Bu yazıda sadece piyasadaki dokunmatik anahtar modülleri anlatmayacağım.
Dokunmatik anahtarlamanın temeline doğru bir yolculuk yapacağız.
Umarım temel bilgileri alıp kendi tasarımlarınızda kullanabilirsiniz. Fiyat olarak TTP223 modül ucuz ve kullanışlı gibi görünse de kendi devrelerinizde farklı amaçla kullanabileceğiniz benzerlerini de kendiniz tasarlayabilirsiniz. İllaki kapasitif olmak zorunda değil. Bazen daha basit devreler de işinize yarayabilir. Tabii ki yazıda avantaj ve dezavantajlarını da bulacaksınız.
Dokunmatik sistemler çok eskiden beri kullanılan bir yöntem olsa da, teknolojik gelişmelerle zamana göre değişiklik göstermiştir. Son teknoloji de artık dokunmatik sistemler telefonlar ve bilgisayarlar ile herkesin hayatına girdi.
Fakat buna yakından bakıp neler olduğunu anlamamız da gerekiyor. Sadece bir dokunmatik sensörü alıp kullanmak değil onun nasıl çalıştığına dair bazı temel bilgileri ve teknolojik olarak nerelerden gelindiğini de bilmek faydalı olacak kanısındayım.
Bu yazımda sadece 2 tip kapasitif dokunmatik sensörün çalışmasını anlatsam diğer web sitelerinde olan bilgiden başka bir şey anlatmış olmam.
Benim istediğim ise, bu sistemleri anlamak ve nerede hangisini kullanmamız gerektiğine karar vermenin daha iyi olacağını göstermektir.
Diyeceksiniz, en son sistem olsun havalı olsun. O da sizin tercihiniz. Fakat öncelikle şunu anlamamız lazım. Neden dokunmatik sistemler?
Mekanik anahtarlama zaman içerisinde kontak problemi yarattığından devamlı bakım ister. Bu tip anahtarlama sistemleri kısa ömürlü olduğundan yerine dokunmatik sistemin gelmesi avantajlı olacaktır. Bakım istemez uzun ömürlüdür. ( Tabii ki bazı dezavantajları yok değil)
Dokunmatik anahtarlar, ev elektroniği için çekici bir projedir, ancak ticari ürünlerde çok yaygın değildir. Bunun nedeni, bir dokunmatik anahtarı uygulamanın, birçok farklı yolu olmasına rağmen (sızıntı, nem, kapasitans, elektromanyetik yansıma) hepsinin kişinin vücuduna, yaşına ve ortamına göre çok fazla değişen vücut parametrelerine dayanmasıdır. Tek bir kişi ile güvenilir çalışma sağlayan devre, örneğin kurak bölgelerde yaşayan yaşlı insanlarda kullanımda sorunlara neden olabilir. Yine de dokunmatik anahtarlar mükemmel sonuçlar verebilir.
Dikkate alınması gereken başka bir nokta daha var. Bir dokunmatik anahtar için yüksek empedanslı bir giriş IC kullanılması gerektiği çok açık. İyi bir seçim CMOS’tur. Ancak CMOS entegrelerinin birçoğu statik elektriğe karşı hassastır ve statikten zarar görebilecek bir dokunmatik anahtarın güvenilirliği, güvence altına almaz. CMOS entegrelerin bazılarında statik koruma devreleri vardır. Yine de yüksek empedans girişli olduğundan dış ortamdan etkilenebiliyorlar. Bundan dolayı PULLDOWN veya PULL UP direnci bağlanması yerinde olacaktır. ( Ayrıca TTL serisi entegreleri de burada kullanabiliriz. Fakat TTL serisi transistör girişleri gibidir. Giriş empedansları düşüktür. Aşağıda anlatacağımız devreler transistörlü dokunmatik devreleri olsa da Empedansı yükseltmek için darlington bağlantı kullanırsak insan vücudundaki elektrik ile devreyi kontrol edebiliriz. (TTL serisi entegre kullanılacak ise giriş empedansı yüksek olanları seçmeliyiz.)
Çünkü giriş empedansları düşük olduğundan daha yüksek akıma ihtiyaç duyarlar. Bir kişinin statik yük oluşturma yeteneği, aynı zamanda kişinin vücuduna, yaşına ve ortamına da bağlı olduğundan statik yük değişkendir. Ancak giydikleri kıyafetlere, ayakkabılarına ve yer döşemesine de bağlıdır.
( Mesela kışın yün kazağı çıkarırken çıkan çıtırtı, statik elektriğin çıkardığı sestir. Bu tip anahtarlar yüksek empedans girişli olsa da bir yere kadar devre korunur. Fazla statik yüklü olursanız anahtara dokunduğunuzda boşalan elektrik yükü giriş devresini bozar.)
70’lerde çok sayıda TV ve diğer ürünler dokunmatik anahtarlama kullanıyordu ve birkaç IC mevcuttu. Bunlar, kısmen yukarıdaki nedenlerden ve kısmen de minyatürleştirmenin dokunmatik anahtarları uygulamak için mevcut panel alanlarını azaltmasından dolayı günümüzde çok yaygın değildir. Bir basmalı düğmenin aksine, bir dokunmatik anahtarın güvenilir çalışması için oldukça geniş bir alana ihtiyacı vardır.
Yazıda EMPEDANS kelimesini kullandım. İnsan vücudunda da DC gerilim yoktur AC gerilim bulunmaktadır. Bu konuya yabancı olan arkadaşlar öğrenmek için bu sayfaya bakabilirler.
Ayrıca transistörlerin bağlantılarına göre EMPEDANS etkisini de bu sayfadan öğrenebilirsiniz.
Peki dokunmatik anahtarlama devre çeşitleri neler olabilir.
1) IR dokunmatik devreler (IR touch circuit)
2) Rezistif devreler (resistive touch circuit)
3) insan vücudu gerilimiyle çalışan devreler. (Human body touch circuit)
4) Kapasitif devreler (Capasitive touch circuits)
Burada anlatılacak olan bilgiler dokunmatik ekranları kapsamayacaktır. Sadece anahtarlama devreleri anlatılacaktır. Dokunmatik ekranlarda, başka sistemler de kullanılmaktadır.
