Сенсорный выключатель

Как собрать сенсорный выключатель своими руками

Довольно часто приходится менять обычные выключатели электрических приборов на новые из-за их быстрого износа. На смену им появились более надежные сенсорные выключатели (СВ). Принцип их работы максимально простой. Устройства можно изготовить своими руками. На фото ниже изображен выключатель с сенсором, расположенным сверху и индикаторным светодиодом снизу.

Внешний вид сенсорного выключателя

Для включения света достаточно легкого прикосновения к чувствительному элементу. Сенсорные выключатели обычно используют для управления светом, электрическими карнизами и другими устройствами небольшой мощности.

  1. Удобство по сравнению с клавишным выключателем, который еще не всегда сразу переключается. Устройства совершенно бесшумные и нет необходимости прилагать усилия для включения.
  2. Можно выбрать стильные модели, которые украсят помещения.
  3. Гальваническая развязка схемы делает устройство совершенно безопасным. К сенсору можно прикасаться мокрыми руками, выключатель герметичен.
  4. Отсутствие механизмов, которые могут сломаться. Вся схема состоит из электронных элементов.
  5. Возможность совмещения с дистанционным управлением светом, а также создания нескольких каналов включения в одном устройстве.
  6. Возможность изготовления своими руками.

Любой сенсорный выключатель функционально разделен на три части:

  • чувствительный элемент (сенсор), реагирующий на прикосновение или приближение пальцев;
  • схема на полупроводниках, усиливающая слабый электрический сигнал от сенсора;
  • коммутатор (реле или тиристор), обеспечивающий включение и отключение нагрузки.

На рисунке изображена схема сенсорного выключателя с напряжением питания до 16 В. Она представляет собой простой полупроводниковый каскадный усилитель. Применяется для включения небольших нагрузок. Статического электричества в человеческом теле достаточно, чтобы открыть первый транзистор каскада, если прикоснуться пальцем к оголенному проводнику, подключенному к базе.

Схема простого сенсорного выключателя из трехкаскадного усилителя

В качестве нагрузки на выходе третьего каскада подключен светодиод, служащий для демонстрации работы схемы. В выключателе вместо него устанавливается реле, для которого можно подобрать более мощный транзистор. Сенсором может служить медная фольга.

При прикосновении к сенсору открывается первый каскад, затем сигнал усиливается на следующих двух и на выходе становится равным 6 В. Его достаточно для срабатывания реле, которое своим контактом производит включение лампы (на схеме не показано).

На рисунке изображена схема двухкаскадного сенсорного выключателя, который можно сделать своими руками.

Схема выключателя на двух транзисторах

При касании к сенсору Е1 напряжение от тела человека поступает на усилитель через конденсатор С1. В качестве нагрузки подключено реле К1, которое срабатывает при очередном прикосновении, включая или отключая свои силовые контакты питания лампы. Диод VD1 предназначен для защиты транзистора VT2 от перепадов напряжения, а конденсатор С2 сглаживает пульсации.

Реле подбирается на ток срабатывания 15-20 мА (тип РЭС55А или РЭС55Б). Возможно, величину сопротивления резистора R1 придется изменить, чтобы реле надежно работало. Сначала вместо него подключается переменный резистор на 50 Ом и подстраивается, пока не заработает реле от сенсора. Затем замеряется величина сопротивления и находится постоянный резистор с соответствующим номиналом.

В качестве сенсора применяется фольгированный текстолит, медная пластина или металл с антикоррозионным покрытием. Его несложно изготовить своими руками. Если сенсор устанавливают на расстоянии от платы, подводящий провод следует экранировать.

Источник напряжения – это батарейка на 9 В или блок питания от сети, изготовленный своими руками. Вполне может подойти зарядное устройство.

Схему выключателя лучше собрать на плате, но можно и спаять проводами, поскольку деталей немного. Для их соединения между собой применяются проводки длиной 2-3 см. Для подключения к контакту сенсора и реле длина проводников составит не более 10 см.

При пайке важно не перегреть транзисторы и конденсатор на 0,22 мкф.

