Verstehen einer Schaltung zum Lesen von Strom, der durch menschliche Körper fließt

Ich habe auf Instructables diese Schaltung gefunden , die verwendet wird, um zu erkennen, wenn zwei leitfähige Pads gleichzeitig von einer Person (oder in diesem speziellen Beispiel einer Kette von Personen) berührt werden.

Schaltplan berühren

In Verbindung mit dieser Arduino-Skizze funktioniert es perfekt und erzeugt einen stabilen Wert, wenn die beiden Pads nicht berührt werden, und unterschiedliche Werte, die proportional zur Kontaktmenge sind, wenn sie berührt werden:

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  int r = analogRead(A0);
  Serial.println(r);
  delay(200);
}

Es funktioniert perfekt für mich, aber ich verstehe nicht, was das Prinzip dahinter ist, und der Artikel erklärt es nicht.

Normalerweise würde ich erwarten, dass auf einem Pad eine Spannungsquelle vorhanden ist und der Widerstand auf dem anderen Pad heruntergezogen wird und die Person die Schaltung vervollständigt. In diesem Fall gibt es jedoch keine Spannungsquelle und eines der Pads ist stattdessen mit dem analogen Referenzpin verbunden.

Antworten (3)

Das Grundprinzip ist folgendes:

Hier ist aus technischer Sicht ein Mensch -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Wert eines Menschen ist für dieses Modell viel einfacher zu messen oder zu schätzen. Hoffnungen und Träume kommen nicht in die Gleichung, stattdessen ist es nur der Schweiß ihrer Haut. Der Wert eines Menschen kann zwischen 1kΩ und 100kΩ liegen.

Wir haben einen verschwitzten Menschen, sie haben 5kΩ.

Wenn wir dem von Ihnen bereitgestellten Schaltkreis einen Menschen hinzufügen -

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Unser Mensch erstellt mit R1 einen Spannungsteiler . Der Schaltungsdesigner modellierte ihren durchschnittlichen menschlichen Widerstand mit 39 kΩ. Wir können darauf schließen, weil die maximale Änderung in einem Spannungsteiler auftritt, wenn die Widerstände gleich sind. Um die Änderung des gemessenen Signals zu maximieren, setzen sie R1 auf 39 kΩ.

Bei keinem Menschen die Spannung an A 0 ist einfach gleich AREF und der Kondensator wird auf denselben aufgeladen. Wenn der Mensch hinzugefügt wird und der Stromkreis vollständig ist, beträgt die Spannung jetzt:

A 0 = A R E F ∗ ( H u M A N + 1 k Ω ) “ 1 k Ω 39 k Ω + ( ( H u M A N + 1 k Ω ) “ 1 k Ω )

Der Kondensator ist auch da, aber wenn wir davon ausgehen, dass er einen unendlichen Gleichstromwiderstand hat, wird er nicht in die Gleichung eingehen. Es ist da, um die Spannungsänderung zu glätten.

Aufgrund der 1kΩ-Widerstände in Reihe haben Sie dies möglicherweise nicht sofort als Spannungsteiler erkannt. Diese dienen dazu, den Menschen zu isolieren und zusammen mit dem Kondensator als Entprellschaltung zu dienen . Zusätzlich die AREF für die Versorgungsspannung. Wir führen eine analoge Messung durch, daher ist die analoge Referenzspannung (AREF) eine gute Wahl. Es ist sehr wenig Strom erforderlich, um den Kondensator in ausreichender Zeit aufzuladen.

