موسوعة الإلكترونيات الحرة وتعليم البرمجيات.

مواضيع جديدة

السبت، 16 نوفمبر 2019

دائرة التشغيل باللمس Touch Switch Circuit


شرح دائرة التشغيل باللمس

طريقة عمل دارة اللمس

سنقوم بشرح طريقة ومبدأ عمل جميع الدارات الكهربائية التي تعمل باللمس. فهنالك دارات لمس بسيطة، تعمل على فرق جهد قليل، وأخرى تعمل على فرق جهد عالي. لذلك سيتم توضيح كافة تلك الدارات ومخططاتها الالكترونية والكهربائية وطريقة عملها. كما وسيتم عرض مجموعة العناصر الالكترونية المستخدمة من ترانزستور، ريلي (مرحل)، دارة المؤقت 555، المقاومات والمكثفات الكهربائية وغيرها.

دارة لمس بسيطة باستخدام دارة السيموس CMOS 4011

في هذه الدارة البسيطة، سيتم إنشاء مفتاحين الكترونيين تلقائيين يعملان ويستشعران عند لمس كل منهما على حدا، سواء كانا على هيئة أزرار معدنية أو مرتبطان بهيكل معدني خارجي. لذلك، سيتم عمل دارة اللمس بوجود مفتاحين عن طريق تمثيل كل مفتاح بنقطتين منفصلتين كما في الشكل التالي:


تتكون الدارة البسيطة تلك من العناصر الالكترونية التالية:
R1: مقاومة بقدرة ربع واط وبمقدار 10 ميجا أوم.
R2: مقاومة بقدرة ربع واط وبمقدار 10 ميجا أوم.
R3: مقاومة بقدرة ربع واط وبمقدار 10 ميجا أوم.
D1: ثنائي باعث للضوء، أحمر اللون.
D2: ثنائي من النوع 1N4148.
TR1: ترانزستور ذات القطبية PNP من النوع BC558 أو BC327
IC1: دارة السيموس المتكاملة ذات الطراز CD4011.
RL1: مرحل كهربائي يعمل على فرق جهد 12 فولت، بمعايير عمل مخصصة لحدود 250 فولت / 2 أمبير.
أما طريقة عمل دارة اللمس بوجود السيموس CD4011؛ فكما نلاحظ، فإن الدائرة ذات المخطط البسيط للغاية، تستخدم فقط 8 عناصر أو مكونات الكترونية. العنصر الحيوي والأساسي في هذه الدارة هو IC CD 4011 والذي يعمل عمل القلاب FLIP-FLOP والذي يعد ويعتبر قلب تلك الدائرة. إن كل من الطرف 9 والطرف 13 من الدارة المتكاملة IC يمثل ميزة الضبط SET وإعادة الضبط (التعيين) للـ FLIP-FLOP. كما نعلم، فإن الـ IC من نوع CMOS يتطلب تياراً منخفضاً جداً كي تعمل بواباته المنطقية للتحكم به. هذه الحساسية العالية للدائرة تجعل كفاءة عملية اللمس عالية جداً.
تبقى أطراف البوابتين المنطقيتين في الحالة المنطقية 1 بشكل مستمر وذلك عن طريق ارتباط طرفيها بمقاومتين هما R1 وR3 اللتين توصلهما بطرف القطب الموجب للدارة الكهربائية. علماً أن تلك المقاومات الكهربائية لديها مقاومة كبيرة جداً بحدود 10 ميجا أوم.
الآن، إذا لمسنا الطرف 6 والطرف 7 معاً أو الطرف 8 والطرف 9 معاً، فإن دور مقاومة الجلد التي على الأصبع تغلق الدائرة بين طرف البوابة المنطقية المقابلة وخط الطرف السالب. وبما أن مقاومة الجلد للمناطق الصغيرة مثل الأصابع تكون في العادة أقل بكثير من 10 ميجا أوم، سيعطى التوصيل من طرف الجلد أولوية، وبالتالي يتم ضبط قيمة البوابة المنطقية فعلياً إلى الحالة المنطقية 0 مما يغير في حالة FLIP-FLOP.
بالنسبة لأي حالة لمس متعلقة بالـ FLIP-FLOP، فإن مكان التلامس المناسبة ستجعل الدائرة تعكس حالة توازنها، وبالتالي تبديل حالة المفتاح من التشغيل إلى الإيقاف أو بالعكس. عند استخدام المرحل الكهربائي، يتم تشغيل مرحل أو ريلي مسبوق ويعمل بواسطة ترانزستور والذي بدوره يعمل عن طريق اتصاله مباشرة بالمخارج الخارجة من FLIP-FLOP.
أما إذا أردنا أن يكون التشغيل والايقاف لذلك المفتاح الالكتروني من نفس نقطة التوصيل (أي نقطة توصيل واحدة)، فنستخدم الدارة المبسطة التالية:


