سنسور لمسی امروزه برای استفاده در نمایشگرها و پروژه های IoT یا همان اینترنت اشیا با آردوینو رایج شده است. آنها را می توان در لامپ ها، صفحه نمایش های لمسی گوشی های هوشمند و دیگر مجموعه های گسترده ای از برنامه ها یافت. اگر اصول کار یک سنسور لمسی و نحوه استفاده از آن را نمی دانید، با ما همراه باشید تا به طور کامل با حسگر لمسی آشنا شوید.
فهرست مطالب
تاریخچه به وجود آمدن حسگر لمسی
بدن انسان دارای پنج عنصر حسی است که برای تعامل با محیط اطراف استفاده می شود. ماشین ها همچنین به برخی از عناصر حسگر برای تعامل با محیط اطراف نیاز دارند. برای ایجاد این شرایط، حسگر اختراع شد. اختراع اولین سنسور دست ساز، یعنی ترموستات، به سال 1883 برمی گردد. در دهه 1940 سنسورهای مادون قرمز معرفی شدند. امروزه ما سنسورهایی داریم که می توانند حرکت، نور، رطوبت، دما، دود و غیره را حس کنند که سنسور دما در رده سنسورهای کاربردی قرار می گیرد. هر دو نوع سنسور آنالوگ و دیجیتال امروزه در دسترس هستند. سنسورها تغییری انقلابی در اندازه و هزینه سیستم های کنترل مختلف ایجاد کرده اند. یکی از این سنسورها که می تواند لمس را تشخیص دهد، سنسور لمسی است.
سنسور لمسی چیست؟
سنسور لمسی یک حسگر الکترونیکی است که برای تشخیص و ضبط لمس فیزیکی استفاده می شود. این سنسور که به عنوان حسگرهای لمسی نیز شناخته می شود، یک سنسور کوچک، ساده و کم هزینه است که برای جایگزینی سوئیچ های مکانیکی قدیمی که در گذشته دیده بودیم، ساخته شده است. به عبارتی دیگر حسگر لمسی نوعی از تجهیزات است که لمس فیزیکی یا در دست گرفتن یک دستگاه و/یا شی را ضبط و ثبت می‌کند و دستگاه یا شی را قادر می‌سازد تا لمس فناوری را تشخیص دهد. به سنسور لمسی را می توانیم ردیاب لمسی هم بگوییم. برای خرید سنسور لمسی با کیفیت و قیمت مناسب که این روزها از دغدغه های افراد فعال در حوزه الکترونیک است، کافیست نام سنسور مورد نظر را در فروشگاه جستجو کنید.
نحوه عملکرد سنسور لمسی
حسگرهای لمسی مشابه سوئیچ کار می کنند. این قطعات هنگامی که در معرض لمس، فشار و یا وارد شدن نیرو به آنها قرار می گیرند، فعال می شوند و به عنوان یک کلید بسته عمل می کنند. زمانی هم که فشار یا تماس حذف می شود، این سنسور به عنوان یک کلید باز عمل می کند. حسگر لمسی خازنی شامل دو هادی موازی با یک عایق بین آنهاست. این صفحات هادی به عنوان یک خازن با مقدار ظرفیت C0 عمل می کنند. هنگامی که این صفحات رسانا با انگشتان ما تماس پیدا می کنند، انگشت ما به عنوان یک جسم رسانا عمل می کند. به همین دلیل افزایش نامشخصی در ظرفیت خازن وجود خواهد داشت.
یک مدار اندازه گیری ظرفیت به طور مداوم ظرفیت C0 سنسور را اندازه گیری می کند. هنگامی که این مدار تغییری در ظرفیت خازن را تشخیص می دهد، سیگنالی تولید می کند. حسگرهای لمسی مقاومتی فشار اعمال شده بر روی سطح را برای حس کردن لمس محاسبه می کنند. این سنسورها حاوی دو لایه رسانا هستند که با اکسید قلع ایندیم پوشیده شده اند که رسانای خوبی برای الکتریسیته است که با فاصله بسیار کمی از هم جدا شده اند. در سراسر سطح فیلم ها، یک ولتاژ ثابت اعمال می شود. هنگامی که فشار به لایه بالایی وارد می شود، فیلم پایین را لمس می کند. این یک افت ولتاژ ایجاد می کند که توسط یک مدار کنترل کننده تشخیص داده می شود و سیگنالی تولید می شود که لمس را تشخیص می دهد.
انواع سنسور لمسی
بر اساس عملکرد سنسورها دو نوع حسگر لمسی وجود دارد – حسگر خازنی (Capacitive touch sensor) و سنسور مقاومتی (Resistive touch sensor).
