Berührungsloser Schalter
Hin und wieder ist es nützlich die Position oder das Vorhandensein von Personen oder Gegenständen feststellen zu können.
Lichtschranken sind eine altbewährte Technik mit vielen Vorzügen, aber auch einigen Nachteilen. Fremdlicht kann sie funktionsunfähig machen und Staub oder Gase machen Lichtschranken blind.
Induktive Sensoren benötigen leitfähiges Material. Nichtleiter, wie z.B. Kunststoff und Holz können sie nicht erkennen.
Die modernste Methode der Ortsbestimmung sind Radar-Sensoren. Damit kann man ausreichend große Objekt sogar durch Wände hindurch detektieren. Allerdings arbeiten Radar-Sensoren mit Mikrowellen-Strahlung.
Der vierte in diesem Bunde ist der kapazitive Sensor. Das Sensorelement ist eine Metallfläche, die in der Nähe des zu erkennenden Objektes angebracht wird. Metallische und nichtmetallische Objekte können – je nach Ausgestaltung des Sensors – auf mehrere Zentimeter Abstand zuverlässig erkannt werden.
Der Schaltplan ist recht übersichtlich und verzichtet auf allzuviel Schnickschnack. IC1, ein MTCH102EMS von Microchip, erledigt die gesamte Arbeit.
Mit Pin 6 an GND wird der zweite Sensorkanal an Pin 3 als Guardausgang eingestellt. Damit werden störende Einflüsse durch z.B. Kabelkapazitäten kompensiert.
Die Empfindlichkeit des Sensors wird mit R1 eingestellt. Pin 7 ist der Ausgang des Chips. R4 ist der Pull up Widerstand zu diesem Ausgang. Der Ausgang ist low-aktiv. Pin 1 und Pin 8 sind die Stromversorgungsanschlüsse des Chips. Und Pin 4 schließlich setzt die Betriebsart auf Dauerbetrieb.
Die Betriebsspannung ist 3,3V und wird über J1 zugeführt. Die LED D2 zeigt das Vorhandensein der Stromversorgung an und kann auch entfallen. Die restlichen Bauteile bilden einen Verpolschutz, entkoppeln und filtern die Stromversorgung.
Die Leiterplatte ist 45mm x 30mm groß und doppelseitig mit Kupfer beschichtet. Die Sensorfläche wird an die SMA-Buchse X1 angeschlossen. Geeignete 50Ω-Koaxialkabel gibt es in verschiedenen Längen vorkonfektioniert auf den bekannten Verkaufsplattformen im www.
Die Stückliste ist sehr übersichtlich:
| Anzahl | Referenz | Typ/Wert | Kommentar |
| 1 | IC1 | MTCH102EMS | Microchip |
| 1 | R1 | 100kΩ | Bourns 3214W |
| 2 | R2, R4 | 10kΩ | Footprint 1206 |
| 1 | R3 | 3,3kΩ | Footprint 1206 |
| 1 | R5 | 4,7kΩ | Footprint 1206 |
| 1 | D1 | RGF1D | Si-Diode 1A |
| 1 | D2 | LED | Footprint 1206 |
| 1 | L1 | 100µH | Footprint 1206 |
| 1 | C1 | 10µF 10V | |
| 1 | C2 | 100nF ker. | Footprint 1206 |
| 1 | X1 | SMA Buchse | SMD |
| 1 | J1 | 10p Pfostenstiftleiste | 2×5 Pin, RM 0,1″ |
| 1 | Platine | ||
| 1 | Koaxialkabel 50Ω | mit SMA-Stecker |
Obiges Foto zeigt den Cap-Sensor mit Koaxialkabel mit SMA-Stecker und SMB-Buchse. Das Kabel ist 15cm lang. Als Sensorfläche wird ein Stück einseitig kupferbeschichtetes Platinenmaterial verwendet. Ein Stück Metall oder Draht sind alternativ einsetzbar. Es wird nur der Innenleiter des Koaxkabels angeschlossen. Der Schirm wird isoliert. Die SMB-Buchse und den SMB-Stecker kann man einsparen, wenn man den Innenleiter des Koaxialkabels direkt an die Sensorfläche anschließt.
Das ZIP-Archiv enthält alle Daten, die zur Herstellung der Leiterplatte benötigt werden.
Und wozu verwende ich diese Platine? Als Gleis-belegt Erkennung auf der Modelleisenbahn!
Hier noch ein paar Fotos aus der Experimentierphase:
Die Sensorfläche ist 50mm x 30mm groß, liegt unter dem Gleis und wurde mit PE-Folie isoliert.
Für diese Testfahrt wurde eine 30mm x 20mm große Sensorfläche senkrecht neben dem Gleis angeordnet.
Die Testfahrt mit der Märklin E75 sollte die Einstellung der Empfindlichkeit prüfen.
Bei dieser Versuchsfahrt wurde meine Märklin V32 eingesetzt. Die Lokomotive verfügt über ein Metallgehäuse und soll das Verhalten des Sensors auf leitfähige Materialien testen. Als Sensorelement wurde ein 12cm langes Stück Schaltdraht verwendet.