حيث أن مفتاح اللمس هو مفتاح يتم تشغيله وإيقاف تشغيله عن طريق لمس جهة اتصال سلكية واحدة كما هو موضح، بدلاً من النقر أو لمس نقطة توصيل للتشغيل ونقطة توصيل أخرى لإيقاف التشغيل. لا تحتوي المفاتيح التي تعمل باللمس على أجزاء ميكانيكية، لذا فهي تدوم أطول بكثير من المفاتيح العادية. يمكن استخدام مفاتيح اللمس في الأماكن التي لا تستطيع المفاتيح العادية الاستمرار في العمل ضمن بيئتها، مثل المناطق الرطبة أو شديدة الغبار أو المناطق الحارة.

 دارة اللمس باستخدام الموقت 555

تستخدم هذه الدائرة مؤقت أو ما يسمى التايمر 555 كعنصر الكتروني أساسي لدائرة مفتاح اللمس. هذه الدارة التالية يطلق عليها اسم دائرة تشغيل الليد باللمس.

ويمكنك معرفة المزيد حول المؤقت 555 مع العديد من الشروحات في موقع الكترونيات للجميع ضمن الرابط التالي:
عند لمس اللوحة عند نقاط التوصيل التي باللون الأصفر، يتم تشغيل وتحفيز الأداة الالكترونية (المؤقت 555)، مما يؤدي إلى إخراج جهد على الطرف رقم ثلاث ليتم تشغيل الثنائي الباعث للضوء والجرس الطنان لفترة زمنية معينة. يعتمد الوقت الذي يتم فيه تشغيل الثنائي الباعث للضوء LED والجرس الكهربائي على قيم المكثف والمقاومة المتصلين بالأطراف 6 و 7. بينما تلعب المقاومة الكهربائية ذات المقدار 10 ميجا أوم المتصلة مع الطرف رقم 2، دوراً هاماً في جعل حساسية الدارة حساسة للغاية أثناء اللمس.

دارة مرحل يعمل باللمس

يمكن تصميم مخطط دائرة التبديل التي تعمل باللمس بطريقة بسيطة للغاية، وذلك باستخدام المخطط الالكتروني التالي:
 
تعمل هذه الدائرة على تشغيل وإيقاف عمل المرحل الإلكتروني باستخدام نفس مستشعر اللمس (أي من نفس المكان). تتكون دائرة التبديل والتي تعمل باللمس من دارة مكبر أو مضخم للتيار مع دارة العداد العشري Decimal Counter Circuit.
دائرة العداد العشري المستخدمة هي من النوع CDB490 وقادرة على إظهار الحالة 1 أو الحالة 0 على المخرج الطرفي 12، وذلك عند تعريض الطرف رقم 14 إلى إشارة (نبضة) كهربائية. حيث يتم توفير تلك النبضات الكهربائية التي يتم تطبيقها على الطرف 14 من دارة تكبير التيار الكهربائي Current Amplifier Circuit والتي يتم تشكيلها عن طريق الترانزستورين BC179 و BC107. إن ما يميز هذا النوع من الدارات أنها بحاجة فقط إلى فرق جهد بمقدار 5 فولت لتشغيلها، والتي بدورها ستقوم بتشغيل أي دارة كهربائية أخرى عن طريق المرحل الكهربائي أو الريلي.

دارة تشغيل باللمس عن طريق الترانزستور والمقاومة الكهربائية

في بعض الأحيان قد لا تتوفر جميع العناصر الالكترونية السابقة، لذلك قد نلجأ إلى تبسيط دارة اللمس، لتعمل فقط ضمن عناصر الكترونية بسيطة؛ وهي الترانزستور والمقاومة الكهربائية فقط. فعلى سبيل المثال إذا أردنا أن نضيئ مصباح يعمل على فرق جهد بمقدار 6 فولت بكفاءة عالية عن طريق اللمس، نلجأ إلى مخطط الدارة الالكترونية التالية:
  
