Прогресс обеспечил, почти для каждого жителя планеты, гигантское количество свободного времени, избавив людей от множества трудных, нудных и однообразных действий. Сейчас их выполняют различные механизмы и устройства. Они работают на производствах, обеспечивают удобство быта и комфорт окружения, освещают жизненное пространство. Функционирование большинства из них построено на физических принципах движения тока по проводникам и преобразование его в механическую, тепловую или световую энергию. Соответственно, вся работа устройств и аппаратуры строится на прерывании течения электронов в каналах питания и его продолжении. Для этого используются, как автоматические контактные системы на основе реле, так и ручное управление: кнопками, тумблерами или переключателями.
В своей основе, обычный прерыватель не всегда удобен. У него есть несколько довольно существенных минусов. Работа такого устройства строится на одном принципе — он соединяет разрыв цепи питания при помощи механической контактной системы. Что значит, в случае достаточно мощной нагрузки, в момент соприкосновения, происходит мини-искра в точках касания. Соответственно они нагреваются, оплавляются или покрываются не допускающим течение тока нагаром. К тому же происходит постоянный механический износ движущихся элементов конструкции. Что приводит впоследствии к выходу из строя выключателей в общем. Мало того, для ручной смены состояния необходимо некоторое физическое усилие. Оно кажется ничтожным в отношении одного применения, но если их требуется множество, иногда даже — сотни тысяч, то соответственно вырастает и нагрузка на мышцы.
С развитием техники были придуманы несколько видов переключателей, в которых не происходит механической работы, а соответственно нет движущихся частей, соприкосновения контактов, искры. Одни, но не единственные из таких, — сенсорные. В общем случае — это проводящая пластина, прикосновение к которой человеком, запускает подачу тока на потребляющее устройство.
В последнее время, в быту, получил широкое распространение сенсорный выключатель света. Удобство, надежность и безопасность такого прибора постепенно приводит к отказу от классических прерывателей движения тока в его пользу.
Основой функциональности наиболее распространенных сенсорных выключателей выступает тот факт, что любой живой организм генерирует некоторую, конечно микроскопическую долю, электричества. Прибор улавливает его, усиливает и отправляет на коммутирующее устройство, которое уже и включает мощную нагрузку.
На представленной схеме, E1 это контактный сенсор, сигнал от которого усиливается в связке транзисторов VT1 и VT2 отправляясь на стабилизированный с помощью конденсатора C2 и диода VD1 контур реле K1 включения нагрузки, в качестве реле может подойти BS-115C-12A-DC12V. Конечно, когда прекратиться поступление электрического тока от тела человека, произойдет и разрыв связей в реле. Это так называемая схема «сенсорной кнопки». Для сохранения текущего состояния выключатель должен быть оснащен еще и триггером, поддерживающим последний выбранный режим. Опять же, в проектировании схемы следует учесть и некоторую задержку во времени, чтобы не происходило срабатывания при случайном касании сенсора.
Кроме упомянутого метода определения нажатия, существуют сенсорные выключатели детектирующие тепло тела, а также сопротивление и емкость кожного покрова. Особыми, отдельными видами идут созданные на принципе прерывания потока излучения в самом приборе или определения прекращения внешнего поступления света — фоторезистивные.
Главным преимуществом служит отсутствие движущихся элементов механической системы, приводимой в действие силой человека. Бонусом идет, принцип работы на основе реле или электронных ключей, дающий большую надежность и долговечность, сравнительно с классическими вариантами.
Остальные плюсы вытекают из предыдущего факта. К примеру — можно сделать выключатель полностью герметичным полностью убрав воздействие окружающей среды на его функциональность. Не зря, все системы ручного контроля с высоким индексом защиты IP построены на основе сенсорных принципов работы. Легкость применения тоже достойна упоминания. Для переключения состояния достаточно прикоснутся, или просто поднести руку к устройству.
Рекомендуем к прочтению: что такое беспроводной выключатель света 220 В и как он может сделать управление освещением простым и приятным.
