MTCH101 – pojemnościowy czujnik klawiatury dotykowej

Nowoczesność zmierza do nas wielkimi krokami. Konstrukcje elektroniczne zawierają różne przyciski i przełączniki mechaniczne, a obecnie to wszystko zostaje zamienione na nowoczesne rozwiązania elektroniczne, które oferują nawet dodatkowy bonus w kwestii rozwiązań mechanicznych obudowy.

Koncepcja zastosowania w określonym urządzeniu elektronicznym elementów sterujących, reagujących na dotyk nie jest nowa. Powszechnie znane są ekrany dotykowe w różnym sprzęcie komputerowym. Z punktu widzenia elektroniki technologia jest dosyć złożona a dodatkowo wymaga użycia skomplikowanych rozwiązań w oprogramowaniu, toteż nie nadaje się do zastosowania w mało zaawansowanych konstrukcjach. Każdy hobbysta ma prawo do własnych marzeń by zbudować jakieś urządzenie mające nie tylko dobre (albo wręcz doskonałe) parametry techniczne lecz również posiadające pewne walory estetyczne. W ofercie handlowej istnieje wiele gotowych obudów zarówno plastikowych jak i wykonanych z metalu. Wszystkie one mają jedną podstawową wadę – jako elementy uniwersalne nie są przystosowane do naszych aktualnych wymagań. Zachodzi potrzeba prac adaptacyjnych, jak choćby wykonanie niezbędnych otworów w płycie czołowej na różne przełączniki i przyciski. Te działania w warunkach domowych to istny koszmar dla hobbysty. O ile same okrągłe otwory są do pokonania, to już ich realizacja w wymaganym rastrze stanowi spore wyzwanie. Konieczność wykonania otworów o innym kształcie to walka z materią za pomocą pilnika. Z reguły jest skazana na porażkę, bo o pomyłkę łatwo, a naprawa praktycznie jest niemożliwa. Chyba, że… zmienimy swój punkt widzenia na inny i zamiast ćwiczyć swoją cierpliwość w operowaniu pilnikiem, wydrukujemy całą czołówkę (łącznie z symbolami przycisków oraz ich opisem) na papierze lub folii samoprzylepnej. By całość była odporna na czynniki zewnętrzne, wykonaną nalepkę należy zalaminować – nakleić arkusz przezroczystej folii (są takie z przeznaczeniem do drukarek atramentowych lub laserowych). Tak powstały detal jest odporny nawet na agresywne środki jak przykładowo aceton.

Co to za układ?

Tytułowy bohater, układ MTCH101 (rysunek 1), produkowany przez Microchip, to samodzielny, pojemnościowy detektor zbliżeniowy (ang. proximity detector). Samodzielny, gdyż nie wymaga nadzoru jakiegokolwiek mikroprocesora czy mikrokontrolera oraz do pracy wymaga jedynie kilku elementów zewnętrznych. Pojemnościowy, gdyż sam sensor jest elementem o charakterze pojemnościowym oraz układ reaguje na zmianę wartości pojemności. Zbliżenie palca do sensora wpływa na pojemność elektryczną samego czujnika i ta zmiana jest wykrywana. Charakter pojemnościowy samego sensora daje w efekcie bardzo pożyteczną dodatkową cechę użytkową – nie jest konieczny dostęp do samego sensora (w sensie połączenia galwanicznego). To oznacza, że może on być umieszczony pod nalepką na płycie czołowej lub wręcz za ścianką zbudowaną z materiału izolacyjnego.

Znaczenie poszczególnych wyprowadzeń jest następujące:

• MTI – wejście elementu dotykowego do układu,
• MTSA – wejście (o charakterze analogowym) pozwalające na ustawienie czułości sensora,
• MTPM – wejście cyfrowe do wyboru trybu pracy o obniżonej energii (stanem aktywnym jest zero logiczne),
• VDD – zasilanie układu, dopuszczalne napięcie zasilające jest w granicach 2…5V, więc układ może być stosowany w typowym środowisku cyfrowym jak i w systemach o zasilaniu 3,3 V,
• VSS – „masa” układu,
• MTO – wyjście detekcji ze stanem aktywnym jako zero logiczne, wyjście jest typu otwartego drenu, więc konieczne jest użycie rezystora podciągającego do plusa zasilania.

Czułość detektora określa, jak daleko i szybko może on reagować na bliskość lub dotyk. MTCH101 ma pin MTSA do regulacji czułości (w sensie analogowej wartości napięcia). Im niższe jest napięcie (bliższe wartości VSS), tym czułość jest większa. Najprostszym rozwiązaniem do regulacji czułości jest zastosowanie potencjometru. Również możliwe jest zastosowanie w tym miejscu przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC). Układ MTCH101 można skonfigurować do pracy w trybie normalnym (stan wysoki na wejściu MTPM) lub w trybie niskiego poboru mocy (stan niski na MTPM). Ma to wpływ na różnice w poborze prądu, oraz na czas reakcji detektora.

Układ ma nieskomplikowaną aplikację, toteż można łatwo zrealizować najważniejsze badania jego funkcjonalności. Podstawową aplikację pokazuje rysunek 2.

W wyniku przeprowadzonych eksperymentów związanych z ustawieniem czułości detektora, układ MTCH101 optymalnie zachowuje się gdy na wyjściu potencjometru (R5, rysunek 2), jest połowa napięcia zasilającego.

Podstawowe badania

Do praktycznych badań podstawowych został zbudowany układ pokazany na fotografii 3 do zmodyfikowanego schematu z rysunku 4 (by ułatwić obserwację, wyjście detektora jest przyłączone do diody LED wraz z odpowiednim rezystorem).

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze wrześniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2023). Pełna wersja czasopisma umieszczona jest pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2023 znajduje się tutaj.

 

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) stałymi Patronami ZE, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10 zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mamy wysłać na podany adres e-mailowy.