IR dokunmatik devreleri: Bu devreler, genelde cisim yansımalı devreler olarak düşünülse de. Mesela bir valf açıp kapatmak için elimizi kullandığımız yeni nesil musluk sistemleri gibi. IR ışığını alıcıya direkt olarak gönderdiğimiz kumandalar da kullanılmaktadır. Bu iki devre de hali hazır da günümüzde oldukça geniş yer verdiğimiz devrelerdir.
IR ışığın bir dezavantajı var. Bu da güneş ortamında ya da IR ışıkların bulunduğu yerde yanlış sinyal algılama durumu olması. Güvenilir olması için bu tip devrelerde KODLAMA kullanılması yerinde olacaktır.
Detaylı bilgi için bu yazılarıma bakabilirsiniz.
https://www.mikrobotik.com/wp2/2019/04/09/ir_sensor_kullan/
Rezistif (Resistive) devreler :
Bu devreler insan vücudunun derisinin iletken olmasını kullanırlar. 2 dokunma pad’i vardır. Bunların parmak ile kısa devre edilmesiyle parmak derisinden geçen bir akımın uyartımı ile devre çalışır. Bazen deri kuru olur algılama zor olur bazen deri nemli olur algılama daha iyi olur. Bununla birlikte çoğunlukla ayarları iyi yapıldıysa sorunsuz çalışır. Bu tip devrelerin kullanımı 70 lerden sonra eski TV lerde görülmektedir.
Bu tip devrelerin örnekleri internette bolca olsa da burada göstereceğim devreler transistörlü devreler olacak.
Not: Bu tip devreleri internetten alıp denemek isterseniz, örnekteki gerilimin aynısını ve mümkünse aynı komponentleri kullanın. Çünkü devrenin gerilimi değiştiğinde komponent değerlerinin bazılarını da değiştirmek zorunda kalabilirsiniz.
Transistörlü devrelerde aşağıdaki devre çizimlerinde göreceğiniz gibi Beyz ucu tetik ucu olarak kullanılıyor. Burada transistorü tek olarak kullanırsanız transistor ün tetiklenmesi için dokunma pcbsinin bir ucunu +VCC ye bağlayın diğer ucuna ise GND bağlayın. Aşağıdaki PCB çizimi rezistif dokunmatik için örnek oluşturabilir. Genelde 1cm2 pcb yeterli olacaktır. Daha küçük dokunma yüzeyi olduğunda transistor ün tetiklenmesi problem yaratabilir.
İNSAN vücudunda sadece iletkenlik yoktur. İnsanın vücudunda bir gerilim de mevcuttur.
İnsan vücudundaki elektriği kullanan devrelerde ise tek dokunma noktası bulunur. Bu dokunma ile insan vücudundaki elektrik, devrenin girişine uygulanır. Daha çok girişi yüksek empedans olan komponentlerde bu tip bir dokunma uygulanır. Örnek verdiğim devrelerde 555 entegresi ile yapılan devre ise buna örnektir. Giriş empedansı yüksek olduğundan küçük bir gerilim değişiklik yaratmaktadır. Bazı darlington transistörler de tek dokunmalı yani insan vücudundaki gerilimle tetiklenebilen şekilde çalışabilmektedir.
KAPASİTİF devreler ise bunların içerisinde en güvenilir ve günümüzde en çok kullananlar olmuştur.
Bunun sebebi ise plakaya elimizi değdirmek zorunda olmamamız.(Statik elektrik boşalması olmaz.) Dekoratif olarak saklanabilmesidir.
Günümüzde bazı elektrik anahtarları bu tip devreler ile kontrol edilmektedir. Bu devreler diğer devrelerden farklı olarak insan vücudunun elektrik depolaması yapan kondansatör gibi çalışmasından kaynaklanır. Vücudumuzun kapasitesi vardır. Bu kapasite değeri devrenin gerçek kapasitesine eklendiğinde kullanılan frekansta değişiklikler olmaktadır. Kapasitif devreler bir frekansta sinyal üretirler. Bu frekansın RC sabiti dediğimiz, zaman sabitlerindeki C değerinin değerini değiştirdiğimizde frekans da değişecektir. Sinyalin formuda bozulacaktır. (Şarj, deşarj formu). Bu form bozukluğu ya da frekans değişikliği bir dokunma olduğunu devreye bildirecektir.
Dokunma devrelerinin algılaması için kullanılacak dokunma yüzeyi önemlidir. Kapasitif dokunma için bazı bilgiler resimlerde mevcuttur.
1.resimde değişimin küçük pcb ye ve büyük pcb ye göre farkını görüyorsunuz. 2. Resimde ise çift anten olduğunda bu birleşimde, parmak ve vücut kapasitesinin nasıl oluştuğunu ve etkisini görüyorsunuz.
Kapasitif devrelerde, bu tip ayarlamalarında yapılması gerekebilmektedir. Sadece 1 pcb 1 nokta varsa sorun olmayabilir fakat birden fazla kontak kullanılıyorsa bunun da dikkate alınması gerekmektedir yanlış sinyallerin önüne geçilebilir ya da daha istikrarlı bir dokunma değişimi oluşturulabilir.
.gif?raw=true)
Devrelerimize bakalım. ( bu devrelerin gerçek çalışması, ilk videoda 6 video birleştirilmiş olarak anlatılmıştır.)
Ayrıca devrelerde statik elektrik için bir önlem alınmadı.
Devrelerin geniş anlatımı, gerçek devre ve proteus şeması üzerinde videoda anlatılmaktadır.
Devrelerden birincisi Transistör toogle FF örneği. (Proteus ismi : Transistor_toggle_OK.DSN)
Toggle Flip Flop dediğimiz devre BİSTABLE MULTİVİBRATÖR denilen devredir. Fakat Toggle kelimesi daha yaygın olarak arama motorlarında kullanılır. Entegreli devreler olduğu gibi transistörlü devreler de kullanılıyor. Burada transistörlüyü anlatacağım. Fakat çeşitli entegrelerle bu toggle devreler hazırlanabiliyor. Toggle bir çalışma şeklidir. Devrenin çıkışı tetik girişine verilen tetiklemeyle durum değiştirir ve tetikleme kesilse bile son durumunu korur. Tekrar tetikleme geldiğinde ilk durumuna döner. Bu şekilde çalışma Röle devrelerinde kilitleme olarak kullanılır.