Бестрансформаторное питание от переменной сети 220 В не требует отдельного источника. Устройство на симисторе достаточно чувствительно и надежно работает. На схеме рисунка ниже гальванической развязки от осветительной сети нет, но защитой сенсора от высокого напряжения являются резисторы R1 и R2 общим сопротивлением 12 мОм, а также полевой транзистор VT1 c большим сопротивлением перехода сток-исток-затвор. Чувствительность схемы подбирается изменением сопротивления R2.

В подобных схемах, когда они под напряжением, прикосновение допускается только к сенсору Е1.

Схема сенсорного электронного выключателя на симисторе

Триггер построен на интегральной микросхеме К561ТМ2 (DD1). С его выхода 1 сигнал поступает на базу транзисторного усилителя тока VT2, эмиттер которого соединен с управляющим выводом симистора VS1. Как только на нем появляется напряжение 3 В, симистор открывается и включает источник света. При следующем прикосновении к сенсору триггер меняет состояние и на выходе 1 появляется противоположный сигнал, выключающий лампу EL1.

Мощность нагрузки для данной схемы составляет не более 60 В. Если ее потребуется увеличить, симистор устанавливается на радиатор.

Существуют схемы с функцией светорегулирования. При кратковременных прикосновениях к сенсору лампа будет загораться и гаснуть. Если держать руку на чувствительном элементе, яркость будет расти, а затем уменьшаться. Подобное устройство удобно применять для настольной лампы за рабочим столом. Можно настроить определенную освещенность, убрав руку с выключателя. На рисунке изображена схема сенсорного регулятора.

Схема сенсорного светорегулятора

Сигнал подается от чувствительного элемента на микросхему К145АП2, а она управляет симистором VS1 через транзистор VT1. Питание подается от сети 220 В. Светодиод HL1 является индикатором напряжения и подсвечивает сенсор в темноте.

Стабилитрон следует подобрать так, чтобы на конденсаторе С5 напряжение, подаваемое на входы 4,5 микросхемы, было в пределах 14-15 В. При его меньших значениях лампа мерцает.

Как собрать сенсорный выключатель по представленной схеме, можно узнать из видео ниже.

Обычные выключатели постепенно вытесняются сенсорными, благодаря своим преимуществам. После их установки в квартире уже не хочется возвращаться к старой конструкции. Устройства можно изготавливать своими руками, что позволяет экономить денежные средства.

У вас схемы на элементах времен СССР! Где я сейчас такие транзисторы достану?

Чот мне тоже кажется, что проще купить у китайцев

Вот поэтому и страна у нас такая. Страна бестолковых, типа abcd. Даже ник себе придумать не может, я уже молчу про то, чтобы хотя бы 2 провода паяльником спаять. Флюсом дышал? Припоем обжигался? нет? Ты жизнь не прожил!

Мне не нужно флюсом дышать, чтобы кликнуть на сайте на кнопку и мне прилетит по почте нормальная годная штукенция. А мой самопал развалится через неделю. Зарабатывать надо нормально, а не ворчать как страна и паяльником размахивать.

Вы должны войти, чтобы оставить комментарий.

Сенсорные выключатели: разновидности, устройство, схемы

Внешне сенсорный выключатель света похож на кристаллическую панель с разметкой. Бытовые модели, используемые в сетях 220 вольт, могут отличаться по цвету, форме, фактуре поверхности. В последнее время сенсорные выключатели все чаще применяют для:

  • Подключения бра
  • Управления элементами подсветки многоуровневых потолков
  • Регулировки основного освещения в квартире

Такой прибор можно купить или сделать своими руками.

Устройства разных типов могут реагировать на:

  • Прикосновение пальца к рабочей поверхности
  • Приближение руки к сенсору
  • Другие изменения условий в комнате (температура, движение, звук, время)

Сенсорный выключатель может быть оснащен дополнительными функциями, его конструкция бывает основана на разных принципах действия. Стоит обозначить 4 популярные модификации:

  1. С пультом ДУ. Удобно использовать для управления бра, светодиодной лентой и т. д.
  2. Емкостной. Реагирует на легкое прикосновение. Такое устройство можно сделать своими руками, об этом немного ниже.
  3. С таймером. Помогает экономить на электричестве, отключая свет, когда в квартире никого нет.
  4. Бесконтактный. Реагирует на определенные особенности обстановки: звук, изменения уровня освещенности, перепад температур, движение.

