Již jsem na stránkách HW serveru a automatizace.hw.cz mohli setkat s popisem konstrukce dotykových kapacitních či indukčních tlačítek, které nevyžadují vynaložení žádné ovládací síly a za určitých podmínek a na vzdálenosti několika mm je lze také realizovat jako bezdotyková. Ale pro opravdu bezdotykové ovládání, které funguje nejen na jednotky mm, ale i na jednotky či dokonce desítky cm, musíme použít jinou technologii.

Princip bezdotykových infra tlačítek

Jednou z možností realizace plně bezdotykového ovládání je použití světla, resp. jeho infračervená část spektra. To už tu bylo, řeknete si a pravděpodobně se vám hned vybaví běžná tzv. infračervená PIR čidla využívané v zabezpečovací technice. Ty ale pro detekci "stisku" nelze použít, protože nedetekují přítomnost např. prstu, ale jen změnu polohy, tedy pohyb. To je nám zde k ničemu, protože chceme trvale detekovat prst (stisk tlačítka) i v případě, že se nehýbe. Navíc princip založený na detekci změny světla není příliš nespolehlivý díky své nejednoznačnosti a také by nešlo využívat předmětů, které sami osobě neprodukují teplo (infra záření).

Zde je tak nutné využít princip měření absolutní odrazivosti, to znamená, že podobně jako například u optozávor budeme vysílat vlastní infračervený paprsek například infra LED diodou a snímačem, například infračervenou fotodiodou, snímat intenzitu odraženého světla. Pokud před snímačem bude volný prostor, žádné vyslané světlo se neodrazí a tedy není detekován stisk, v opačném případě při přiblížení prstu či jiného předmětu pak se větší či menší část světla odrazí na snímač a je detekován stisk tlačítka. Mimo zmíněné nezávislosti na pohybu je pak další výhodou tohoto systému vysoká odolnost proti vlivu okolního záření, tzn. že jej lze používat i na přímém slunci nebo pod osvětlením (až 10 000 luxů).

Integrované senzory Silabs

Pod označením Si1102 a Si1120 se v nabídce společnosti Silabs skrývají aktivní infračervené senzory navržené právě pro snadnou realizaci bezdotykového ovládání, tedy pro bezdotyková HMI rozhraní. V případě obvodu Si1120 je dokonce možné provádět snímání a vyhodnocení okolního infračerveného záření pomocí dalšího vestavěného senzoru. Vysoká citlivost umožňuje i jednopulsové měření přiblížení, což výrazně zvyšuje rychlost reakce a zároveň snižuje spotřebu el. energie. Samotná spotřeba obvodu, bez energie na napájení externí LED, je typicky jen 10 mikroA při napájení 2,5 až 5,5 V.

Obvod Si1102

Základní QuickSense Si1102 Proximity Sensor, jak zní jeho celý název, představuje v jednom miniaturním 8-vývodovém pouzdru ODFN celý elektronický systém s implementovanou speciální diferenční fotodiodou i budícím obvodem pro napájení externí infračervené LED. Snímač totiž pracuje v režimu detekce založené na měření odraženého zábleskového (impulsního průběhu) světla od detekovaného předmětu. Vše pak vyhodnocuje integrovaná řídicí elektronika, jejímž výstupem je binární signál informující o překročení nastavené spínací hranice. Ta se definuje hodnotou připojeného externího rezistoru, stejně jako záblesková frekvence vysílací LED. Překvapivé pro někoho může být fakt, že součástka je celá zapouzdřena v průhledném pouzdře, aby světlo mohlo snadno vstupovat a zároveň výroba byla dostatečně jednoduchá a tedy i levná. Takto provedený senzor má spolehlivý snímací rozsah 0 až 40 cm, přičemž v případě, že postačuje dosah do 10 cm, jej lze při instalaci překrýt i poloprůsvitným plastem jako například okénkem pro přijímač dálkového ovládání, krytem displeje apod. Snímač je imunní proti vlivu okolního záření až do hodnoty 100 000 luxů.

