Berührungserkennung anhand von elektrischem Rauschen am Mikrocontroller-Pin

Ich habe kürzlich mit der folgenden Methode experimentiert, Berührungen an einem digitalen Eingangspin eines Mikrocontrollers zu erkennen:

  1. Pin in Ausgabemodus versetzen
  2. Fahren Sie den Stift hoch
  3. Setzen Sie den Pin in den Eingabemodus
  4. Zeit, wie lange es dauert, bis der Pin den Zustand durch elektrisches Rauschen wechselt.
  5. Filtern Sie den Wert und suchen Sie nach großen Zunahmen oder Abnahmen in der Zeit (vermutlich ist dies der Zeitpunkt, an dem der Benutzer die Stecknadel berührt).

In kurzen Tests ist diese Zeit, die benötigt wird, um den Zustand des Stifts zu ändern, mehrere tausend Mal kürzer, wenn eine Person den Stift berührt. Mit einer kleinen Demo-Anwendung, die eine LED umschaltet, funktioniert es in einer relativ geräuscharmen Wohnumgebung zuverlässig.

Also versuche ich jetzt zu verstehen, was das System ist und wie es funktioniert. Ich glaube, das System ist: Geben Sie hier die Bildbeschreibung einWenn der Mensch den Stift berührt, fungiert er als Antenne, erhöht das elektrische Rauschen, das in den Stift gelangt, und verringert die Zeit, die der parasitäre Kondensator benötigt, um seinen Zustand zu ändern.

Ich glaube auch, dass die Spannung am Pin der Brownschen Bewegung folgt und sich von einem Zustand zum anderen schlängelt (das liegt daran, dass der Kondensator das weiße elektrische Rauschen integriert). Ohne ein Oszilloskop konnte ich jedoch nicht sehen, was die Pin-Spannung tatsächlich tut.

Meine Fragen sind:

  1. Ist mein Verständnis des Systems richtig?
  2. Was sind die Nachteile und Einschränkungen des Systems?

Einige Einschränkungen, die ich sehen kann:

  • Anfällig für Spitzen in Umgebungsgeräuschen (z. B. Einschalten einer Mikrowelle).
  • Statische Elektrizität durch Berühren des Stifts kann den Mikrocontroller beschädigen (Möglicherweise die Hand relativ zur Schaltung über das Gehäuse erden?)
Verhält sich der Mensch wie eine Antenne oder wie ein großer Kondensator? Was passiert, wenn Sie zuerst die Hand relativ zum Stromkreis erden? Weißt du, wie Capsense funktioniert?
Bei der kapazitiven Erfassung ist die Zeit, die mit der menschlichen Berührung benötigt wird, größer als die Zeit ohne menschliche Berührung, da der Mensch die Kapazität erhöht. (nach meinem Verständnis von kapazitiver Erfassung). In diesem Fall ist die Zeit für den Zustandswechsel des Pins kürzer. Bei meinen Tests mit diesem System spielt es keine Rolle, ob Sie den Stift zu Beginn hoch oder niedrig ziehen. Es spielt keine Rolle, ob die Person Hausarrest hat oder nicht. Dies lässt mich zu dem Schluss kommen, dass es Rauschen ist, das den Spannungsschalter antreibt.
@JimmyB: Interessant zu sehen, dass jemand anderes dies zuverlässig gemacht hat. Aber mein Ziel war es, Berührungen ohne externe Hardware zu erkennen.
Was meinst du mit "ohne externe Hardware"? Gelten ein Kondensator und ein Kupferbereich irgendwo als "externe Hardware"?

Antworten (1)

Ein interessantes Experiment, aber es gibt einige Gründe, sich nicht auf diese Art der Berührungserkennung zu verlassen.

  • Ein CMOS-Logikgatter kann unter einem hohen Durchschussstrom leiden, wenn die Eingangsspannung irgendwo nahe der Hälfte von Vdd schwebt.

  • Eine menschliche Antenne verstärkt den Rauscheingang am Eingang eines Gates, aber die Stärke des zufälligen Rauschens variiert über viele Größenordnungen, was ein zuverlässiges Design ziemlich schwierig macht.

  • Chiphersteller spezifizieren I/O-Leckströme oft sehr locker.
    Könnte nur eine Obergrenze von einem Mikroampere haben, könnte aber auch Sub-Nanoampere sein (und ist meistens sehr niedrig).

  • Ein Gate-Eingang, der empfindlich genug ist, um mit einer schwachen Rauschquelle zu arbeiten, ist anfällig für starke Rauschquellen in der Nähe. Möchten Sie, dass Ihre berührungsempfindliche Tastatur zufällige Zeichen ausspuckt, wenn ein Gerät in der Nähe ein- oder ausgeschaltet wird oder wenn Sie mit Ihrem aufgeladenen Körperteil in die Nähe wischen?

Einige Hersteller konzipieren Eingangspins für diese Art der Verwendung, verlassen sich jedoch eher auf eine lokal erzeugte Signalquelle als auf eine externe Rauschquelle.

Berührungserkennung anhand von elektrischem Rauschen am Mikrocontroller-Pin
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v