Каждую из разновидностей можно оборудовать диммером. С его помощью регулируется яркость освещения в комнате.

Вне зависимости от принципа работы, сенсорные выключатели имеют одинаковое строение: все они состоят из четырех основных частей.

  1. Лицевая поверхность. Иногда за ней устанавливают элемент подсветки.
  2. Датчик. От его типа зависит принцип действия выключателя.
  3. Коммутационная схема, преобразующая получаемый сенсором сигнал в электрический.
  4. Корпус. Он может быть накладной (устанавливается снаружи), или с внутренним монтажом (встраивается в стену).

Модели с плавной регулировкой интенсивности освещения

Если требуется устройство, позволяющее изменять уровень яркости постепенно, стоит обратить внимание на сенсорные выключатели с диммерами.

Некоторые такие приспособления могут регулироваться с помощью пульта ДУ. Не вставая с кресла можно настраивать яркость бра или светодиодной подсветки.

Сенсорный выключатель с этим устройством продлевает срок эксплуатации ламп накаливания, устраняя эффект резкой подачи напряжения.

Схемы подключения некоторых приборов требуют обязательного наличия блока питания или диммера. Такое устройство выключателя как нельзя лучше подходит для управления контуром светодиодной ленты.

Сенсорные выключатели для светодиодных лент, профилей также называют «диммерами». Они применяются и с другими устройствами, рассчитанными на питание от 12 В.

Диммеры позволяют не только включать или выключать отрезок светодиодной ленты, но и настраивать яркость.

Электронные устройства чаще всего бывают с сенсорным управлением. Их иногда включают в схемы устройства интерьерного LED-освещения для:

  • Обустройства подъездов, лестничных пролетов
  • Подчеркивания стиля дизайна квартиры
  • Оборудования системы «Умный дом»

Многие из них не рассчитаны на 220 вольт, поэтому для бра и люстр нужно подключить отдельные устройства.

Емкостные выключатели света являются более чувствительными. Принцип работы основан на существовании электростатического поля. Оно заполняет также пространство вокруг датчика. Когда емкость в этом поле изменяется (человек подносит руку к выключателю), сенсор срабатывает и включает бра или люстру.

В основе датчика лежит простой конденсатор. Два электрода на поверхности выключателя являются его обкладками. Когда к ним приближается физический объект, емкость конденсатора меняется. Это становится сигналом для включения света.

Каждой модели свойственны индивидуальные особенности. Чувствительность некоторых из них можно настроить в процессе установки.

Каких-либо технических особенностей установки сенсорных выключателей в сети 220 вольт не существует. Могут меняться требования к выбору места.

  • Если устройство поддерживает функцию управления пультом ДУ, то он должен быть виден с зоны отдыха
  • Модели, реагирующие на изменение температуры, не следует располагать возле радиатора отопления

Отличаться может схема подключения выключателя для светодиодной ленты.

Важно помнить правила безопасности при работе с электричеством, отключать счетчик. Необходимо закрывать все оголенные провода с помощью изоляционной ленты.

Если прибор накладной, для его установки не придется делать углубление в стене. Процесс подключения такого устройства довольно прост. Каждый может сделать это своими руками.

Имея опыт работы с паяльником, и раздобыв некоторые детали, можно создать своими руками простой сенсорный выключатель, рассчитанный на работу в сети 220 вольт. Самая простая схема выглядит так:

Конденсатор C3 использовать не обязательно.

Итак, для создания сенсорного выключателя своими руками понадобятся такие детали:

  • Сопротивление на 30 Ом
  • Транзисторы КТ315 (два)
  • Электролитический конденсатор (100 мкф, 16 В)
  • Простой конденсатор (0,22мкф)
  • Полупроводник Д226
  • Мощная батарейка или блок питания (выходное напряжение 9 В)

Все это нужно спаять согласно схеме. В подходящем по размеру корпусе (можно использовать старый накладной выключатель) делается отверстие на лицевой части. В него выводится провод. Для работы сенсорного выключателя света схему нужно подключить к блоку питания, а проводок присоединить к металлической пластинке, которая будет закреплена на передней плоскости самодельного устройства.