Как и у любой техники, сенсорные выключатели обладают определенными минусами. Если речь заходит об изменяющих свое состояние от соприкосновения с кожей человека, то тут на первый план перемещается обеспечение лучшего электрического контакта. С разными не проводящими ток посредниками (перчатками, салфетками, тканью), вызвать срабатывание не получится. Причем это практически не зависит от типа детектора — будь он хоть индукционный, резистивный, или построенный на принципах определения тепла. Работающие на основании пересечения луча света или его изменения лишены этого недостатка. Но, обладают другим — они сильно зависят от чистоты самой оптической системы устройства и текущей нормы потока в помещении. То есть, если выключатель построен по принципу перекрытия пальцем фоторезистора, улавливающего внешний источник света, то там, где постоянно темно его функциональность будет ограничена.
Вообще, чистота контактных площадок или мест касания это достаточно широкая проблемная область сенсорных выключателей. Их необходимо периодически мыть и убирать с их поверхности пыль, грязь и жировые наслоения, мешающие работе детектора.
Кроме обычных функций включения и разрыва движения тока касанием, многие фирмы, производящие комплексы контроля сенсорного типа, оснащают их дополнительными агрегатами. Это вполне могут быть системы взаимосвязи между двумя одинаковыми устройствами или дистанционное управление. Первый случай достаточно интересен тем, что для контроля подачи энергии можно использовать не одно устройство, а несколько. Изменяя состояние любого из них, происходит и переключение прочих на выбранный режим работы. Кроме того, использование такой техники оправдано в комплексах «умного дома» или систем сигнализации, где дополнительно к ручному контролю используется автоматический. Примером может послужить охранный комплекс. При обнаружении проникновения, включается свет, производя психологическое воздействие на нарушителя, заодно подсвечивая его для более качественной видео и фото съемки.
Сенсорные выключатели, как обычные, так и проходные, используются во многих устройствах управления техникой. Их часто монтируют в различные пульты и во все те агрегаты и оборудование, которым необходим ручной контроль. В быту, для обеспечения надежности можно встретить сенсорные системы в стиральных машинах, микроволновых и обычных печах, телевизорах, радио, телефонах. Они встречаются практически во всех бытовых устройствах, облегчающих жизнь человека.
Кроме обычного использования в качестве выключателя, получили распространение и диммерные регуляторы. С виду это нарисованная утолщающаяся полоса или круг на корпусе прибора. Проводя пальцем, по которому, и в зависимости от текущей позиции на шкале можно регулировать силу громкости или яркости, устанавливать время или задавать какие-либо средние параметры.
Как и классические, сенсорные выключатели существуют в одноканальном исполнении, или же с возможностью подключения нескольких потребителей тока. Каждым, из которых, раздельно управляют с одного соединителя.
Ошибочно относят к такому типу устройств включения — детекторы движения. Они конечно определяют перемещение объекта в зоне действия сенсора, и могут быть настроены для использования в качестве обычного прерывателя тока. Вот только подобное применение достаточно сложного устройства, не оправдывает себя экономически. К тому же их выход из строя и частота ложных срабатываний выше, чем у классических вариантов сенсорных выключателей.
Подключение сенсорного выключателя света, выполняется не сложнее, чем обыкновенного. Причем доступны нюансы в использовании нескольких контролирующих устройств. Для этого у каждого из них существует кроме входящего и исходящего проводника дополнительный контакт COM. Соединив с его помощью несколько выключателей, можно добиться их синхронной работы. То есть, переключение одного будет вызывать и изменение состояния линии на связанных.
Как видно из представленной схемы, второй вообще не подсоединен к линии нагрузки потребителей. Единственное его действие — активация первого. Среди интересных возможностей — использование больше двух проходных выключателей одновременно.
В схемах, использующих сенсорные устройства, не нужно вводить дополнительно еще и перекрестные (промежуточные) варианты коннекторов, контролирующие освещение, как в классических системах распределения тока. Сами проходные могут служить, всеми видами переключателей, допуская свое соединение в любом количестве, но с тем условием, что к нагрузке будет подключен один проходной выключатель. Он станет контролирующим для всего комплекса, а остальные производят только смену его режима работы.
Для управления мощным потребителем тока подойдет схема подключения с использованием реле-посредника. К сожалению, пропускная способность самого устройства контроля ограниченна, и если ее превысить можно получить ещё и возгорание, оплавление или выход из строя. Подключение же посредника снимет эту проблему.
Обозначения контактных групп на корпусе выключателя достаточно классические — L — фаза, N — нейтраль, L1…Ln — источники потребления, COM — управляющий контакт для подсоединения к другому контролирующему контуру. Последний используется не только с одинаковыми регуляторами. К примеру, сюда можно вывести импульс включения от системы «умного дома» или датчиков движения.
