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无线电电子与电气工程百科全书 手部动作控制。 无线电电子电气工程百科全书
在继续描述拟议设计之前，应注意一个重要事项。 所开发的非接触式控制元件不仅可以用于计算机技术。 所描述的该设备的设计和用途只是其可能应用的一个示例。 在航空史爱好者中，电脑游戏“IL-2.被遗忘的战斗”及其众多附加内容享有当之无愧的受欢迎程度。 没有任何一本历史教科书能够像在实验室实验中那样，干净利落、准确地解释一名攻击机飞行员在战斗过程中驾驶一辆被高射炮折磨的汽车所表现出的冷静勇气。 或者是雷电飞行员看到波伊桑的身影在他的视野中逐渐变大时的疯狂兴奋。 然而，虚拟飞行员的姿势并不像真实飞行员那样舒适。 而且显示器上的画面不如现实，根本就没有足够的手来操作键盘。 最后一个问题在操纵杆的帮助下得到了部分解决。 这里会有更多的踏板来控制方向舵。 然而，它们仅在非常稀有且昂贵的设备中可用。 确实，即使在廉价型号中，也可以根据需要使用第三个调节器：作为踏板或作为气体部分。 打开我的操纵杆（图1），我发现它所有的可变电阻（电位器）的极端都是并联的。 显然，从它们中去除一个或另一个恒定电压，并将其提供给电路。 这成为了发展的起点。 最简单的解决方案是显而易见的 - 制作踏板，其轴将是可变电阻器。 他们可以用一些真实的飞机来补充模拟控制系统。 但是，除了较高的技术和历史可靠性之外，这种解决方案还具有相当大的缺点。 该设计非常笨重。 它与地板的固定存在问题。 在战斗最激烈的时刻，或者在起飞时需要阻止La-5FN这样的“野兽”在强大发动机的喷射瞬间转动时，很难不踩下踏板。 机械单元的间隙使控制变得困难。 不会带来可变电阻的欢乐和磨损。 总之，需要一些其他的设计，虽然不是那么历史悠久，但更方便和紧凑。 为什么我们不“提供”所有这些鼠标、键盘、iPhone的触摸屏，这些当然需要直接接触，并将控制过程从面板表面撕下来，将其转移到其上方的体积上？ 还记得基拉·布利切夫（Kira Bulychev）的一个故事中的情节：“陌生人将手掌放在一盏绿灯上。它熄灭了，然后又亮起来，比以前更亮。” 我们也可以这样做。 当想到非接触式控制时，首先想到的是光学。 然而，大多数光学系统都以传输或光束中断的方式工作。 将手插入光源和接收器之间的某种间隙中？ 谁需要这样的“非接触式”设备？ 另一方面，反射电路通常处理特殊的高对比度印刷标签和条形码。 与此同时，他们对任何颜色和纹理的物体的反应的可靠性也值得怀疑。 限制了设计者的选择自由度，而且还有一种情况——最好的光学器件使用激光。 但它们的辐射对视力有害，因此不希望将它们用于人注视的控制面板中。 光学器件在运行过程中不可避免的污染和灰尘也会时不时地产生问题。 最后，如果有多个传感器，则这会导致电路显着复杂化并增加成本。 因此，我决定采用电容式传感器。 第一个此类系统使用振荡电路并且非常不稳定。 几乎每次打开时，都需要进行调整。 后来，基于脉冲延迟原理的更稳定的数字设计出现了。 然而，这些都是传统的触摸设备。 显然，他们的作者没有足够的想象力来想象一种无需直接接触即可工作的设备。 我决定尝试一下... 看一下图 1。元件 D1.2、D1.1 上的发生器向沿 D 1.3、D 1.4 前端的脉冲整形器提供脉冲。 在其输出（引脚 11）处，始终存在逻辑 1，除了来自发生器输出（引脚 3）的脉冲前沿到达之后的那一刻。 对于链R4、R3、CA中脉冲的延迟时间，在D1.4的所有输入处设置逻辑1，在输出处设置逻辑0。R6、C3实际上与逻辑单元没有区别。 但一旦传感器的电容增加，由于整形器输出处的逻辑0，它占据了时钟脉冲的大部分周期，并且输出处的电压下降。 为了获得设备适当的灵敏度，整形器脉冲的持续时间必须与时钟脉冲的周期相当（但不能超过它们）。 这可以在时钟发生器频率至少为 100 kHz 时实现。
现在让我们看看电容式传感器的设计（图2）。 它是箔玻璃纤维的水平板。 第二个（地面）衬里是锡外壳屏蔽，其中设备板垂直放置。 它们形成了一个有点不寻常的半开放式冷凝器，板彼此垂直。 显然，它会随着其电容的增加而对放置在其场中的任何物体（导电的和介电的）做出反应。 在至少 30 毫米的距离处感觉到该物体。 这种设计提供了相当广泛的信号，可以克服各种干扰和不稳定性。 运算放大器DA1可以将其幅度调至任意所需值。 将脚移近板，飞机的方向舵就会转动。 将脚向上或向后移动，该过程就会相反。