Скорее всего, создание накладного сенсорного выключателя своими руками обойдется дешевле, чем покупка настоящего. Получившийся прибор вполне можно использовать для подключения подсветки в доме.

Емкостной выключатель света, сделанный своими руками, вполне может быть использован для устройства подсветки из светодиодной ленты или управления лампами люстры. Он также может быть накладной или встроенный в стену. Схема является не настолько простой, как предыдущая.

Датчик WA1 реагирует на приближение ладони. Емкость вносится в колебательный контур на транзисторе VT 1 и меняет его частоту.

Сопротивления R6 и R7 нужны для стабильной работы устройства при скачках напряжения от 4 до 10 вольт.

One thought on “ Сенсорные выключатели: разновидности, устройство, схемы ”

Спасибо за отличные статьи, все прекрасно объяснено и расписано. Доходчиво просто понятно…

Сенсорный выключатель

Сенсорный выключатель – это электрический прибор для управления освещением, отличающийся от обычного наличием датчика. В зарубежной практике такие устройства совершенно справедливо называют электронными. И это правильно, потому что в составе сенсорного выключателя активно используются достижения твердотельной электроники.

Сенсорными выключатели названы потому, что используют в своём составе датчик (англ. – sensor). Он может регистрировать тепло руки, отмечать прикосновение, либо ориентироваться на звук. Обычно такие приборы называют сенсорами присутствия и управление освещением для них вторично. Гораздо чаще сложные электронные устройства берут на себя роль охранников или контролёров различных процессов. Типичным примером являются автоматические двери супермаркета.

В сенсорном выключателе датчик физически не может вырабатывать сильный сигнал для управления напрямую. Уровень напряжения (или тока) обычно составляет единицы милливольта (миллиампера). Этого недостаточно даже для передачи сигнала на базу транзистора. Поэтому второй особенностью сенсорных выключателей является наличие усилительных приборов. Обычно это транзисторы или иные представители твердотельной электроники, идущие каскадом: первым поставлен высокочувствительный, но маломощный, затем более грубый, но способный тянуть тяжёлую нагрузку. Часто используется гальваническая развязка цепей при помощи оптронов, где управляющий сигнал передаётся через оптическое излучение (свет). Это позволяет отделить хрупкие датчики от силовой части сенсорного выключателя.

Помимо оптического может применяться и радиодиапазон. В этом случае средой передачи становится эфир с использованием протоколов беспроводной связи WiFi, BlueTooth и др. Поскольку в состав входят активные элементы, то для их питания нужна энергия. Она может быть получена от батареек, либо выпрямлением сетевого напряжения и обрезкой его до нужного уровня. Простейшим примером является стабилизатор параллельного типа на стабилитроне. И совсем редко имеется возможность встраивания полноценного импульсного блока питания.

В зависимости от типа датчика освещение может реагировать на самые разные раздражители. Например, хлопок в ладоши, голосовую команду, взмах рукой, либо СМС со смартфона. Это далеко не полный перечень услуг, которые можно встретить в системе Умный дом. В последнем случае становится возможным по-настоящему интеллектуальной управление электронной начинкой здания. В противном случае свет может включаться раздражителем, а выключаться, к примеру, таймером. Что не очень удобно и безусловно не способствует экономии электроэнергии.

Сенсорные выключатели бывают дистанционными или локальными. В последнем случае они находятся в непосредственной близости от коммутируемой силовой цепи освещения. В объёме одного топика нет возможности подробно рассмотреть все типы сенсорных выключателей. Читателя будет полезно ознакомиться с существующими на сегодняшний день система сигнализации. Многие из сенсорных выключателей позаимствовали принцип действия из области охраны.

Сейчас тематике пассивных инфракрасных сенсоров (PIR) уделяется большое внимание в охранных системах. Эти датчики реагируют не тепло, излучаемое человеческим телом. Чтобы избежать ложных тревог, ширина активного спектра урезана с обеих сторон. То есть выключатель срабатывает по пиковому излучению тела температурой порядка 36 градусов Цельсия. Обычно сенсорная система состоит минимум из двух приёмников оптического излучения. С тем, чтобы определить угловое положение объекта раздражения: например, входит человек в помещение или выходит.

