|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Управління рухом руки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор Перш ніж приступити до опису запропонованої конструкції, слід зробити важливу примітку. Розроблений безконтактний елемент, що управляє, може бути застосований не тільки в комп'ютерній техніці. Описане конструктивне оформлення і призначення пристрою - лише один приклад з можливих його застосувань. Серед любителів історії авіації заслуженою популярністю користується комп'ютерна гра "Іл-2. Забуті битви" з її численними доповненнями. Жоден підручник історії так не пояснить спокійної мужності пілота штурмовика, акуратно і точно, як у лабораторному досвіді, що веде на бойовому курсі машину, що терзає зенітками. Або скажений азарт пілота "Райдена", який бачить, як росте в його прицілі силует "Бойсана". Однак становище у віртуального пілота не так зручне, як у сьогодення. І картинка на моніторі поступається реальності, та й просто не вистачає рук працювати з клавіатурою. Остання проблема частково вирішується за допомогою джойстика. Отут би ще педалі, щоб керувати кермом повороту. Однак вони є тільки в рідкісних і дорогих пристроях. Щоправда, навіть у дешевих моделях є третій регулятор, який можна використовувати за бажанням: або як педалі, або сектор газу. Розкривши свій джойстик (рис.1), я виявив, що останні висновки всіх його змінних резисторів (потенціометрів) з'єднані паралельно. Очевидно, з них знімається та чи інша постійна напруга, яка і подається на схему. Це і стало відправною точкою для розробки. Найпростіше рішення очевидне - зробити педалі, віссю яких служитиме змінний резистор. Вони можуть доповнити моделювану систему управління будь-яким реальним літаком. Але, крім високої технічної та історичної достовірності, таке рішення має й чималі недоліки. Конструкція дуже громіздка та важка. Виникає проблема з її кріпленням до підлоги. У гарячий момент бою, або коли потрібно на зльоті утримати від розвороту реактивним моментом потужного мотора таку "звірюгу", як Ла-5ФН, важко утриматися від того, щоб не натиснути на педаль як слід. Люфти в механічних вузлах роблять керування важким. Не приносить радості та знос змінних резисторів. Словом, потрібна якась інша конструкція, хай і не така історична, але більш зручна і компактна. А чому б нам "не обставити" всі ці миші, клавіатури, сенсорні екрани ай-фонів, які неодмінно вимагають безпосереднього дотику та відірвати процес управління від поверхні панелі, перенести його в об'єм над нею? Пам'ятайте, як в одній із повістей Кіра Буличова: "Прибулець провів долонею над зеленим вогником. Той погас і знову загорівся яскравіше, ніж раніше". Ми також можемо зробити таке. Перше, що спадає на думку при думці про безконтактне управління - це оптика. Однак більшість оптичних систем працює на просвіт або переривання променя. Вставляти руку в якусь щілину між джерелом світла та приймачем? Кому потрібний такий "безконтактний" пристрій? Схеми ж, що працюють на відображення, зазвичай мають справу зі спеціальними, контрастно надрукованими мітками та штрих-кодами. При цьому надійність їхньої реакції на предмет, який може бути будь-якого кольору та фактури, теж сумнівна. Обмежує свободу вибору конструктора та ще одна обставина – найкраща оптика використовує лазери. Але їхнє випромінювання шкідливе для зору і тому застосовувати їх у панелях управління, на які дивиться людина, небажано. Неминуча в експлуатації забруднення та запилення оптики також іноді створює проблеми. Нарешті, якщо датчиків більше одного, це призводить до значного ускладнення і подорожчання схеми. Тому я вирішив піти шляхом використання ємнісних датчиків. Перші подібні системи використовували коливальні контури і дуже нестабільні. Практично при кожному включенні потрібно їх підлаштування. Пізніше з'явилися стабільніші цифрові конструкції на принципі затримки імпульсів. Однак це були звичайні сенсорні пристрої. Їхнім авторам, мабуть, не вистачило фантазії уявити пристрій, що працює без безпосереднього дотику. Я вирішив спробувати... Погляньте на малюнок 1. Генератор на елементах D1.2, D1.1 видає імпульси на формувач імпульсів фронтом на D 1.3, D 1.4. На його виході (висновок 11) постійно присутній логічна 1, крім моменту після приходу фронту імпульсу з виходу генератора (вив. 3). На час затримки імпульсу в ланцюжку R4, R3, СА на всіх входах D1.4 встановлюються логічна 1, а на виході - логічний 0. Поки ємність датчика СА, а отже, і тривалість нульового імпульсу невелика, усереднена постійна напруга на виході формувача, згладжений R6, С3 мало відрізняється від логічної одиниці. Але варто ємності датчика збільшитися, як логічний 0 на виході формувача займає більшу частину періоду тактових імпульсів і напруга на виході зменшується. Для отримання належної чутливості пристрою необхідно, щоб тривалість імпульсів формувача була порівнянна з періодом тактових імпульсів (але не перевершувала їх). Це можна досягти при частотах тактового генератора не нижче 100 кГц.
