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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 손 움직임 제어. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 라디오 아마추어 디자이너 제안된 설계에 대한 설명을 진행하기 전에 중요한 메모를 작성해야 합니다. 개발된 비접촉 제어 요소는 컴퓨터 기술에만 사용할 수 있는 것이 아닙니다. 장치의 설명된 설계 및 목적은 가능한 응용 프로그램의 한 예일 뿐입니다. 항공 역사의 팬들 사이에서 컴퓨터 게임 "IL-2. Forgotten Battles"는 수많은 추가 기능을 갖춘 인기를 누리고 있습니다. 단일 역사 교과서는 전투 과정에서 대공포로 고통받는 자동차를 이끄는 실험실 실험에서와 같이 깔끔하고 정확하게 공격기 조종사의 차분한 용기를 설명 할 수 없습니다. 또는 Raiden 조종사의 열광적 인 흥분은 그의 시야에서 Boysan의 실루엣이 어떻게 자라는 지 보는 것입니다. 그러나 가상 조종사의 위치는 실제 조종사만큼 편안하지 않습니다. 그리고 모니터의 그림은 현실보다 열등하고 키보드로 작업하기에 손이 충분하지 않습니다. 마지막 문제는 조이스틱의 도움으로 부분적으로 해결됩니다. 방향타를 제어하기 위한 더 많은 페달이 있을 것입니다. 그러나 매우 희귀하고 값비싼 장치에서만 사용할 수 있습니다. 사실, 저렴한 모델에서도 페달이나 가스 섹터로 원하는 대로 사용할 수 있는 세 번째 레귤레이터가 있습니다. 조이스틱을 열면(그림 1) 모든 가변 저항기(전위차계)의 극단 단자가 병렬로 연결되어 있음을 발견했습니다. 분명히 하나 또는 다른 정전압이 제거되어 회로에 공급됩니다. 이것이 개발의 출발점이 되었습니다. 가장 간단한 해결책은 분명합니다. 축이 가변 저항이 될 페달을 만드는 것입니다. 일부 실제 항공기로 시뮬레이션 제어 시스템을 보완할 수 있습니다. 그러나 높은 기술 및 역사적 신뢰성 외에도 이러한 솔루션에는 상당한 단점이 있습니다. 디자인은 매우 부피가 크고 무겁습니다. 바닥에 고정하는 데 문제가 있습니다. 전투의 뜨거운 순간이나 La-5FN과 같은 "야수"가 강력한 엔진의 제트 순간으로 회전하는 것을 막기 위해 이륙해야 할 때 페달을 제대로 밟지 않는 것은 저항하기 어렵습니다. 기계 장치의 백래시로 인해 제어가 어려워집니다. 가변 저항기의 기쁨과 마모를 가져 오지 않습니다. 한마디로 역사적이지는 않지만 더 편리하고 컴팩트하지만 다른 디자인이 필요합니다. 그리고 직접 접촉이 필요한 모든 마우스, 키보드, iPhone의 터치 스크린을 "제공"하고 패널 표면에서 제어 프로세스를 떼어내어 그 위의 볼륨으로 옮기지 않는 이유는 무엇입니까? Kira Bulychev의 이야기 중 하나에서 "낯선 사람이 손바닥을 초록불 위로 잡았습니다. 꺼졌다가 다시 이전보다 더 밝아졌습니다." 우리도 똑같이 할 수 있습니다. 비접촉식 제어에 대해 생각할 때 가장 먼저 떠오르는 것은 광학입니다. 그러나 대부분의 광학 시스템은 전송 또는 빔 중단 상태에서 작동합니다. 광원과 수신기 사이의 틈에 손을 넣으시겠습니까? 이러한 "비접촉식" 장치가 필요한 사람은 누구입니까? 반면에 반사 회로는 일반적으로 특수한 고대비 인쇄 라벨 및 바코드를 처리합니다. 동시에 어떤 색상과 질감을 가질 수 있는 물체에 대한 반응의 신뢰성도 의심스럽습니다. 디자이너의 선택의 자유와 또 다른 상황을 제한합니다. 최고의 광학 장치는 레이저를 사용합니다. 