Das macht Sinn, zumal 39 kΩ viel zu wenig sind, um den Widerstand des menschlichen Körpers zu modellieren. Normalerweise messe ich es mit nassen Händen über 1 MΩ bis hinunter zu 200 kΩ. Was sinnvoll ist, da das Ersetzen von R1 durch einen größeren Wert eine empfindlichere Ausgabe ergibt. Was mich hier wirklich verwirrt hat, ist, dass sie anstelle des 5-V-V + -Pins auf dem Arduino den AREF-Pin (analoge Referenz) verwenden. Gibt es einen bestimmten Grund oder würde dies auch mit dem 5-V-V + -Pin genauso funktionieren?
Die AREF wird verwendet, weil sie die Referenzspannung für den ADC ist. Dies bedeutet, dass es sich um eine Kopie dessen handelt, was der ADC als Referenz verwendet. Auf diese Weise wird jedes Rauschen als sogenannter "Gleichtakt" bezeichnet, den ADCs normalerweise recht gut ignorieren.

Es beruht auf der Leitfähigkeit des menschlichen Körpers, die es einem kleinen Strom ermöglicht, über R1, durch den Körper und dann durch R3 zur Erde zu fließen. Dies erzeugt eine Spannungsänderung am Eingang des ADC. Dies wird vermutlich von der MCU gemessen, und Sie, der Bediener der MCU, erhalten eine Art visuelles oder akustisches Feedback.

Ihre Antwort wäre für eine andere Schaltung sinnvoll, bei der Strom von einem Stift durch den Körper fließt und dann vom ADC gelesen wird. Aber diese Schaltung scheint anders zu funktionieren, da sie die analoge Referenz des Mikrocontrollers beinhaltet. Ich habe meine Frage entsprechend aktualisiert.
+1 Diese Antwort ist völlig richtig. Es ging einfach nicht auf das Missverständnis des OP über AREF vs. VCC ein.
@Samuel - die Frage hat sich unverhältnismäßig geändert - in der Frage des OP wurde Vref nicht erwähnt, als er sie veröffentlichte, nur ein Schaltplan. Und für den Downvoter (nicht Sie Samuel) beachten Sie bitte Folgendes - wie kann von mir erwartet werden, dass ich alle 5 Minuten nachprüfe, ob das OP zurückkommt und seine Frage ändert.

Samuel hat Recht, aber ich glaube, dass zwei Dinge an seiner Antwort falsch sind.

Erstens, unter der Annahme, dass der ADC-Eingang einen vernachlässigbaren Strom zieht, ist die Ausgangsspannung wirklich:

A 0 = A R E F ∗ ( H u M A N + 1 k Ω ) 39 k Ω + ( H u M A N + 1 k Ω )

Dies entspricht der Simulation.

Zweitens zeigt der Spannungsteiler beim Menschen keine "maximale Änderung". = 39 k Ω . Sie ändert sich tatsächlich am stärksten bei niedrigen Widerstandswerten, wie aus diesem Diagramm der Spannungsteilergleichung ersichtlich ist.

Graph

Der wahre Grund, R1 auf den erwarteten Wert von "menschlich" (plus 1 kΩ) einzustellen, ist, dass der erwartete menschliche Widerstand seitdem in der Mitte des Spannungsbereichs liegt:

A 0 = A R E F ∗ 39 k Ω 39 k Ω + 39 k Ω = 1 2 A R E F

Ansonsten super Antwort!

Aus begrenzten experimentellen Beweisen scheint mir das System eine viel bessere Reaktion mit Werten um 100k zu haben. Bei 39k beim Berühren der Platten gibt es viel Jitter und die Werte ändern sich nicht sehr stark, was bei 100k der Fall ist
Zuerst hast du R2 aus deiner Teilergleichung gestrichen. Versuchen Sie zweitens, die Ableitung (Änderungsrate) dieser Teilergleichung zu zeichnen, die Sie gezeichnet haben. Den Maximalwert finden Sie bei 39k. Es ist der steilste Punkt in der 39k-Region Ihres Grundstücks.
R2 liegt nicht im Gleichstromkreis, wenn kein/vernachlässigbarer Strom in den Eingang fließt.
Verstehen einer Schaltung zum Lesen von Strom, der durch menschliche Körper fließt
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v