В этом случае чувствительные площадки фоторезисторов (фототранзисторов) направлены немного по-разному. Тогда сигнал на них отличается, и по разности можно судить об угловом положении. Этим достигается и иная цель: прибор должен реагировать только на движущиеся объекты, чем минимизируется шанс ложного срабатывания. Человек обычно не сохраняет спокойствия, а потому и вызывает тревогу (сигнализация). От подобных систем можно легко защититься, одев обычный космический скафандр. Но в системе освещения подобные трюки не актуальны по очевидной причине: посетитель наоборот хочет, чтобы его заметили. Благодаря возможности определения направления, некоторые сенсорные приборы работают в режиме диммера: махнёшь в одном направлении – свет становится ярче, в другом – приглушается (продукция Leviton).

Сенсорный выключатель должен устанавливаться таким образом, чтобы срабатывать на избранный род посетителей. Допустим, человек сидящий в инвалидном кресле, или ребёнок не будут замечены, если сенсор подвешен слишком высоко. Можно и снабдить в таком случае помещение поясняющими надписями: махни рукой в окошечко. Это нужно в тех случаях, когда нет желания тратить электроэнергию на домашних животных. Несмотря на наличие шерсти, все живое отличается по температуре от окружающей среды.

Инфракрасные датчики не могут охватить все помещение физически. По этой тривиальной причине наиболее эффективные сенсорные выключатели на их основе – проходные. Ставятся в начале и конце коридора, либо лестницы. При применении задержки выключения становится возможным использование в кладовках, подсобных помещениях. По-настоящему полезными сенсорные системы на пассивном инфракрасном излучении могут стать в паре с интеллектуальным контроллером, который займётся подсчётом людей вошедших и вышедших из помещения. Разумеется, любой умник из хулиганских побуждений такой тандем может попытаться обманут, поэтому разумно дополнить сенсорный выключатель и контролёр вспомогательными средствами.

Использование сенсорного выключателя

Пьезоэлементы в сенсорных выключателях используются двух типов, в принцип действия которых заложены, соответственно:

  • Пьезорезистивный эффект – изменение сопротивления образца под действием механических нагрузок.
  • Пьезоэлектрический эффект – образование на гранях кристалла разницы потенциалов под действием механической деформации.

Оба эффекта открыты в XIX веке. Хронология совпадает с порядком следования в приведённом списке.

Пьезорезистивный эффект (термин введён в 1935 году Джоном В. Куксоном из Висконсинского университета, от греческого piezo – давить) описан лордом Кельвином (журнал Труды Королевского научного общества, том 8, стр. 550-555, 1856-1857 годы, заметка от 17 июня 1857 года про исследование проводимости коммерческих проводов для телеграфа) на примере железа, платины и меди. Возможно, высказывание на тему увеличения сопротивления образца в пределах 0,5% в ответ на сильные и многочисленные изгибы вдоль всей длины лишь с натяжкой можно отнести к этой теме. Но историки делают именно так. Лорд Томсон исследовал причины различия проводимости образцов, использовавшихся в морском флоте и вывел простую формулу: важен поставщик меди. Деформации влияют на сопротивление в очень малой степени, которой можно пренебречь.

Как бы то ни было, Томсон знал о влиянии механического натяжения. И на вручении ему премии Королевского общества (Бейкеровская лекция, 1856 год) доложил о любопытном эксперименте. В плечи измерительного моста Уитсона он включал проводники меди или железа одной длины, но некоторые образцы были растянут подвесами. Прибор на диагонали регистрировал некую разницу. Томсон объяснил это механическими деформациями. Но доподлинно неизвестно, связно ли появление данного эксперимента с исследованиями, проводившимися в отношении телеграфных проводов. В довершение всего читатели могут сами ознакомиться с порядком цифр изменения сопротивления (ось абсцисс) на рисунке, взятом из журнала Труды IEEE за 2009 год.

Затем последовали многочисленные работы аналогичного толка. В XIX веке это заметки Томлинсона, а в XX – Бриджман и Ролника. Но первые интересные результаты получил в 1932 году Аллен, установивший анизотропность изменений кристаллов цинка, кадмия, сурьмы, висмута и олова. Что касается прочих исследований, то идеи Бриджман привели к созданию тензорных уравнений, описывающих сам процесс. В 1938 году, благодаря усилиям многих учёных, на свет появляются первый датчики. Наподобие тех, что сегодня используются в напольных весах и преобразуют деформацию в изменение сопротивления. Уже в 1950 году Бардин и Шокли предсказали значительный пьезорезистивный эффект в правильных кристаллических структурах. За три года до открытия такового.