그러나 그들의 방사선은 시력에 해롭기 때문에 사람이 보는 제어판에 사용하는 것은 바람직하지 않습니다. 작동 중인 옵틱의 피할 수 없는 오염 및 먼지 발생 또한 때때로 문제를 일으킵니다. 마지막으로 센서가 두 개 이상인 경우 회로가 상당히 복잡해지고 비용이 증가합니다. 그래서 정전용량 센서를 사용하는 방법을 택했습니다. 최초의 그러한 시스템은 진동 회로를 사용했으며 매우 불안정했습니다. 전원을 켤 때마다 거의 매번 조정해야 했습니다. 이후 펄스 지연 원리를 기반으로 보다 안정적인 디지털 설계가 등장했습니다. 그러나 이들은 기존의 터치 장치였습니다. 그들의 저자는 직접 접촉 없이 작동하는 장치를 상상할 만큼 충분한 상상력이 없었던 것 같습니다. 나는 시도하기로 결정했다 ... 그림 1을 살펴보십시오. 요소 D1.2, D1.1의 생성기는 D 1.3, D 1.4의 전면을 따라 펄스 셰이퍼에 펄스를 제공합니다. 출력(핀 11)에는 생성기 출력(핀 1)에서 펄스 전면이 도착한 후의 순간을 제외하고 논리 3이 항상 존재합니다. 체인 R4, R3, CA의 펄스 지연 시간에 대해 D1.4의 모든 입력에 논리 1이 설정되고 출력에 논리 0이 설정됩니다.R6, C3은 실질적으로 논리 단위와 다르지 않습니다. . 그러나 센서의 커패시턴스가 증가하자마자 셰이퍼의 출력에서 논리 0으로 클럭 펄스의 대부분의 기간을 차지하고 출력의 전압이 감소합니다. 장치의 적절한 감도를 얻으려면 셰이퍼 펄스의 지속 시간이 클록 펄스의 주기와 비슷해야 합니다(그러나 이를 초과해서는 안 됨). 이는 최소 100kHz의 클록 생성기 주파수에서 달성할 수 있습니다.
이제 정전 용량 센서의 설계를 살펴보겠습니다(그림 2). 호일 유리 섬유의 수평 판입니다. 두 번째(접지) 라이닝은 장치 보드가 수직으로 배치되는 주석 케이싱 스크린입니다. 그들은 판이 서로 수직인 다소 특이한 반개방 콘덴서를 형성합니다. 전도성 및 유전체 모두에서 해당 필드의 모든 물체 배치에 대한 커패시턴스 증가에 명확하게 반응합니다. 물체는 최소 30mm의 거리에서 느껴집니다. 이 디자인은 다양한 간섭과 불안정성을 극복할 수 있는 다소 포괄적인 신호를 제공합니다. 그리고 연산 증폭기 DA1은 진폭을 필요한 값으로 가져올 수 있습니다. 플레이트에 발을 가까이 대면 비행기의 방향타가 회전합니다. 발을 위로 또는 뒤로 움직이면 과정이 반대로 진행됩니다.
실제 평면의 페달과 같은 두 개의 정전식 센서가 있습니다. 한 센서의 신호는 증폭기의 반전 입력에 연결되고 다른 하나는 비 반전 입력에 연결되기 때문에 출력 전압은 균형에 따라 달라지며 어느 다리에 더 많은 것을 "제공"합니다. 동시에 클록 생성기와 D1.3 인버터가 여러 채널에 공통될 수 있기 때문에 회로가 그리 복잡하지 않습니다. 원활한 제어를 위해 연산 증폭기를 수십 배로 강화하는 것은 명백히 중복됩니다. 네거티브 피드백 회로를 도입하여 컨트롤의 "기어비"를 변경할 수 있습니다. R9는 이득을 줄이고 교류의 경우 커패시터 C 5 덕분에 OOS가 훨씬 더 깊습니다. 이것은 자체 발진의 가능성을 제거합니다. 장치의 인쇄 회로 기판은 그림 3에 나와 있습니다. 용량 성 센서가 연결된 영역의 보드의 호일이없는 부분에 직경 약 3mm의 많은 구멍을 뚫어 초기 정전 용량을 줄이고 장치의 감도를 높입니다. 사용하지 않는 D2 요소의 입력은 정전하에 의한 손상을 방지하기 위해 접지됩니다. 이러한 도체를 얇게 만드는 것이 바람직합니다. 그런 다음 필요한 경우(작동 요소의 오류 또는 일부 개선) 해당 요소를 잘라서 사용할 수 있습니다.