Bir transistörlü rezistif dokunma devresi yaptığınızda bu devre sadece elimizi değdirdiğimizde çıkışı HIGH yapar sonrasında ise elimizi bıraktığımızda LOW yapar. Çıkışa bir röle koyarsanız bu röle elimizi değdirdiğimizde çekecek ve elimizi kaldırdığımızda bırakacak. Genel de röleler bu şekilde çalışmazlar kilitlemeli çalışması gerekir. Bunun için ise bu transistörlü dokunma devresinin arkasına yine transistörlü bir TOGGLE Flip Flop devresi konulmaktadır. Bu devrenin yaptığı iş ise, elimizi dokundurduğumuzda röle kontakları çekecek, elimizi kaldırdığımızda ise röle kontakları çekmeye devam edecek. Elimizi kaldırıp tekrar değdirdiğimizde ise röle bırakacak şekilde çalışmasını sağlamasıdır.
Toggle FF ile çalışmak, istediğimiz sonucu verse de düşünmediğimiz bir konu var. Bu da toggle FF devrelerinde 2 çıkıştan hangisi devreye girecek. Yani elektrik verdiğinde ilk çalışacak. Bu bilinmemektedir. Röleyi taktığınız çıkış elektrik verdiğinizde çalışmaya başlarsa, istemediğiniz durumlarla karşılaşabilirsiniz. Bundan dolayı devrenizin stabil olması için iyi kontrol etmeniz gerekir ya da her ihtimale karşı bir Reset devresi yapıp yanlış tetiklemelerin önüne geçmeniz gerekir. Tabii ki bu transistörlü sistemler olduğunda geçerlidir. 555 ile yaptığınızda ise bu tip bir sorun yoktur. Enerji geldiğinde 555 çıkışı HIGH seviyesindedir.
İkinci devremiz (Proteus ismi : 555touch_OK.DSN)
Bu devre 555 li bir dokunmatik anahtardır. Fakat burada rezistif değil, vücudumuzdaki elektriği kullanıyoruz. Bundan dolayı dokunma yüzeyi tek uçludur. 555 entegresinin giriş empedansı yüksek olduğundan bu tip çalışmaya uygundur. Çıkışı sadece ON OFF şeklinde çalışır. Kilitleme yapmaz.
Üçüncü devre: (Proteus ismi : Toggle555_OK.DSN)
Bu devre ise transistörlü dokunma devresi ve 555 entegreli Toggle FF devresinden oluşur. 555 çıkışı enerji geldiğinde daima HIGH seviyesindedir. Buna dikkat etmeniz gerekir. Kullanacağınız yerlerde tersi durum gerekirse tek transistörlü devre ile çıkışı terslemeniz gerekecektir. Ayrıca Röle gibi yüksek akım çeken devreler kullanılacaksa mutlaka çıkışa transistörle bağlayın ki 555 entegreniz bozulmasın.
Dördüncü devre: (Proteus ismi : Toggle555_1_OK.DSN)
Bu devre ise transistörlü dokunma devresi ve 555 entegreli bir TOGGLE Flip Flop devresidir. Bu devre 5V ile çalışabilecek şekilde ayarlanmıştır. Burada 2 adet transistörlü dokunma devresi vardır. Bunlardan biri kolektör çıkışlı bir dokunma devresidir. Diğeri ise emetör çıkışlı bir dokunma devresidir.
Kollektör çıkışlı devrede dokunasıya kadar çıkış HIGH seviyesindedir dokunduğunuzda LOW seviyesine iner. Emetörlü devre ise dokunasıya kadar LOW seviyesinde bekler ve ve dokunduğunuzda HIGH seviyesine çıkar. Videoda zaten bu durumun farkını görebileceksiniz. Bazı entegrelerin CLOCK girişleri 0 dan 1 e çıkarken tetikleme yapar bazıları ise 1 den 0 a inerken tetikleme yapar. Devrelerinizde bu durumu göz önünde bulundurmak isterseniz bu kolektör ve emetör çıkışlı devreleri seçebilirsiniz.
Şayet bu devreye 12V luk röle koyup 555 entegresini de 12V ile çalıştırayım derseniz bazı değişiklikler yapmak zorunda kalacaksınız. Bunu da bir sonraki devrede görebilirsiniz. Bunun sebebi ise 12V ta çıktığında Tetikleme girişinin geriliminin fazlalaşmasıdır. Tetik sinyalinin genliğine erişememektir. 5 V luk bir dokunma devresi 12V luk bir devrenin tetiklenmesine yetmeyebilir.
Beşinci devre : (Proteus ismi : Toggle555_2_OK.DSN)
Bu devre ise bir önceki devrenin 12V luk gerilime göre ayarlanmış şeklidir. Bu devrede R6 direnci devreye ön gerilim olarak eklenmiş durumdadır. Bu ön gerilimin değişikliği, tetiklemeyi oluşturmaktadır. Dikkat etmeniz gereken durum dokunma devresinin 5V ile çalışması. Bazı dokunma sensörleri de 3.3V ile çalışabilir. Buradaki R6 direnci 10K olarak kullanılmıştır. 3.3V luk devrenizden bir akım geçse de dokunmatik devrenizi bozmayacaktır. Daha düşük bir direnç koyarsanız geçecek akım sensör devrenizi bozabilir. Ben de gerçek devrede sensör ile tetikleme girişi arasında 1K kullandım. Kısa devre olma ihtimaline karşı bunu koydum. Direkt bile bağlasanız çalışır hatta bazı devrelerde bu direnç şemaya çizilmez ama yanlış bir işlemde sensörünüz bozulabilir.
Altıncı devre: (Proteus ismi : Touch_toggle_556_OK.DSN)
Burada devrenin esası 555 entegresi devresidir. Fakat 556 entegresi 2 adet 555 entegresini içerisinde barındırdığı için, içindeki 555 bölümlerinden biri dokunmatik diğeri ise Toggle FF olarak kullanılarak yapılmıştır. ( BU devre 556 entegresi olmadığından dolayı gerçek olarak denenmemiştir. Proteus üzerinde gerçekleştirilip videoda anlatılmıştır.)
