a servi de point de départ au développement. La solution la plus simple est évidente - fabriquer des pédales dont l'axe sera une résistance variable. Ils peuvent compléter le système de contrôle simulé avec de vrais avions. Mais, outre une grande fiabilité technique et historique, une telle solution présente également des inconvénients considérables. La conception est très volumineuse et lourde. Il y a un problème avec sa fixation au sol. Au moment chaud de la bataille, ou lorsqu'il est nécessaire au décollage d'empêcher une "bête" telle que le La-5FN de tourner avec le moment de réaction d'un moteur puissant, il est difficile de résister à ne pas appuyer correctement sur la pédale. Le jeu dans les unités mécaniques rend le contrôle difficile. N'apporte pas de joie et d'usure des résistances variables. En un mot, une autre conception est requise, bien que moins historique, mais plus pratique et compacte. Et pourquoi ne pas "fournir" toutes ces souris, claviers, écrans tactiles d'iPhone, qui nécessitent certes un contact direct et arracher le processus de contrôle de la surface du panneau, le transférer dans le volume au-dessus ? Rappelez-vous comment dans l'une des histoires de Kira Bulychev: "L'étranger a tenu sa paume au-dessus d'un feu vert. Il s'est éteint et s'est à nouveau allumé plus fort qu'auparavant." Nous pouvons faire la même chose. La première chose qui vient à l'esprit lorsque l'on pense au contrôle sans contact est l'optique. Cependant, la plupart des systèmes optiques fonctionnent en transmission ou en interruption de faisceau. Insérez votre main dans une sorte d'espace entre la source lumineuse et le récepteur ? Qui a besoin d'un tel appareil "sans contact" ? D'autre part, les circuits réfléchissants traitent généralement des étiquettes et des codes-barres imprimés spéciaux à contraste élevé. Dans le même temps, la fiabilité de leur réaction à un objet qui peut être de n'importe quelle couleur et texture est également douteuse. Limite la liberté de choix du concepteur et une autre circonstance - la meilleure optique utilise des lasers. Mais leur rayonnement est nocif pour la vision et il n'est donc pas souhaitable de les utiliser dans des panneaux de contrôle qu'une personne regarde. La contamination et la poussière inévitables de l'optique en fonctionnement créent également des problèmes de temps en temps. Enfin, s'il y a plus d'un capteur, cela entraîne une complication importante et une augmentation du coût du circuit. Par conséquent, j'ai décidé d'utiliser des capteurs capacitifs. Les premiers systèmes de ce type utilisaient des circuits oscillants et étaient très instables. Presque chaque fois qu'ils étaient allumés, ils devaient être ajustés. Plus tard, des conceptions numériques plus stables sont apparues sur la base du principe du retard d'impulsion. Cependant, il s'agissait d'appareils tactiles conventionnels. Leurs auteurs, apparemment, n'avaient pas assez d'imagination pour imaginer un appareil qui fonctionne sans contact direct. J'ai décidé d'essayer... Jetez un oeil à la figure 1. Le générateur sur les éléments D1.2, D1.1 donne des impulsions au formateur d'impulsions le long du front sur D 1.3, D 1.4. A sa sortie (broche 11), un 1 logique est toujours présent, sauf pour le moment après l'arrivée du front d'impulsion de la sortie du générateur (broche 3). Pour le temps de retard de l'impulsion dans la chaîne R4, R3, CA, un 1.4 logique est défini à toutes les entrées de D1 et un 0 logique est défini à la sortie.R6, C3 ne diffère pratiquement pas d'une unité logique . Mais dès que la capacité du capteur augmente, comme un 0 logique en sortie du conformateur, elle occupe la majeure partie de la période des impulsions d'horloge et la tension en sortie diminue. Pour obtenir la bonne sensibilité du dispositif, il faut que la durée des impulsions de conformation soit comparable à la période des impulsions d'horloge (mais ne les dépasse pas). Ceci est réalisable à des fréquences de générateur d'horloge d'au moins 100 kHz.
Regardons maintenant la conception du capteur capacitif (Fig. 2). Il s'agit d'une plaque horizontale en feuille de fibre de verre. La deuxième doublure (au sol) est un écran de boîtier en étain, dans lequel la carte de l'appareil est placée verticalement. Ils forment un condenseur semi-ouvert quelque peu inhabituel avec des plaques perpendiculaires les unes aux autres. Il réagit clairement avec une augmentation de sa capacité au placement dans son champ de tout objet, à la fois conducteur et diélectrique. L'objet est ressenti à une distance d'au moins 30 mm. Cette conception donne un signal assez large qui peut surmonter diverses interférences et instabilités. Et l'amplificateur opérationnel DA1 peut amener son amplitude à n'importe quelle valeur requise. Déplacez votre pied près de la plaque et le gouvernail de votre avion tournera. Déplacez votre pied vers le haut ou vers l'arrière et le processus s'inversera.