Přehled parametrů:

• Snímání a vyhodnocení odraženého záření od externí infraLED diody
• Dosah: 0 až 40 cm
• Možnosti nastavení
  • budící frekvence externím infra LED externím rezistorem
  • spínací hranice externím rezistorem
• Výstupy:
  • spínaný výstup příblížení předmětu (stisk tlačítka)
  • napájení/buzení externí infraLED
• Pouzdro: průhledné ODFN
• Napájení: 2,5 až 5,5 V DC.

Obvod Si1120

Vyspělejší kolega s označením Si1120 pak navíc proti typu Si1102 obsahuje mimo jedné snímací i druhou infračervenou fotodiodu pro měření okolního záření. Proto je zde na výběr 6 měřicích a 1 kalibrační režim. Výstup je v podobě PWM signálu, který se snadno zpracovává jak digitálními, tak analogovými obvody. Detekční vzdálenost v režimu měření přiblížení („dotyku“) je až 50 cm, přičemž tato vysoká citlivost je dána 8 až 12 bitovým zpracováním odraženého světla. Budicí pulsní proud pro externí LED je možné nastavit na hodnotu 50 nebo 400 mA.

Přehled parametrů:

• Snímání a vyhodnocení odraženého záření od externí infraLED diody
• 2 snímače:
  • odraženého světla
  • okolního světla
• Dosah: 0 až 50 cm
• Možnosti nastavení
  • 3 měřících režimy přiblížení (odraženého světla)
  • 3 měřící režimy okolního záření
  • 1 kalibrační režim
• Výstupy:
  • napěťový PWM výstup úměrný přiblížení
  • nastavitelní buzení externí infraLED 400/50 mA
• Pouzdro: průhledné ODFN
• Napájení: 2,2 až 3,7 V DC
• Provozní teplota: –40 až +85 °C

Použití senzorů Silabs

Uvedené senzory Silabs v případě použití opravdu jako bezdotykových tlačítek jsou vhodné všude tam, kde je nežádoucí přímý dotyk se zařízením z hygienických důvodů, pokud se zařízení nachází v nějaké nebezpečné oblasti, pokud se předpokládá ovládání špinavými prsty, nebo prostě zařízení je často mimo přímý dosah. Dále se hodí pro různé interaktivní aplikace či virtuální realitu.

Příklady použití bezdotykové infraovládání:

• zdravotnická a lékařská zařízení
• handsfree sady
• kuchyňské spotřebiče
• zapínání podsvětlení displejů
• průmyslová zařízení

Ale samozřejmě uvedené senzory Silabs lze využít i pro jiné aplikace:

• Detektory přiblížení předmětů
• Optické oddělovače
• Detektory zaplnění
• Zabezpečovací technika
• Bezpečností ochranné prvky
• apod.

Závěrem...

Žádná technologie realizace tlačítek není vhodná pro jakoukoliv aplikaci a vždy je důležité nepodlehnout pouze aktuálnímu trendu a použít pro danou aplikaci právě to nejlepší řešení. Každý princip, ať již jde o klasický kontaktní, rezistivní, indukční, kapacitní, infračervený či některý další je vhodný na něco jiného a zatímco například klasická kontaktní tlačítka můžete aktivovat jakýmkoliv tvrdým předmětem, ale zase mají dost omezenou životnost, indukční lze ovládat jen kovem a kapacitní často zase jen prstem. Infračervené zase například nelze použít na realizaci mnohačetné klávesnice, protože tlačítka musí být vzájemně od sebe hodně vzdáleny. Záleží tedy na zařízení, prostředí a předpokládaném způsobu ovládání.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka společnosti Silabs - www.silabs.com
• Článek o kapacitních tlačítkách - automatizace.hw.cz/dotykova-a-bezdotykova-qtouch-tlacitka-od-atmelu
• Článek o indukčních tlačítkách - automatizace.hw.cz/konstrukce-indukcnich-tlacitek-quotinductive-mtouchquot-s-mcu-pic
•  
• Další články o senzorech a HMI najdete na stránkách serveru automatizace.HW.cz