Selbstgemachte Abschirmung eines Kabels zu einem kapazitiven Sensor

Ich verwende einen kapazitiven Sensor CAP1188 mit Arduino und verbinde 8 seiner Berührungssensoreingänge mit 8 Kupferplatinen, die ich als eigentliche Berührungsflächen verwenden möchte.

2-zeiliger kapazitiver Sensor und Kupferplatine

Die Kabel zum Sensor sind ziemlich lang (100 bis 500 mm, je nach Position der Kupferplatine im System) und ihre Annäherung löst auch den Sensor aus, was ich nicht möchte.

Wie kann man das Rauschen auf diesen Drähten entfernen?

Damit das Setup passt, müssen die Drähte dünn bleiben (maximal 2 mm Außendurchmesser). Ich verwende derzeit Telefonkabel (von R11-Stecker - RJ-Steckerkabel)

Ich habe bereits getestet, den Draht mit einem großen Stück Aluminiumfolie zu umgeben, das mit dem GND des Sensors verbunden ist, aber die Erkennung scheint noch lauter zu sein. Der Einfachheit halber habe ich die Drähte nach Möglichkeit gruppiert (dh mit einer einzigen Aluminiumfolie geschützt), aber ich nehme an, das ist eine schlechte Idee?

Abschirmungen sind auch Kondensatoren. Zu viel Abschirmung überschwemmt die Änderungen, die Sie zu erkennen versuchen. Es ist besser, den aktiven Schaltkreis nahe an der Sensorfläche zu platzieren. Machen Sie ggf. Kopien.
Ja, OK, also gibt es absolut keine andere Lösung, als den aktiven Schaltkreis näher an die Oberflächen zu bringen? Was ist mit der Isolierung um die Drähte herum (gelber/schwarzer Kunststoff auf der Abbildung), beeinflusst sie die Erkennung irgendwie? Soll ich sie durch nackte Kupferdrähte ersetzen?
Bewahren Sie die Isolierung auf; Was die Kapazität angeht, spielt es keine Rolle.

Antworten (1)

Das Hinzufügen einer geerdeten Abschirmung um das Kabel erhöht die Kapazität des Kabels erheblich, was zu einer noch schlechteren Signalqualität führt.

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Sie das Problem lösen können:

  1. Verwenden Sie eine getriebene Abschirmung anstelle einer geerdeten Abschirmung.
  2. Fügen Sie Messschaltkreise am Sensor hinzu und kommunizieren Sie mit ihm über eine serielle Verbindung.

Option 1. Verwenden Sie eine angetriebene Abschirmung

Die erste Lösung erfordert eine Schaltung, um die Abschirmung auf die gleiche Spannung wie den Sensorleiter zu treiben, ihn aber mit einem Treiber mit niedriger Impedanz zu treiben. Siehe zum Beispiel den TI-Anwendungsbericht SNOA926A, Abschnitt 2.2:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Siehe Abschnitt 6 Angesteuerte Abschirmung (E-Feld-Richtwirkung) im Atmel QTAN0087 Proximity Design Guide . Hier die angesteuerte Schirmschaltung als Beispiel:

Abbildung 6-3 Angesteuerter Abschirmschaltkreis von QTAN0087

und um dies auf die Drähte anzuwenden, die den Sensor mit der Messschaltung verbinden, zeigt Abbildung 6-4 ein Diagramm:

Abbildung 6-4 Koaxiales Sensorkabel mit getriebener Abschirmung

Option 2. Fügen Sie ein Messgerät am Sensor hinzu

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn sich die Messschaltung lokal an den Sensoren befindet. Sie können einen speziellen kapazitiven Sensor-IC (z. B. von NXP oder TI ) oder sogar nur einen billigen Mikrocontroller (maximal 1 bis 2 US-Dollar) in dieselbe Baugruppe wie die Sensoren einbauen. Verwenden Sie dann eine digitale Kommunikationsverbindung wie I2C oder SPI oder UART, um die kapazitiven Messungen vom Sensormodul auszulesen.

Vergleich

Die Verwendung einer getriebenen Abschirmung erfordert die Verwendung eines Koaxialkabels für jeden kapazitiven Sensor und zusätzliche Elektronik, um jede Abschirmung zu treiben. Dies erhöht die Kosten und das Volumen erheblich, wenn mehrere Sensoren vorhanden sind.

Das Verschieben der Sensorschaltung lokal zum Sensor selbst, unabhängig davon, ob Sie einen Mikrocontroller oder einen dedizierten kapazitiven Sensor-IC verwenden, kostet weniger als nur eine einzige Länge von Koaxialkabel und zugehörigen Anschlüssen. Es werden nur etwa 4 Leiter benötigt (z. B. Strom, Masse, Takt/Daten (I2C) oder TX/RX (UART)), und da keine empfindlichen analogen Signale übertragen werden, ist die Verkabelung unkritisch. Auch die Anzahl der kapazitiven Sensoren kann nahezu unbegrenzt erhöht werden, indem einfach weitere Sensorchips hinzugefügt werden.

Option 1 geht also davon aus, dass die kapazitiven Sensoren einen PIN zum Anschließen an die Abschirmung bereitstellen, der ordnungsgemäß angesteuert wird, um Interferenzen zu beseitigen?
Option 1 (getriebene Abschirmung) hat weniger mit dem Sensor selbst zu tun als mit der Verkabelung von der aktiven Messschaltung. Die getriebene Abschirmung ist ein Leiter, der mit einem niederohmigen Puffer an der Messschaltung angesteuert wird, sodass er die gleiche Spannung wie der Sensorausgang der kapazitiven Elektrode hat. Dadurch wird das elektrische Feld innerhalb der Abschirmung aufgehoben, sodass äußere Einflüsse in der Nähe des Kabels die gemessene Kapazität nicht beeinflussen. Ich werde der Antwort weitere Referenzen hinzufügen, falls Sie tiefer in dieses Thema eintauchen möchten.
@ColinDBennett Wenn das Sensormodul näher an den Näherungssensoren zu sein bedeutet, dasselbe Sensormodul weiter von der MCU entfernt zu haben (und daher längere I2C-Leitungen, die die erfassten Daten vom Sensor an die MCU übertragen), würde das nicht mehr schaden als nützen ? Mit anderen Worten, ist es nicht besser, I2C-Leitungen so kurz wie möglich zu haben?
I2C kann problemlos eine beträchtliche Strecke zurücklegen, solange die Taktrate nicht zu hoch ist. ZB 1 m bei 100 kHz. Die kapazitiven Messleiter sind aufgrund der hohen Impedanz viel empfindlicher gegenüber Störungen als I2C, daher würde ich mich darauf konzentrieren.
Selbstgemachte Abschirmung eines Kabels zu einem kapazitiven Sensor
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