В нынешнем своём виде пьезорезистивный эффект появился на свет 30 декабря 1953 года, благодаря инженеру с распространённой фамилией Смит из Лабораторий Белла, который описал любопытное поведение кристаллов кремния и германия обоих типов проводимости. Вследствие механических воздействий образцы изменяли своё сопротивление. Магистр Университета Западной резервации Коннектикута активно интересовался анизотропными свойствами полупроводников и работами Бардина и Шокли. Новые датчики появились уже в 1950 году с чувствительностью в 50 раз превышавшей аналоги из чистых металлов.

Первой компаний, занявшейся производством пьезорезистивный датчиков, является Kulite Semiconductor, основанная в 1958 году. В современных моделях кнопки созданы на основе тонкой мембраны полупроводника. При нажатии по центру у краёв возникает сильное натяжение, что изменяет проводимость участка. Измерение можно вести по мостовой схеме или другими методами. Напряжение дисбаланса усиливается и служит для управления включением и выключением света.

Пьезоэлектрический эффект открыт в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри. Как и в предыдущем случае явление было предсказано заранее. Опираясь на теоретические предпосылки, Рене-Жюст Гаюи и Антуан Сезар Беккерель предположили о возможной связи электричества и механических деформаций. Первые успешные опыты были поставлены на кристаллах кварца, турмалина, топаза, сахарном тростнике и сегнетовой соли. Да, многие вещества проявляют пьезоэлектрические свойства, в том числе:

  1. Человеческие кости и сухожилия.
  2. Молекулы ДНК.
  3. Дентин и эмаль зубов.

Год спустя Габриэль Ионас Липпман предположил, исходя из основ термодинамики, существование обратного эффекта: деформации кристаллов под действием электрического поля. Эта догадка была подтверждена в 1882 году Жаком и Пьером Кюри, попутно они создали пьезоэлектрометр, использованный для исследования радиоактивных элементов. В 1910 году вышел учебник по физике кристаллов в авторстве Вольдемара Войгта.

Эффект вызвал пристальное внимание учёных. В 1917 году на фоне Первой мировой войны появляется сонар для подводных лодок (Пол Лангевин), а в 1921 – первый кварцевый резонатор (Волтер Гайтон Кэди). Развитие поисков привело к обнаружения титаната бария в 1946 году (Артур фон Хиппел). За послевоенное время появилось достаточно много применений эффекту пьезоэлектричества, но все они были мало связаны с рассматриваемой темой. Что касается устройств управления, то можно отметить два из них, в том и другом случае применяющие полимерные пленки в качестве чувствительных элементов:

  1. US3935485 на пьезоэлектрическую клавиатуру. Назначение устройства не конкретизируется, но смотря на имена заявителей (Kureha Kagaku, Kogyo Kabushiki, Kaisha) и год (1976), можно предположить, что сборка предназначалась для управления автоматизированными линиями сборки на конвейерах.
  2. Заявленный в US4343975 (1980 год) образчик каждый может лицезреть и сегодня на электронных весах в магазине. Это клавиатура с подсветкой, благодаря чему работа оператора сильно упрощается.

Как собрать сенсорный выключатель своими руками
Как собрать сенсорный выключатель своими руками, фото и видео инструкция на нашем сайте. Подробно ее изучив вы самостоятельно сможете собрать его.
http://elquanta.ru/vyklyuchateli/sobrat-sensornyjj-vyklyuchatel.html
Сенсорные выключатели разновидности, устройство, схемы
Разновидности сенсорных и емкостных выключателей, описание особенности их подключения, приводятся инструкции создания своими руками этих устройств
http://electry.ru/vyiklyuchateli/sensornyie-vyiklyuchateli.html
Сенсорный выключатель
Сенсорный выключатель – это электрический прибор для управления освещением, отличающийся от обычного наличием датчика.
http://vashtehnik.ru/enciklopediya/sensornyj-vyklyuchatel.html

COMMENTS