ففي هذه الدارة، يتم تشغيل وإيقاف عمل المصباح باللمس عن طريق استخدام مفتاحين أو زوج من نقاط التوصيل. الأول للتشغيل والثاني للإيقاف. يتم تحفيز تلك الدارة، وذلك عند ملامسة جلد الأصبع لتلك النقاط. فعندما يلمس الإصبع نقاط الاتصال الأولى ON، يتم توصيل وتمرير تيار صغير عبر الجلد إلى الترانزستورات لتشغيل الدائرة. تظل الدائرة قيد التشغيل حتى تلمس الإصبع جهة التوصيل الثانية OFF. تتطلب هذه دارة اللمس البسيطة تلك فرق جهد بمقدار 6 فولت كي تعمل.
إن ما يميز هذه الدارة أنها بحاجة فقط إلى أربعة ترانزستورات وأربعة مقاومات كهربائية كي تعمل خاصية اللمس فيها. الأمر الذي يمكًّن أي مبتدئ في الالكترونيات لبناء مثل تلك الدارة.

أبسط دارة لمس كهربائية

ماذا لو أردنا أن نصنع دارة لمس كهربائية تعمل فقط عند لمس الأصبع لنقاط التوصيل، وتتوقف عن العمل عند إزالة ذلك المصدر من اللمس، أي الأصبع؟
يعد هذا النوع من الدارات هو الأسهل على الاطلاق، حيث كل ما يتطلب لبنائها وتشغيلها هو استخدام ترانزستورين ومقاومة ومرحل كهربائي كما في الشكل التالي:


يعتمد مفتاح اللمس الإلكتروني هذا على اثنين من الترانزستورات، والتي يمكنهما تنشيط المرحل الكهربائي RL، عند الضغط على مستشعر اللمس Sensor.
يمكن إنشاء مستشعر اللمس باستخدام مساران صغيران موصلان بمسافة 2 مم بين بعضهم البعض. يتم تشغيل هذه الدائرة باستخدام مصدر طاقة بجهد 12 فولت، لذلك يجب أن يكون المرحل الموصول في الدارة مصمم للعمل ضمن 12 فولت أيضاً. تعمل هذه الدائرة في غاية البساطة، فعندما يتم لمس كلتا صفحتين من المستشعر فإن مقاومة الجلد ستقوم بتنشيط الدائرة لتعمل. وتتوقف تلك الدارة عن العمل بإزالة مصدر اللمس أي برفع الاصبع.

دارة لمس كهربائية بأطراف هيكلية منفصلة

قد تتطلب صنع دارة لمس تعمل عند لمس أي صفيحة خارجية وتتوقف عن العمل عند لمس صفيحة خارجية أخرى، دون التطرق إلى وجود نقطتين توصيل لتضع الأصبع بينهما. لذلك من الأفضل استخدام دارة المؤقت المتكاملة IC 555 وتوظيفها كعنصر أساسي لدارة اللمس تلك كما في الشكل التالي:


أسئلة شائعة حول الدارات الكهربائية التي تعمل عن طريق اللمس

سؤال: ما دور مقاومة الجلد التي على الأصبع؟

جواب: تمرير تيار بمقدار قليل جدا من نقطة توصيل إلى أخرى واستشعارها من قبل العناصر الالكترونية التي في دارة اللمس وابداء رد فعل تجاهها.

سؤال: لماذا لا تعمل دارة اللمس عند لمس نقاط التوصيل عن طريق الأظافر؟

جواب: السبب هو أن مقاومة الأظفر عالية جدا للتيار الكهربائي. إضافة إلى أنه عند تصميم معظم دارات اللمس الكهربائية، يتم مراعاة قيمة ومقدار مقاومة الجلد اللازمة لتشغيل دارات اللمس تلك.

سؤال: لماذا لا تعمل دارة اللمس عند لبس أو ارتداء القفازات؟

جواب: يكمن السبب في أن القفازات عازلة للتيار الكهربائي، ولن تسمح له بالمرور من منطقة تلامس إلى أخرى.

سؤال: لماذا يتم استهلاك مصدر الطاقة الكهربائية في دارات اللمس حتى أثناء فترة إيقاف التشغيل؟

جواب: هنالك استهلاك داخلي للطاقة الكهربائية من قِبَل العناصر الالكترونية المكونة للدارة. أيضاً، تلعب سماحية توصيل الهواء للتيار الكهربائي Air Conductivity Tolerance دورا بسيطاً في ذلك الاستهلاك. فمثلاً، قد تعمل دارات اللمس لوحدها في المناطق الرطبة، وذلك بسبب توصيل الهواء الرطب لذلك التيار الضئيل من منطقة تلامس إلى أخرى. لذلك، من الأفضل وجود مفتاح ميكانيكي خارجي للدارة لفصل التيار الكهربائي عنها أثناء عدم الاستخدام.  


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

???????