İkinci 555 bölümünün çıkışında 2 adet transistor kullanılmıştır. Bunlar çıkışı terslemek içindir. Mesela bir 220 anahtarlama devresi yaptınız. Bunu kullanmaya başlayacaksınız. 556 çıkışını direkt olarak triyak sürmek için kullandınız. Bu şekilde bakarsak siz evdeyken her şey yolunda olacaktır. Siz evde yoksanız ve elektrik kesilip geldiğinde 556 entegresi çıkışı HIGH seviyesine geleceği için triyak tetiklenecek ve lambanız siz eve gelesiye kadar açık kalacaktır.
Bunu önlemek için çıkışa bir transistör bağladığınızda (Çıkış seviyesini terslediğinizde) ve çıkışı daima enerji geldiğinde LOW seviyesine gelmesini sağladığınızda, devreniz elektrik geldiğinde triyak devresini tetikleyemeyecektir. Sorun oluşturmayacaktır. Bu devrenin çıkışında bunu görmektesiniz.
Yedinci devre: (Proteus ismi : Cap_4093_OK.DSN)
Bu devrede 4093 entegresi (Quad 2-input NAND Schmitt trigger) Lojik kapı entegresidir. Aynı zamanda hızlı tetikleyici özelliği de bulunmaktadır. Bu entegre bizim devremizde osilatör olarak kullanılır. R1 ve C1 komponentleri bu osilatörün frekansını belirler. Kapı devreleri osilatörün çalışmasını sağlar. U1:C son kapı girişi ve çıkışı bir sonraki D FF entegresine giriş olarak verilir. R2 direnci ile D girişine CLK girişinin tersi uygulanır. Fakat 2 sinyalin frekansı aynıdır. D FF entegresinin (4013 entegresi şemada kullanıldı ama gerçek devrede 74LS74 entegresi kullanıldı) Çalışması şu şekildedir: CLK sinyali 0 dan 1 seviyesine çıkarken D girişinin durumuna bakar. Bu giriş 1 ise Q çıkışı 1 dir. 0 ise Q çıkışı 0 dır. Diğer CLK durumlarında Q çıkışı kilitlidir değişmez.
Bizim devremizde ise aşağıdaki osilaskop görüntüleri sırasıyla, dokunmadan önce, Dokunduğumuzda C2 büyük kapasite, dokunduğumuzda C2 küçük kapasite olan grafiklerdir. Dokunduğumuzda devreye giren bizim vücudumuzun kapasitesi C2 ile temsil edilir. Bu kapasite değeri devreye girdiğinde D ucundaki sinyal deşarj süresinden dolayı gecikme oluşturur ve 2 sinyal farkı elde edildiğinde çıkış HIGH seviyesine yükselir. Bunu izah edersek aynı frekans ve kondansatör olmadan CLK ve D uçlarındaki sinyal aynı anda yükselir ve düşer. Bundan dolayı CLK yükselirken D ucu LOW olacaktır. Fakat bizim vücudumuzun kapasitesi devreye girdiğinde D ucuna deşarj süresi eklenir. Bu şekilde CLK palsı geldiğinde D ucu tamamen 0 olmayacağı için karşılaştırma sonucu 1 olarak görünür ve çıkışı HIGH seviyesine çeker.
Bu bir kapasitif dokunmatik sistem mantığıdır. Farklı metotlar kullanılsa da sonuçta vücudumuzun kapasitesini kullanıyoruz. Bu da frekans üzerinde etki yapacaktır. ( Resimlerde Üstteki sinyal CLK sinyali, Alttaki sinyal ise D ucundaki sinyaldir. )
Sekizinci devre: (Proteus ismi : Cap_555_4017_OK.DSN) TEORİ DEVRESİ
Bir frekans varsa ve vücut kapasitemiz ekleniyorsa demek ki devredeki kapasiteye paralel bağlanıyor. Paralel bağlı kapasite değerleri birbirlerine eklenir. Bu da frekansın zaman(T=periyot) hesabı T=1/RxC ye göre kondansatörün büyümesi, deşarj süresini uzatacağından frekansın küçülmesine sebep olacaktır. Bu durumda farklı bir teori üretebiliriz. Bu da belli bir frekansta sayıcının saymasını sağlayarak kapasitif farkı anlayabiliriz demektir. Bu devrede 555 entegresi osilatör olarak çalışmaktadır. Frekans 4017 sayıcısının 10 lu saymasından dolayı 10 sayısını geçmeyecek bir frekans olmalı. Devremizde elimizi dokundurmadığımızda 4017 entegresi ledin yandığı yere kadar sayıyor ve Resetleniyor.
Bunun mantığına bakalım. Devrede 2 osilatör var diyelim. Bir tanesi saydırıyor ki bu ana frekansımız. Bir tanesi de örnekleme frekansıdır. Örnekleme frekansının HIGH seviyesinde sayma ve LOW seviyesinde 4017 entegresinin RESET leme işlemi yapılır. Bu şekilde çalışırken biz dokunduğumuzda vücudumuzun kapasitesinden dolayı frekans düşecek ve aynı örnekleme süresince daha az sayma yapacak ve LED e kadar ulaşamayacak bu da fark olduğunu gösterecek. RV1 sayıcı frekansın ayarı içindir. Stabil çalışması için ayarlanabilir.
Aşağıdaki grafikler birincisi dokunmadan önce diğeri ise dokunduktan sonraki durumdur. Sarı olan sayma frekansı, turuncu olan örnekleme frekansı, kırmızı olan sayma darbesini, yeşil olan da LED yanmasını gösterir. Her iki resimde örnekleme frekansının HIGH seviyesinde gelen Kırmızı renkli sayma palslarına bakın. Biri 7 adet diğeri 6 adettir. Elimizin kapasitesi eklendiğinde frekans düşer ve birim zamanda gelen pals sayısı azalır. Bu tip çalışma mikrokontrolcülerle kolay programlanabilir. Tabii ki Mikrokontrolcülerin (Arduino gibi) analog girişleri de kapasitif anahtar olarak kullanılabilir. Bununla ilgili devre bir sonraki devre olarak aşağıda anlatılmıştır.
Bütün bu devrelere ait proteus şemaları proteus 7.1 de yapıldığı için sizler proteusun üst versiyonlarında deneyebilirsiniz. Github dan dosyalara ulaşabilirsiniz.
AYRICA PROTEUS KULLANMAYANLAR İÇİN DEVRE ŞEMALARI PDF FORMATINDA DOSYALARIN ARASINDA BULUNMAKTADIR.