Тепер подивимося на конструкцію ємнісного датчика (рис.2). Він являє собою горизонтальну пластину фольгованого склотекстоліту. Другою (земляною) обкладкою служить жерстяний кожух-екран, в який поміщена вертикально плата пристрою. Вони утворюють дещо незвичайний, напіввідкритий конденсатор із пластинами, розташованими перпендикулярно один одному. Він чітко реагує збільшенням своєї ємності на приміщення в його полі будь-якого предмета, як струму, що проводить, так і діелектричного. Предмет відчувається з відривом щонайменше 30 мм. Така конструкція дає досить розгонистий сигнал, здатний подолати різні перешкоди та нестабільність. А операційний підсилювач DA1 може довести його амплітуду до будь-якої необхідної величини. Наблизьте ногу до пластини і кермо літака повернеться. Заберіть ногу назад нагору чи назад і процес піде у зворотному порядку.
Ємнісних датчиків, як і педалей у літаку - два. Оскільки сигнал від одного датчика заведений на вхід підсилювача, що інвертує, а від іншого - на неінвертуючий, то вихідна напруга залежить від їх балансу, від того, яку ногу ви "дасте" більше. Схема при цьому не дуже ускладнилася, адже і тактовий генератор і навіть інвертор D1.3 можуть бути загальними для декількох каналів. Посилення ОУ кілька порядків для плавного регулювання явно надмірно. Змінити "передаточне число" управління можна, ввівши ланцюг негативного зворотного зв'язку. R9 знижує посилення, а по змінному струму ООС ще глибша, завдяки конденсатору 5. Це виключає можливість виникнення автоколивань. Друкована плата пристрою наведена на малюнку 3. На вільних від фольги ділянках плати в районі підключення ємнісних датчиків свердлиться безліч отворів діаметром близько 3 мм зниження початкової ємності і збільшення чутливості пристрою. Входи елементів D2, що не використовуються, щоб уникнути їх пошкодження статичними зарядами, заземлені. Ці провідники бажано зробити тонкими. Тоді, у разі потреби (вихід з ладу робочих елементів або якісь доопрацювання) ви зможете їх перерізати та використовувати ці елементи.
Конструкція. Пластини ємнісних датчиків розташовані вгору фольгою. Вони укріплені шарнірно, можуть бути підняті та притиснуті до стінок корпусу, утворюючи компактну коробочку, зручну для перенесення та зберігання. У районі вирізів для цього припаюють осі з обрізків мідного дроту діаметром 0,8 мм. Також до пластин припаюються гнучкі дроти до схеми (найкраще МГТФ) і дротяні кільця, що утримують їх незачищену частину і запобігають переламування дроту в місці зачистки. Після виконання всіх пайок робочу поверхню датчика необхідно ізолювати від електричного контакту зі сторонніми предметами. У багатьох випадках для цього достатньо наклейки широкого скотчу. Корпусом пристрою служить П-подібна обойма із пластмаси товщиною 2 мм. З обрізків пластмаси вирізуються і приклеюються зсередини напрямні для плати та боби, в яких робляться різьбові отвори для кріплення кожуха-екрана. У пропили нижніх лапок корпусу вкладаються осями пластини датчиків і заклеюються накладками, що також фіксують нижню частину плати. П-подібний кожух-екран виготовляється із жерсті. Для зменшення початкової ємності та впливу опорної поверхні він не доходить кілька міліметрів до низу корпусу. Навпроти підстроювального резистора R4 в екрані робиться отвір. Зсередини до екрану припаюється гнучкий провід для з'єднання із загальним дротом плати.