Рассматривая сенсорный выключатель в плане самостоятельного изготовления, хотелось бы немного отойти от многочисленных схем, представленных в интернете и сделать его более унифицированным. Простая система включения относительно неинтересна и слабо применима в быту. Причин тут множество, но одна из них – чувствительность простых конструкций к характеристикам сети питания и постоянное возникновение ложных срабатываний из-за других электроприборов. Кроме того, очень хотелось, чтобы схему можно было использовать взамен классического выключателя, но с добавлением возможности регулирования яркости света. То есть, со своеобразными диммерными функциями. При этом крайне нежелательно слишком усложнять структуру схемы.
В результате была выбрана такая конструкция:
Устройство подключается на разрыв линии питания нагрузки через контакты F и 0. Встроенный светодиодный индикатор D1 оповещает о текущем режиме работы. Применяются три контактные сенсорные площадки, в качестве которых способен выступать любой проводник от 3 см². Одна дает сигнал на включение устройства, две остальных регулируют яркость света. Управляющей частью служит микроконтроллер AT90S2313, который может быть легко заменен на ATtiny2313.
Общий список элементов схемы:
| Маркировка | Номинал | Примечание | Аналоги |
|---|---|---|---|
| Конденсаторы | |||
| c8 | 0.33 мкФ, 400 В | ||
| с7 | 0.1 мкФ, 630 В | ||
| с6 | 100 мкФ, 6.3 В | Электролитический | |
| с4 | 0.1 мкФ | ||
| С1, 5, 9, 10 | 100 пФ | ||
| Диоды, стабилитроны | |||
| D1 | |||
| D2 | диод | ||
| D3 | 6.2 В | стабилитрон | |
| Резисторы | |||
| R1 | 330 Ом | ||
| R2, 7 | 1.2 МОм | ||
| R3 | 1 МОм | ||
| R4 | 3 МОм | ||
| R5 | 430 Ом, 1 Вт | ||
| R6 | 1.5 МОм | ||
| U1 | AT90S2313 | ATtiny2313 | |
| Q1 | BT138-800 | семистор | BTB12-800, Q8015R5 |
| X1 | 4 МГц | Кварцевый резонатор | |
| F1 | 3.5 A | предохранитель | |
Основной проблемой при монтаже всегда остается не учет мощности потребителей. У большинства сенсорных выключателей света максимальная проходная нагрузка ограничена до 1 кВт. Превышать ее ни в коем случае не следует. В своем большинстве устройства такого типа не содержат предохранительные элементы, блокирующие излишнюю нагрузку. Отсюда и их относительная пожароопасность при превышении максимума.
Еще одной, относительно частой ошибкой при монтаже сенсорных выключателей света или энергии на 220В служит неверное подключение контактных групп. К примеру, не раз было замечено, что ноль сети электропитания пытаются разделять управляющим устройством, вместо фазы. Конечно, это создает существенные проблемы в его функционировании, оно становится попросту невозможным.
Практикуемое соединение фазы и COM порта для конечных устройств смысла особого не имеет. Все же предназначение у него иное — осуществлять связь с другими коммутаторами или проходными выключателями.
Кроме внешнего вида и максимально допустимой мощности потребителя, нужно обратить внимание на класс защиты устройства. В документации к нему, или непосредственно нанесенной маркировкой IPxx на корпусе указывается его степень противодействия внешним факторам. Первое число после латинских букв обозначает сопротивляемость проникновению посторонних предметов, второе — влаги. Интересно, что в раздел предметов отнесена и пыль. К примеру, в помещениях с высоким ее содержанием желательно использовать устройства с маркировкой не ниже IP5x. Что касается воды и влажности, — в санузлах или ванных желательно применять сенсорные выключатели с защитой не меньше IPx3.
Что касается производителей, — конкретную рекомендацию дать сложно. Большая часть из них выпускает качественные и достаточно интересные варианты сенсорных выключателей на любой вкус. Конечно, брать дешевые модели не стоит. Более дорогие и оснащенные изначально коммуникативными возможностями позволяют их впоследствии интегрировать в системы «умного дома», без покупки нового устройства.
Что касается последнего совета, — здесь уже важным становится протокол связи. В идеале это WIFI, но, к сожалению, цена таких выключателей на порядок выше.
(средняя: 5,00)
Загрузка...