有两个电容式传感器，就像真实飞机上的踏板一样。 由于来自一个传感器的信号连接到放大器的反相输入，而另一个传感器的信号连接到非反相输入，因此输出电压取决于它们的平衡，即您“给予”更多的那条腿。 同时，电路也不是很复杂，因为时钟发生器甚至D1.3反相器都可以为多个通道共用。 为了平滑控制而将运算放大器增强几个数量级显然是多余的。 您可以通过引入负反馈电路来改变控制的“齿轮比”。 R9 降低了增益，对于交流电，由于电容器 C 5，OOS 甚至更深。这消除了自振荡的可能性。 该装置的印刷电路板如图3所示。在电容式传感器连接区域的电路板无箔部分钻了许多直径约3毫米的孔，以减少初始电容和提高设备的灵敏度。 未使用的 D2 元件的输入接地，以避免静电损坏。 期望使这些导体变薄。 然后，如果有必要（工作元素失败或进行一些改进），您可以剪切它们并使用这些元素。
设计。 电容式传感器的板位于箔朝上的位置。 它们通过铰链连接，可以提起并压在箱壁上，形成一个紧凑的盒子，易于携带和存放。 为此，在切口区域使用直径为 0,8 毫米的铜线废料焊接轴。 此外，电路的柔性电线（最好的 MGTF）和线环焊接到板上，固定其未剥皮部分并防止电线在剥皮点断裂。 所有焊接完成后，传感器的工作表面必须与异物隔离。 在许多情况下，一张宽胶带贴纸就足够了。 设备主体是一个由 2 毫米厚的塑料制成的 U 形夹。 从塑料废料中切出电路板和凸台的导轨并从内部粘合，其中有螺纹孔用于连接外壳屏幕。 传感器板通过传感器板的轴插入外壳下爪的切口中，并用覆盖层密封，这也固定了板的下部。 U形外壳屏由锡制成。 为了减少初始电容和支撑面的影响，它不会达到外壳底部几毫米。 在调谐电阻R4的对面，在屏幕上打了一个孔。 从内部，一根软线焊接到屏幕上，以连接到电路板的公共线。
设立。 将 R4 设置到中间位置。 在短线上焊接一个电阻约为 1 MΩ 的调谐电阻器，而不是 R11。 将其设置为最小值。 确保修剪器、其电线和任何其他物体不会落入 CA 传感器的范围内。 逐渐增加其电阻，直到引脚 1 DD20 上的恒定电压下降 25 - 5%。 这是设备已经开始感知周围空间的信号。 测量微调器的电阻并更换为相同的恒定电阻，并将微调器移至R4，使其不落入SB传感器磁场中。 将第二个驱动器的输出设置为与第一个驱动器的输出相同的电压。 设备完全组装后，使用细介电螺丝刀设置电阻器 RXNUMX 的最终平衡。 拔出螺丝刀并检查运算放大器输出端的电压 - 它应该接近电源电压的一半。 该设备已成功通过 IL-2 程序和 Condor 滑翔机模拟器进行了测试。 真实程度非常接近真实的飞机。 然而，上述程序并不是为没有翅膀的人创建的。 看看“先锋”球，经过一点练习，一切都会好起来的。 如已经提到的，所提出的非接触控制元件不仅可以用在计算机技术中。 在大多数情况下，不需要像所描述的那样的双通道平衡电路。 可以制作如图 5 所示的单个通道元件。
由于整形器的输出连接到运算放大器的反相输入，因此在初始状态下，器件输出端的电压很小。 同相输入端的电压由微调器 R10 设置为略低于开关阈值。 如果您将手靠近电容式传感器，则设备输出端的电压将会增加。 它可用于调节或简单地打开和关闭任何设备。 在后一种情况下，不需要 OOS 链。 在该设备的实验过程中，事实证明该选项非常有效。 将非接触式控制集成到任何设备中时，应该记住，传感器不仅会对前面的物体引入的电容做出反应，还会对后面的物体（即设备外壳中的物体）产生电容做出反应。 重要的是，该寄生电容要更小，最重要的是保持不变。 松动的传感器安装座或松散地悬挂在其旁边的电线可能会干扰设置。 这不会让您实现良好的灵敏度。 使用非接触式控制（两个独立通道）来移动任何门、百叶窗等是很有趣的。 通过在手柄上安装两个传感器，如图6所示，您可以将窗扇“推”到任何想要的位置，而无需触摸它。
当然，经典的拨动开关和调节器更简单、更便宜。 然而，仍然存在所提出的非接触式控制元件更优选的应用。 例如，在危险的工作条件下，需要完全杜绝与设备的电气接触、感染的传播等。因此，未来很多设备将只需挥手即可控制，而不需要手持设备。遥控器、令牌或其他一些设备。 作者：A.Lisov
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