Налагодження. Встановіть R4 у середнє положення. Замість RЗ впаяйте на коротких дротах підлаштований резистор опором близько 1 МОм. Встановіть його на мінімальне значення. Прослідкуйте, щоб підстроєчник, його дроти та будь-які інші предмети не потрапляли в поле датчика СА. Плавно збільшуйте його опір доти, доки постійна напруга на виводі 11 DD1 не знизиться на 20 - 25 %. Це сигнал про те, що пристрій почав відчувати навколишній простір. Виміряйте опір підстроєчника і замініть його таким самим постійним резистором, а підлаштування перенесіть на місце R5 так, щоб він не потрапив у поле датчика СБ. Встановіть на виході другого формувача таку ж напругу, як і на виході першого. Остаточний баланс встановіть резистором R4 за допомогою тонкого діелектричного викрутки після повного складання пристрою. Витягніть викрутку і проконтролюйте напругу на виході ОУ - вона повинна бути близька до половини напруги живлення. Пристрій був успішно випробуваний з програмами "Іл-2" та імітатором планера "Кондор". Ступінь реалізму виявився дуже близьким до справжнього літального апарату. Втім, згадані програми створено не для безкрилих людей. Дивіться на кульку "Піонера" і, після невеликого тренування, все буде чудово. Як було зазначено, пропонований безконтактний керуючий елемент може бути застосований у комп'ютерної техніці. У більшості випадків немає потреби у двоканальній балансній схемі, подібній до описаної. Одноканальний елемент може бути зроблений, як показано на малюнку 5.
Оскільки вихід формувача підключений до входу, що інвертує ОУ, то у вихідному стані напруга на виході пристрою мало. Напруга на неінвертуючому вході встановлюється підстроєчником R10 трохи нижче порога перемикання. Якщо піднести руку до ємнісного датчика, то напруга на виході пристрою підвищуватиметься. Його можна використовувати для регулювання або просто увімкнення-вимкнення будь-яких апаратів. В останньому випадку ланцюг ООС не потрібний. У ході експериментів із пристроєм цей варіант показав себе цілком працездатним. Вбудовуючи безконтактне керування в якусь апаратуру слід пам'ятати, що датчик реагує на ємність, що вноситься предметами не тільки спереду, а й позаду нього, тобто в корпусі апаратури. Важливо, щоб ця паразитна ємність була меншою, а головне - незмінною. Нежорстке кріплення датчика або проводи, що вільно бовтаються поруч з ним, можуть збивати налаштування. Не дозволить реалізувати хорошу чутливість. Цікаво застосування безконтактного керування (два незалежні канали) для руху будь-яких дверей, стулок тощо. Встановивши два датчики на ручці, як показано на малюнку 6, можна "штовхнути" стулку в будь-яке потрібне положення, не торкаючись до неї.
Звичайно, класичні тумблери та регулятори простіше та дешевше. Але все ж таки знайдуться області застосування, де пропоновані безконтактні керуючі елементи будуть кращими. Наприклад, у небезпечних умовах роботи, коли необхідно повністю виключити електричний контакт з обладнанням, передачу інфекції і т. д. Таким чином, багато пристроїв у майбутньому зможуть керуватися буквально одним помахом руки, не озброєної пультами, жетонами чи іншими пристроями. Автор: А.Лісов
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Портативний жорсткий диск Toshiba Canvio Basics ▪ Штучні ембріони, що викликають вагітність ▪ Аудіосистема через електропроводку
▪ Розділ сайту Електронні довідники. Добірка статей ▪ стаття Movie Maker. Аматорський відеомонтаж. Мистецтво відео ▪ стаття Як харчуються рослини? Детальна відповідь ▪ стаття Виправлення різального інструменту. Домашня майстерня ▪ стаття Універсальний генератор-пробник. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Чому не шумить радіостанція Урал-Р. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page