ARDUİNO KAPASİTİF DOKUNMA ANAHTARI YAPIMI :
Arduino ANALOG GİRİŞİ kullanarak kapasitif anahtar yapabiliriz. Analog girişin içerisinde kendi kondansatörü vardır. Bu kondansatör ile dokunduğumuzda vücudumuzun kapasitesi birleşerek daha büyük bir kapasite oluşturur. Program içerisinde turuncu satırlarda, bu kondansatörün şarj edilmesi için dijital çıkış yapılır ve çıkış HIGH seviyesine geldiğinde bu kondansatör şarj olur.
Daha sonra INPUT olarak ayarlanır ve kondansatör deşarj olmaya başlar. Biz bu arada analog gerilimi ölçeriz. Yaklaşık 600-700 arası seri monitörde okuruz. Bu bir gerilim değildir. Ölçülen Gerilime karşılık arduinonun bize verdiği rakamdır. 5V luk sistemde 5V luk gerilim 1023 rakamına karşılık gelir. Analog giriş kondansatörü elimizi dokundurduğumuzda bizim vücut kapasitemizle birleşir ve okunan rakam 800 ve üzerinde bir rakam gösterir. Bu da elimizi dokundurduğumuzu gösterir. Komutlar değişmediği için bu yeni rakam kapasitenin artması ve deşarj süresinin uzamasıyla mümkün olur. Sonrasında 700 üzerinde bir rakam alındıysa WHILE döngüsüne girerek parmağımız dokunduğu için LED yakma ya da söndürme parametresini alır. Şayet 700 rakamının altındaysa WHILE döngüsü hiç çalışmaz.
WHILE döngüsüne giresiye kadar zaten deşarj oldu. Bu şekilde bir kez daha okuduğumuzda ayrı bir rakam okuruz. Bu rakam da yanlış mı geldi diye düşünebiliriz, yanlış girişleri engellemek için 140 rakamı ile karşılaştırılır. 140 tan fazla ise bu doğru rakamdır ve LED yakıp söndürmek için komut gider. 140 tan az ise bu parazittik etki ya da parmağımızı tam dokundurmadığımızı gösterir. İşlem yapmaz.
Bu durumu sağlamak için PCB ye çıplak elle dokunun sonrasında ince bir yalıtkan koyun. Ben normal kağıt koyduğumda fark oldukça azaldı. Fakat parlak kuşe kağıt koyduğumda ya da antistatik torba koyduğumda oldukça iyi sonuçlar aldım. Hatta kuşe kağıdı 2 kez katladım başarılıydı. 4 kez katladığımda ise başarısızdı.
Not: Kapasitif etkiyi arttırmak için bir ucu A5 pimine bir ucunu GND ye koyduğumuz 2 adet tek katlı pcb yi arka arkaya yapıştırdım. (Proteus şemasında var.) Bu şekilde bağlantı yaptığımda kuşe kağıt 2 katlı çalışırken 4 katlı yaptığımda başarısız oldu. Bunu denemek için GND ucuna seri 1nF kondansatör koydum buradaki rakam yükseldi ve başarılı bir şekilde anahtarlama yapıldı. Sizler de değerlerle oynayarak en iyi etkiyi bulabilirsiniz.
Bunun dışında, Yazıda PCB boyutlarının önemli olduğunu göstermiştim. Burada da ya pcb yi büyütmek ya da kapasitif etkiyi arttırmak için PCB aralık ve yalıtkan malzemesini değiştirmek çözüm olabilir. Kondansatörlerde 2 iletken arasında yalıtkan malzeme vardır. Bu yalıtkanın kalınlığı ve dielektrik katsayısı önemlidir. Farklı malzemeler aynı boyutta olsa da farklı kapasite gösterebilirler. Dielektrik katsayılarını bu sayfadan öğrenebilirsiniz. Yüksek dielektrik katsayıları kapasiteyi büyütür.
Bu dokümanda ise dokunma pcb leri nasıl olur sorusuna yanıt alabilirsiniz.
Sizler de bu bakış açısıyla denemelerinizi yapıp projeniz için en uygun çözümü bulabilirsiniz.
// Arduino Analog giriş ile kapasitif anahtar yapımı int inPin = A5; // analog 5 int say=0; int val = 0; // A5 ten gelen bilgi int pin10 = 10; // Çıkış ledi gösterge pimi int yak=0; // led yanık sönük durumunu gösterir int kontrol=0; // while döngüsüne kaçıncı kez girdi int degistir=0; // buton bırakıldı mı şayet devamlı basılıysa 1 olur. void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pin10, OUTPUT); } // aşağıdaki program led yanıp söndüren Toggle FF kısmıdır. void yaksondur(){ if (yak==0){ digitalWrite(pin10,LOW); } if (yak==1){ digitalWrite(pin10,HIGH); } } void loop() { pinMode(inPin, OUTPUT); // Analog pim dijital pim olarak ayarlanır. digitalWrite(inPin,HIGH);// analog pimdeki kondansatör şarj edilir. //delay(10); // şarj edilmesi için bir süre verilir. kondansatör küçük //değerlerde gecikme verilmese de olabilir. İsterseniz kullanabilirsiniz. pinMode(inPin, INPUT); // kondansatör şarj olduktan sonra giriş olarak ayarlanarak kondansatörün üzerindeki gerilim ölçülür. val = analogRead(inPin); kontrol=0; while (val >=700 ) { val = analogRead(inPin); kontrol=1; if (val>140){ // ölçülen değer 300 üzerindeyse butona basılmıştır. yak=1;degistir=1;//digitalWrite(pin10, !digitalRead(pin10)); } Serial.print("okunan deger: icerde ");Serial.println(val); } if (kontrol==0 && degistir==1){ degistir=0; say=say+1;} if (say==2){yak=0;yaksondur();say=0;} if (say==1){yak=1;yaksondur();} Serial.print("Buton birakildi mi: ");Serial.println(degistir); Serial.print("kontrol: ");Serial.println(kontrol); Serial.print("okunan deger:sss ");Serial.println(val); Serial.println("=============================================="); delay(500); }
TTP223 Kapasitif dokunmatik modül: (Videoda tüm çalışma koşullarını görebilirsiniz)
Bu sensör dijital çıkış verir. Yani çıkışı arduino ile 1 ve 0 olarak algılayabilirsiniz. Fakat bu sensörün kendi özelliği birden fazla olduğu için Arduino ya da başka bir kontrolcü olmadan da kullanılabilir durumdadır.