Il y a deux capteurs capacitifs, comme des pédales dans un vrai avion. Étant donné que le signal d'un capteur est connecté à l'entrée inverseuse de l'amplificateur et de l'autre à l'entrée non inverseuse, la tension de sortie dépend de leur équilibre, sur quelle jambe vous «donnez» plus. En même temps, le circuit n'est pas très compliqué, car le générateur d'horloge et même l'inverseur D1.3 peuvent être communs à plusieurs canaux. Renforcer l'ampli op de plusieurs ordres de grandeur pour un contrôle en douceur est clairement redondant. Vous pouvez modifier le "rapport de vitesse" de la commande en introduisant un circuit de rétroaction négative. R9 réduit le gain, et pour le courant alternatif, l'OOS est encore plus profond, grâce au condensateur C 5. Cela élimine la possibilité d'auto-oscillations. La carte de circuit imprimé de l'appareil est illustrée à la figure 3. De nombreux trous d'un diamètre d'environ 3 mm sont percés sur les sections sans feuille de la carte dans la zone où les capteurs capacitifs sont connectés pour réduire la capacité initiale et augmenter la sensibilité de l'appareil. Les entrées des éléments D2 inutilisés sont mises à la terre pour éviter les dommages causés par les charges statiques. Il est souhaitable de rendre ces conducteurs minces. Ensuite, si nécessaire (défaillance d'éléments de travail ou quelques améliorations), vous pouvez les couper et utiliser ces éléments.
conception. Les plaques des capteurs capacitifs sont situées avec la feuille vers le haut. Ils sont articulés, peuvent être soulevés et pressés contre les parois du boîtier, formant une boîte compacte, facile à transporter et à ranger. Dans la zone des découpes, à cet effet, des axes sont soudés à partir de morceaux de fil de cuivre d'un diamètre de 0,8 mm. De plus, des fils flexibles au circuit (le meilleur de tous les MGTF) et des anneaux de fil sont soudés aux plaques, retenant leur partie non dénudée et empêchant le fil de se casser au point de dénudage. Après toute soudure, la surface de travail du capteur doit être isolée de tout contact électrique avec des corps étrangers. Dans de nombreux cas, un large ruban adhésif suffit pour cela. Le corps de l'appareil est un clip en forme de U en plastique de 2 mm d'épaisseur. À partir de déchets de plastique, des guides pour la planche et les bossages sont découpés et collés de l'intérieur, dans lesquels des trous filetés sont pratiqués pour la fixation du boîtier-écran. Les plaques de capteur sont insérées dans les découpes des pattes inférieures du boîtier avec les axes des plaques de capteur et scellées avec des superpositions, qui fixent également la partie inférieure de la carte. Le carter-écran en forme de U est en étain. Pour réduire la capacité initiale et l'influence de la surface d'appui, celle-ci n'atteint que quelques millimètres jusqu'au fond du boîtier. En face de la résistance d'accord R4, un trou est fait dans l'écran. De l'intérieur, un fil souple est soudé à l'écran pour se connecter au fil commun de la carte.
Établissement. Réglez R4 en position médiane. Au lieu de R1, soudez une résistance accordée avec une résistance d'environ 11 MΩ sur des fils courts. Réglez-le sur la valeur minimale. Assurez-vous que la tondeuse, ses fils et tout autre objet ne tombent pas dans le champ du capteur CA. Augmentez progressivement sa résistance jusqu'à ce que la tension constante à la broche 1 DD20 chute de 25 à 5 %. C'est un signal que l'appareil a commencé à sentir l'espace environnant. Mesurez la résistance du potentiomètre et remplacez-le par la même résistance constante, et déplacez le potentiomètre sur R4 afin qu'il ne tombe pas dans le champ du capteur SB. Réglez la sortie du second pilote sur la même tension que la sortie du premier. Réglez l'équilibre final avec la résistance RXNUMX à l'aide d'un tournevis diélectrique fin une fois l'appareil entièrement assemblé. Sortez un tournevis et vérifiez la tension à la sortie de l'ampli-op - elle doit être proche de la moitié de la tension d'alimentation. L'appareil a été testé avec succès avec les programmes IL-2 et le simulateur de planeur Condor. Le degré de réalisme était très proche de l'avion réel. Cependant, les programmes mentionnés ne sont pas créés pour les personnes sans ailes. Regardez la balle "Pioneer" et, après un peu d'entraînement, tout ira bien. Comme déjà mentionné, l'élément de commande sans contact proposé peut être utilisé non seulement dans la technologie informatique. Dans la plupart des cas, il n'y a pas besoin d'un circuit équilibré à deux canaux comme celui décrit. Un seul élément de canal peut être réalisé comme illustré à la figure 5.
Étant donné que la sortie du shaper est connectée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel, dans l'état initial, la tension à la sortie de l'appareil est faible. La tension à l'entrée non inverseuse est réglée par le trimmer R10 juste en dessous du seuil de commutation. Si vous apportez votre main au capteur capacitif, la tension à la sortie de l'appareil augmentera. Il peut être utilisé pour réguler ou simplement allumer et éteindre n'importe quel appareil. Dans ce dernier cas, la chaîne OOS n'est pas nécessaire. Au cours des expériences avec l'appareil, cette option s'est avérée assez efficace. Lors de l'intégration d'un contrôle sans contact dans un équipement, il convient de rappeler que le capteur réagit à la capacité introduite par des objets non seulement devant, mais également derrière lui, c'est-à-dire dans le boîtier de l'équipement. Il est important que cette capacité parasite soit plus petite, et surtout, inchangée. Un support de capteur desserré ou des fils suspendus à côté peuvent interférer avec la configuration. Cela ne vous permettra pas de réaliser une bonne sensibilité. Il est intéressant d'utiliser une commande sans contact (deux canaux indépendants) pour le mouvement de toutes portes, volets, etc. En installant deux capteurs sur la poignée, comme illustré à la figure 6, vous pouvez "pousser" le châssis dans n'importe quelle position souhaitée sans le toucher.
Bien sûr, les interrupteurs à bascule et les régulateurs classiques sont plus simples et moins chers. Cependant, il y aura toujours des applications où les éléments de commande sans contact proposés seront plus préférables. Par exemple, dans des conditions de travail dangereuses, lorsqu'il est nécessaire d'exclure complètement le contact électrique avec l'équipement, la transmission d'infection, etc. Ainsi, de nombreux appareils à l'avenir pourront être contrôlés d'un simple geste de la main, non armés de télécommandes, jetons ou autres appareils. Auteur : A. Lisov
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