디자인. 정전 용량 센서의 플레이트는 호일이 위로 향하도록 위치합니다. 그것들은 경첩이 달려 있고 케이스의 벽에 들어 올리고 누를 수 있어 휴대와 보관이 쉬운 소형 상자를 형성합니다. 이를 위해 컷 아웃 영역에서 축은 직경 0,8mm의 구리선 스크랩으로 납땜됩니다. 또한 회로에 대한 유연한 와이어(MGTF 중에서 가장 좋음)와 와이어 링은 플레이트에 납땜되어 벗겨지지 않은 부분을 고정하고 와이어가 벗겨지는 지점에서 끊어지는 것을 방지합니다. 모든 납땜 후에는 센서의 작업 표면이 이물질과의 전기적 접촉으로부터 격리되어야 합니다. 대부분의 경우 넓은 접착 테이프 스티커면 충분합니다. 장치 본체는 2mm 두께의 플라스틱으로 만든 U자형 클립입니다. 플라스틱 스크랩에서 보드 및 보스 용 가이드를 잘라내어 내부에서 접착하여 케이싱 스크린을 부착하기 위해 나사산 구멍을 만듭니다. 센서 플레이트는 센서 플레이트의 축과 함께 케이스의 하단 발 부분에 삽입되고 오버레이로 밀봉되어 보드의 하단도 고정됩니다. U자형 케이싱 스크린은 주석으로 만들어집니다. 초기 커패시턴스 및 지지면의 영향을 줄이기 위해 케이스 바닥까지 몇 밀리미터에 도달하지 않습니다. 튜닝 저항 R4 맞은 편에 스크린에 구멍이 생깁니다. 내부에서 플렉서블 와이어가 스크린에 납땜되어 보드의 공통 와이어에 연결됩니다.
설립. R4를 중간 위치로 설정합니다. R1 대신 짧은 와이어에 약 11MΩ의 저항으로 튜닝된 저항을 납땜합니다. 최소값으로 설정하십시오. 트리머, 전선 및 기타 물체가 CA 센서 필드에 떨어지지 않도록 하십시오. 핀 1 DD20의 정전압이 25~5% 떨어질 때까지 저항을 점차적으로 높입니다. 이것은 장치가 주변 공간을 느끼기 시작했다는 신호입니다. 트리머의 저항을 측정하여 동일한 상수 저항으로 교체하고 트리머를 R4로 이동하여 SB 센서 필드에 빠지지 않도록 합니다. 두 번째 드라이버의 출력을 첫 번째 드라이버의 출력과 동일한 전압으로 설정합니다. 장치가 완전히 조립된 후 얇은 유전체 드라이버를 사용하여 저항 RXNUMX로 최종 균형을 설정합니다. 드라이버를 꺼내 연산 증폭기 출력의 전압을 확인합니다. 공급 전압의 절반에 가까워야 합니다. 이 장치는 IL-2 프로그램과 Condor 글라이더 시뮬레이터로 성공적으로 테스트되었습니다. 사실감의 정도는 실제 항공기에 매우 가깝습니다. 그러나 언급된 프로그램은 날개 없는 사람들을 위해 만들어지지 않았습니다. "Pioneer"공을보고 약간의 연습 후에 모든 것이 잘 될 것입니다. 이미 언급했듯이 제안된 비접촉식 제어 요소는 컴퓨터 기술에만 사용할 수 있는 것이 아닙니다. 대부분의 경우 설명된 것과 같은 5채널 평형 회로가 필요하지 않습니다. 그림 XNUMX와 같이 단일 채널 요소를 만들 수 있습니다.
셰이퍼의 출력은 연산 증폭기의 반전 입력에 연결되기 때문에 초기 상태에서 장치 출력의 전압은 작습니다. 비 반전 입력의 전압은 스위칭 임계 값 바로 아래에서 트리머 R10에 의해 설정됩니다. 정전 용량 센서에 손을 대면 장치 출력의 전압이 증가합니다. 모든 장치를 조절하거나 단순히 켜고 끄는 데 사용할 수 있습니다. 후자의 경우 OOS 체인이 필요하지 않습니다. 장치를 사용한 실험 과정에서 이 옵션은 매우 효율적임이 입증되었습니다. 비접촉식 제어를 장비에 통합할 때 센서는 전면뿐만 아니라 후면, 즉 장비 케이스에 있는 물체에 의해 도입된 정전 용량에 반응한다는 점을 기억해야 합니다. 이 기생 커패시턴스가 더 작고 가장 중요한 것은 변경되지 않는 것이 중요합니다. 느슨한 센서 마운트 또는 그 옆에 느슨하게 매달려 있는 와이어는 설정을 방해할 수 있습니다. 이렇게 하면 좋은 감도를 실현할 수 없습니다. 문, 셔터 등의 움직임에 대해 비접촉식 제어(6개의 독립 채널)를 사용하는 것은 흥미롭습니다. 그림 XNUMX과 같이 핸들에 두 개의 센서를 설치하면 새시를 건드리지 않고 원하는 위치로 "밀어 넣을" 수 있습니다.
물론 클래식 토글 스위치와 조정기는 더 간단하고 저렴합니다. 그러나 제안된 비접촉 제어 요소가 더 선호되는 응용 분야는 여전히 있을 것입니다. 예를 들어 위험한 작업 조건에서 장비와의 전기적 접촉을 완전히 배제해야 하는 경우, 감염 전파 등이 있습니다. 리모컨, 토큰 또는 기타 장치. 저자: A.Lisov
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