Diyelim ki bu sensörü tek başına bir röle sürmek için kullanmak istediniz. Öncelikle bu sensörün çıkış ucuna bir transistörlü röle devresi koymanız gerekecek.
Sonrasında sensörü nasıl çalıştırmak istiyorsanız ayarlama yapmanız gerekecek.
Birinci resimde detay görüntüde (config terminal A ve B) uçları var. Bunlar 4 lehim noktasından oluşur. Bu noktalardan en sağdaki A canlı uç, en soldaki ise B canlı uçtur. Ortadaki 2 tanesi ise +Vcc ye bağlıdır. Bunu zaten şema üzerinde de görebiliyorsunuz. Bunlar sizin çalışma modlarınızı ayarlamanıza yarayacaktır.
Çalışma MODLARI:
A ucu pcb ye enerji verildiğinde çıkış HIGH seviyesinde mi yoksa LOW seviyesinde mi bulunması gerekiyor bunu ayarlar.
A ucu +Vcc ye bağlandığında, Çıkış pimi HIGH olarak başlar. Üzerindeki Led ise yanık durumda olacaktır.
A ucu açık olduğunda çıkış pimi LOW seviyesinde başlar. Üzerindeki Led sönüktür.
Dokunduğunuzda bu işlemlerin tersi olacaktır.
B ucu Açık olduğunda, sensör ON OFF modunda çalışır. Yani elinizi değdirdiğinizde ON olduysa elinizi çektiğinizde hemen konum değiştirir ve OFF duruma geçer.
B ucu +Vcc ye bağlandığında, TOGGLE Flip Flop gibi çalışarak her dokunduğunuzda durum değiştirir ve elinizi çektiğinizde bile durumunu korur. Şayet durumunu değiştirmek isterseniz tekrar dokunmanız gerekecektir.
Led olarak bakarsak Dokunduğunuzda Led yandıysa elinizi çektiğinizde Led yanık kalacaktır. ikinci kez elinizi dokundurduğunuzda Led sönecek ve elinizi çektiğinizde de Led sönük kalacaktır.
Yukarıdaki örneğe göre Röle çalıştırmak istediğimizde. Öncelikle ledin sönük olmasını istiyorsak çıkış LOW olarak başlamak zorundadır. O zaman A ucunu +Vcc noktasına kısa devre etmeyeceğiz. Bunun yanı sıra elimizi çekmemize rağmen Rölenin bulunduğu durumu korumasını istiyoruz. Bunu da B ucunu +Vcc ye kısa devre ederek sağlayabiliriz.
O zaman özetlersek A ucunu yandaki uca lehimlemeyeceğiz. Fakat B ucunu yandaki uca lehimleyeceğiz.
Bu modül ile hiçbir kontrol kartına gerek kalmadan bir röleyi tetikleyebiliriz.
Burada şunu da söylememiz lazım. Devre 5.5V ta kadar çalışabiliyor. SSR röleler ya da triyak devreleri düşük gerilimle tetiklendiği için triyak devreleri direkt olarak bu sensör ile tetiklenebilir.
Triyaklı kontrol devreleri konusunda yazdığım yazıdan detaylara bakabilirsiniz. Bu sensörün çıkışına 330R luk bir direnç koyarak optokuplörü tetikleyebilirsiniz.
https://www.mikrobotik.com/wp2/2019/01/13/triyak_ac_kontrol_devre_android_bluetooth_lamba_kontrolu/
PCB üzerinde entegrenin sağında bir smd komponent boşluğu var. Buraya gerekirse hassaslık ayarı için ya da çevreden etkilenmemesi için bir kondansatör takabilirsiniz. Bu kondansatörün değeri ise 0-50pF arasında olabilir.
TTP229 16 adet kapasitif kontrol modülü, (Videoda tüm çalışma koşullarını görebilirsiniz)
Bu modül piyasada satılan modüllerden sadece biri. Bu modül serisi 4 butonlu, 8 butonlu ve 16 butonlu olarak piyasada satılmaktadır. Aşağıdaki resimde bulunan modül isimleriyle alabilirsiniz.
Bu modüller aynı tip kullanıma sahip gibi görünse de sadece TTP229 ve TTP226 seri veri akışına sahiptir.
Çıkış pimleri:
TTP224 te 4 adet butonun dijital çıkış pimleri ve VCC GND pimleridir.
TTP226 da 8 buton dijital çıkış ve VCC gnd dir. ( Q0 çıkışı seri haberleşmede kullanılıyor)
TTP229 Entegresinde ise TTP226 gibi yine ilk 8 butonun dijital çıkışı vardır. Fakat TTP229 modülünde 9-16 arası butonlar sadece seri bilgi olarak okunabiliyor. Yani 9-16 butonları için Arduino veya diğer mikrokontrolcüler için program yazmanız gerekiyor. TTP226 da ise Q0 çıkışı hem CMOS çıkışı hem de seri çıkış olarak ayarlanabiliyor. Detaylı bilgi için datasheet’e bakınız.
TTP229 modülü elimde olduğundan onunla anlatacağım.
TTP229 modülü 2.2V-5.5V arası gerilimlerle çalışır. Bu sebeple şayet 3.3V luk devrelerde çalışacaksanız bu modülü de 3.3V ile besleyerek dijital çıkışlarının 3.3V seviyesinde çıkış vermesini sağlayın. Bu şekilde seviye dönüşümünden kurtulmuş olursunuz.
Bunun yanı sıra ilk 8 buton dijital çıkışlara bağlanmaktadır. Modülün hem tek tek basılması hem de çoklu basımı algılaması mevcuttur.
Yani 3 ve 5 e aynı anda bastığınızda 3. Ve 5. Çıkış pimleri HIGH seviyesine çıkacaktır.
Modül üzerinde ayar yapabileceğiniz 8 jumper pimi var. P1 ve P2. Bu pimlerin ne işe yaradığını aşağıda göreceksiniz.
