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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.

Schaltplan des kapazitiven Sensors

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.

Layout des kapazitiven Sensors

Die Stückliste ist sehr übersichtlich:

AnzahlReferenzTyp/WertKommentar
1IC1MTCH102EMSMicrochip
1R1100kΩBourns 3214W
2R2, R410kΩFootprint 1206
1R33,3kΩFootprint 1206
1R54,7kΩFootprint 1206
1D1RGF1DSi-Diode 1A
1D2LEDFootprint 1206
1L1100µHFootprint 1206
1C110µF 10V
1C2100nF ker.Footprint 1206
1X1SMA BuchseSMD
1J110p Pfostenstiftleiste2×5 Pin, RM 0,1″
1Platine
1Koaxialkabel 50Ωmit SMA-Stecker
Cap-Sensor mit Kabel

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.

ZIP-Archiv zum Cap-Sensor Projekt

Und wozu verwende ich diese Platine? Als Gleis-belegt Erkennung auf der Modelleisenbahn!

Hier noch ein paar Fotos aus der Experimentierphase:

Mein Märklin Schienenbus auf Testfahrt

Die Sensorfläche ist 50mm x 30mm groß, liegt unter dem Gleis und wurde mit PE-Folie isoliert.

Testfahrt mit Sensorfläche neben dem Fahrzeug
Testfahrt mit Sensorfläche neben dem Fahrzeug

Für diese Testfahrt wurde eine 30mm x 20mm große Sensorfläche senkrecht neben dem Gleis angeordnet.

Weitere Versuchsfahrt mit kleiner Sensorfläche und anderem Fahrzeug

Die Testfahrt mit der Märklin E75 sollte die Einstellung der Empfindlichkeit prüfen.

Versuchsfahrt mit Draht als Sensorelement und Lokomotive mit Metallgehäuse
Versuchsfahrt mit Draht als Sensorelement und Lokomotive mit Metallgehäuse

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.

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Veröffentlicht5. März 2019 von Kemoauc in Kategorie "IoT", "kleine Basteleien", "Modelleisenbahn", "Sensoren

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