Aşağıdaki tabloya göre işlemleri açıklayayım. (burada 2 li kodlar yer almaktadır. 1 ise boş bırakın 0 ise jumper ile birleştirin demektir. Jumper takıldığında bu uçlar 1M direnç ile şaseye bağlanmaktadır. (Devre şemasına bakınız.)
| PİM | Seçenekler | AÇIKLAMA | VARSAYILAN (Jumper yok) |
|
| TP0 (OPDEN)TP1 (SAHL) |
TP0 (OPDEN) |
TP1 (SAHL) |
||
| 1 | 1 | 8 Dijital çıkış :CMOS çıkış aktif HIGH 2 kablolu seri haberleşme : CMOS aktif HIGH |
VARSAYILAN | |
| 1 | 0 | 8 Dijital çıkış :CMOS çıkış aktif LOW 2 kablolu seri haberleşme : CMOS aktif LOW |
||
| 0 | 1 | 8 Dijital çıkış : OD (Open Drain) çıkış aktif LOW 2 kablolu seri haberleşme : CMOS aktif LOW |
||
| 0 | 0 | 8 Dijital çıkış : OC (Open Collector) çıkış aktif HIGH 2 kablolu seri haberleşme : CMOS aktif HIGH |
||
| TP2 (KYSEL) |
1 | 8 giriş anahtarı modu | VARSAYILAN | |
| 0 | 16 giriş anahtarı modu | |||
| TP3 (SKMS1)TP4 (SKMS0) |
TP3 (SKMS1) |
TP4 (SKMS0) |
Group-1=>TP0,TP1,TP2,TP3,TP8,TP9,TP10,TP11. Group-2=>TP4,TP5,TP6,TP7,TP12,TP13,TP14,TP15. |
|
| 1 | 1 | Tüm butonlar tekli algılama | VARSAYILAN | |
| 1 | 0 | 1. grup tekli buton algılama 2. grup tekli buton algılama |
||
| 0 | 1 | 1. grup tekli buton algılama 2. grup çoklu buton algılama |
||
| 0 | 0 | Tüm butonlar çoklu algılama | ||
| TP5 (WPSCT) |
1 | 8 Hz örnekleme frekansı uyku modundan çıkma. | VARSAYILAN | |
| 0 | 64Hz Örnekleme frekansı uyku modundan çıkma | |||
| TP6 (SLWPTM) |
1 | Uyandırma örnekleme uzunluğu, yaklaşık 4 ms | VARSAYILAN | |
| 0 | Uyandırma örnekleme uzunluğu, yaklaşık 2 ms | |||
| TP7 (SKSRT) |
1 | Maksimum anahtarlama süresi kapat = sonsuz.
( Bir nesne buton üzerini kaplarsa o butonu kullanıma kapatır. Fakat bu seri haberleşmede hala kontrol edilir. Bu kontrol etmesin diye süreyi sonsuz ayarlar.) |
VARSAYILAN | |
| 0 | Maksimum anahtarlama süresi AÇ = Yaklaşık 80 sn.
( Bir nesne buton üzerini kaplarsa o butonu kullanıma kapatır. Fakat bu seri haberleşmede hala kontrol edilir. 80 saniye sonra butonu inaktif yapar. ) |
|||
CMOS aktif çıkış Normal dijital çıkıştır. HIGH olduğunda 1 seviyesindedir. Bu sinyali direkt olarak 330R ve 1 led bağladığınızda Ledin yandığını ve 0 olduğunda söndüğünü görürsünüz.
OD=Open Drain. Mosfetlerde Drain kısmı açık olarak size verilir. Buraya bir led koymak isterseniz Ledin Katodu girişe bakmalıdır. Anotu ise 330R direnç ile +Vcc ye bağlanmalıdır. OD modunda aktif çıkış düşüktür. Yani GND ye bağlıdır.
OC= Open collector. Collector ucu boştadır. Buraya da OD deki gibi led bağlarsanız çalışır fakat aktif HIGH durumundadır. Yani Lediniz ilk anda çalışmaz. Butona bastığınızda çalışır.
Bu modülde I2C kütüphanesi kullanılmıyor. Sadece seri haberleşme SCL saat palsine göre alınıyor. Bunu karıştırmayalım. ( Arduino KÜTÜPHANE KULLANILMAMAKTADIR )
SCL pimi saat giriş pimidir. Saat palsını Mikrokontrolcü yollar. SDO pimi ise Seri bilgi çıkış ucudur. Mikrokontrolcüye bilgi gönderir.(Mikrokontrolcü = Arduino, PIC, STM gibi entegre ya da kartlardır)
Bu haberleşmenin senkronizasyonunu mikrokontrolcü SCL çıkışını LOW – HIGH yaparak sağlar.
( Datashete bakarsanız TP0 ve TP1 in durumuna göre bu sinyal durumu değişebilir. Datasheette bu sinyal örnekleri mevcuttur.) Saat palsının ve SDO piminin Aktif LOW ya da Aktif HIGH olmasını TP1 jumper belirler. Normalde takılı değilken aktif LOW olacaktır. ( Ben de Arduino programını buna göre yaptım. )
Çalışması: Arduino programında SCL pimi LOW yapılır ve arkasından küçük bir gecikme verilir. Sonrasında ise SDO piminin değeri okunur. Sonrasında SCL pimi HIGH yapılır. Tekrar LOW yapılarak bir diğer buton durumu okunur. Toplam 16 kez bu yapılarak tüm butonlar okunur.
Bu modülün seri haberleşmesinde bir zaman aşımı vardır. Şayet 2ms SCL pimi değişmez ise modül kendini Resetler ve bekleme durumuna geçer. Yani okuma SCL sinyalini 2ms yi aşmayacak şekilde ayarlamanız gerekir.
Neden Gecikme veriyoruz.
Yukarıdaki resim Programda SCL yi LOW yaptığımızda DATA nın değiştiğini gösterir. Yanlış algılamaları engellemek için DATA nın yükselen ya da düşen kenarına gelmesin diye zaman gecikmesi verildi. Sinyal formatını dikkatli incelerseniz SCL yi HIGH duruma alıp da okuyabilirsiniz. Bu da olur. Çünkü SCL HIGH durumda ise DATA hala aynıdır.
Bu şekilde okurken aktif HIGH ayarladığımız için BUTONA bastığımızda O butonu 0 seviyesi olarak gösterir. Basılmayan butonları ise 1 seviyesinde gösterir. TP1 jumper kullanılırsa bunun tam tersi bir sinyal alırsınız.
NOT: Burada şunu da hatırlatmak isterim. Seri haberleşme için 16 butona geçirildiğinde 8 dijital çıkış hiçbir çıkış vermez. Dijital çıkışlar ilk 8 butona ait fakat 16 buton haline getirildiğinde TP2 jumper bağlandığında. Dijital çıkışları kesiyor.
Modülde otomatik kalibrasyon vardır. Enerji verildikten sonra 4 saniye kadar standby da bekler. Bu sırada butonlara dokunmayın. Kalibre eder sonra kullanıma açar.
Modül devamlı standby da beklediği için butona bastığınızda bir uyanma süresi olacaktır. Elinizi bu süre içinde hızlıca basıp çekerseniz algılamayacaktır.
Arduino programı MULTI (Çoklu) çalışmaya uygun olarak yapıldı. (Program ismi : ttp229_multi.ino) 16 buton birden okunuyor. Basılmayan butonlar 1 basılanlar 0 olarak seri monitörde gösteriliyor. Çoklu buton çalışmasında birden fazla butona aynı anda basabilirsiniz. Modül bunu tarama yoluyla algıladığı için tüm basılan butonları size gösterecektir. Gelen bilgiye göre kendi programlarınızda kullanabileceksiniz. Program toggle olarak yani İlk basışta ON duruma geçip orada bekliyor bir sonraki basışta OFF yapıp orada bekliyor.
Çoklu buton nerede ve nasıl kullanılır. Genelde butonlarla ayar yapan programcılar 2 buton basımını ayarlara girmek için kullanırlar. Fakat burada bir sorun var. Modülün sleep-Wakeup (uyku ve uyanma) süresi olduğundan elinizi anında görebilirse de, bu süre düşük olduğundan 2 parmağınızı aynı anda değil de farklı algılar ve butonlara tek tek basmışsınız gibi kabul edebilir yanlış algılama olur. Bundan dolayı butonu okuduktan sonra kendi iç zamanlayıcınızı çalıştırıp süre sonunda tekrar butonları okuyup, buton gereğini yapmak için programın gerekli satırlarına atlayabilirsiniz. Mesela 2 parmağın aynı anda basma gecikmesi 200ms olursa algılamak daha kolay olur. Bu normal çalışmada da butonlara 200ms kadar basım süresi eklemeniz demektir. Modül zaten uyanma gecikmesi ile bunu sağlıyor ama yetersiz ise sizler de kendi gecikmenizi verirsiniz.
/*Arduino ve TTP229 ile ÇOKLU buton kontrolü. 16 buton okunur. seri monitörde gösterilir. Videoda çalışması mevcuttur. Programın temeli sadece basılan tuşu gösteriyordu. Diğer yerlerini Ben ekledim. Yine de orjinal programa bakmak isterseniz adresi burada. XD-62B-TTP229-4x4-Keypad-16 modified on 11 Nov 2020 by Amir Mohammad Shojaee @ Electropeak Home based on forum.hobbycomponents.com examples https://forum.hobbycomponents.com/viewtopic.php?f=73&t=1781&p=4225&hilit=ttp229#p4225 */ /* Define the digital pins used for the clock and data */ #define SCL_PIN 10 #define SDO_PIN 11 /* Used to store the key state */ byte Key; byte gelen[16] = {1,8,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; void setup() { /* Initialise the serial interface */ Serial.begin(9600); /* Configure the clock and data pins */ pinMode(SCL_PIN, OUTPUT); pinMode(SDO_PIN, INPUT); } /* Main program */ void loop() { /* Read the current state of the keypad */ Key = Read_Keypad(); //Serial.print(gelen[0]," , "); /* If a key has been pressed output it to the serial port */ if (Key){ for(int i = 1; i < 16; i++) { Serial.print(gelen[i]); } Serial.println(""); } if (Key) Serial.println(Key); /* Wait a little before reading again so not to flood the serial port*/ delay(100); } /* Read the state of the keypad */ byte Read_Keypad(void) { byte Count; byte Key_State = 0; /* Pulse the clock pin 16 times (one for each key of the keypad) and read the state of the data pin on each pulse */ for(Count = 1; Count <= 16; Count++) { digitalWrite(SCL_PIN, LOW); delayMicroseconds(150); // Stabilite olarak kullanıldı. datasheet teki ilk kalkışı ve LOW seviyesinde //sinyalin ortasından ölçmek için50-500 arası kullanılır. // Bu gecikme olmadığında bazen bir üsttekini ya da bir alttakini yazıyordu. gelen[Count]=digitalRead(SDO_PIN); /* If the data pin is low (active low mode) then store the current key number */ if (!digitalRead(SDO_PIN)) Key_State = Count; digitalWrite(SCL_PIN, HIGH); } //Serial.print(gelen[0]," , "); return Key_State; }
TP229 devre şeması : Devre şemasında P1 ve P2 header soketleri görüyorsunuz. Jumper taktığınızda 1M direnç ile GND ye bağlanıyor. Bu şekilde istenen çalışma şekli seçilmiş oluyor. JUMPER takıldığında 0 olarak değerlendirin. Takılmadığında 1 olarak değerlendirin. Yukarıdaki tabloya bakarken faydası olacaktır.
TÜM DOSYALARA
BURADAN ULAŞABİLİRSİNİZ
İlk Video 6 bölümden oluşuyor. Yukarıdaki anlatılan devrelerden 6 tanesi.
2 Transistör rezistif dokunmatik devre.
555 entegreli dokunmatik anahtar
Transistörlü dokunmatik 555 Toggle devre 5V luk
Transistörlü dokunmatik 555 Toggle devre 12V luk
Kapasitif 4093+ 74LS74 entegreli dokunmatik anahtar
Kapasitif devrede butonun üzerine gelen metal cismin etkisi.
Bölümleri videoda ayırt edebiliyorsunuz. Seçerek bakabilirsiniz.
Yukarıda anlatılan devrelerin PROTEUS üzerinde çalışması anlatılıyor.
Arduino ANALOG girişi ile kapasitif anahtar yapımı
TTP229 modülünün çalışması.
Denemelerinizin sonucunda problem olduysa ya da daha iyi bir şekilde yaptığınızı düşünüyorsanız Lütfen buraya yazın ki TECRÜBELERİNİZDEN BİZLER DE FAYDALANALIM.