حسگرهای خازنی با اندازه گیری ظرفیت خازنی کار می کنند و در دستگاه های قابل حمل دیده می شوند. این نوع سمسور ها بادوام، مستحکم و جذاب هستند و هزینه کم دارند. حسگر های مقاومتی برای عملکرد به هیچ خاصیت الکتریکی وابسته نیستند و با اندازه گیری فشار وارد شده به سطح خود کار می کنند.
-
سنسور لمسی خازنی
سنسورهای لمسی خازنی به طور گسترده در اکثر دستگاه های قابل حمل مانند تلفن های همراه و پخش کننده های MP3 استفاده می شود. حسگرهای لمسی خازنی را می توان حتی در لوازم خانگی، خودرو و کاربردهای صنعتی یافت. دلایل این پیشرفت دوام، استحکام، طراحی جذاب محصول و هزینه است. حسگرهای لمسی بر خلاف دستگاه های مکانیکی شامل قطعات متحرک نیستند. از این رو، دوام بیشتری نسبت به دستگاه های ورودی مکانیکی دارند. حسگرهای لمسی قوی هستند؛ زیرا هیچ منفذی برای ورود رطوبت و گرد و غبار وجود ندارد.
ساده ترین شکل خازن را می توان با دو هادی که توسط یک عایق از هم جدا شده اند، ساخت. صفحات فلزی را می توان به عنوان رسانا در نظر گرفت. فرمول ظرفیت خازنی در زیر نشان داده شده است.
C = ε0 * εr * A / d
که در آن:
ε0 گذردهی فضای آزاد است
εr گذردهی نسبی یا ثابت دی الکتریک است
A مساحت صفحات و d فاصله بین آنهاست.
ظرفیت، نسبت مستقیم با مساحت و نسبت معکوس با فاصله دارد.
در حسگرهای لمسی خازنی، الکترود یکی از صفحات خازن را نشان می دهد. صفحه دوم با دو جسم نشان داده می شود: یکی محیط الکترود حسگر است که خازن پارازیتی C0 را تشکیل می دهد و دیگری یک جسم رسانا مانند انگشت انسان است که خازن لمسی CT را تشکیل می دهد. الکترود حسگر به مدار اندازه گیری متصل می شود و ظرفیت خازن به صورت دوره ای اندازه گیری می شود. اگر یک جسم رسانا به الکترود حسگر نزدیک شود یا به آن نزدیک شود، ظرفیت خروجی افزایش می یابد. مدار اندازه گیری تغییر در ظرفیت خازن را تشخیص داده و آن را به سیگنال تریگر تبدیل می کند. عملکرد یک سنسور لمسی خازنی در شکل زیر نشان داده شده است.
مزایای سنسور لمسی خازنی
- از آن زمان برای اعمال فشار نیازی ندارد
- بر روی خود شیشه ساخته شده است، از این رو نیرو را برای نیازهای حسی ناچیز می کند
- پشتیبانی از چند لمس همزمان
- پاسخگویی بالا
معایب حسگر لمسی خازنی
- در برابر سایش آسیب پذیر است
- هنگام استفاده در محیط های خشن، نگرانی های مربوط به قابلیت اطمینان وجود دارد
- با دستکش یا قلم کار نمی کند
-
سنسور لمسی مقاومتی
سنسورهای لمسی مقاومتی برای مدت طولانی تری نسبت به سنسورهای لمسی خازنی استفاده می شوند زیرا مدارهای کنترلی ساده ای هستند. سنسور لمسی مقاومتی به خاصیت الکتریکی خازن بستگی ندارد؛ از این رو، حسگرهای لمسی مقاومتی می توانند مواد غیر رسانا مانند قلم را در خود جای دهند. بر خلاف حسگر های لمسی خازنی که ظرفیت را اندازه گیری می کنند، سنسورهای لمسی مقاومتی، فشار روی سطح را حس می کنند.
مزایای سنسور لمسی مقاومتی
- مقرون به صرفه و بادوام بوده و برای استفاده در محیط های خشن مناسب هستند.
- قابل استفاده با قلم و دستکش
- پیچیدگی کمتر
- مصرف برق کم
معایب سنسور لمسی مقاومتی
- عدم توانایی در فناوری چند لمسی بر خلاف حسگر های لمسی خازنی
- بسته به فشار، برای انجام حس نیاز به فشار بیشتری اعمال می شود
کاربردهای سنسور لمسی
حسگرهای لمسی خازنی را می توان با سرمایه گذاری کمتر و طراحی جذاب تولید کرد. همین مسئله باعث شده که از این نوع سنسور ها به طور گسترده ای در تلفن های همراه، آی پاد، برنامه های مختلف صنعتی و خودرو استفاده کنند. از اصلی ترین کاربردهای این نوع سنسور ها، اندازه گیری فاصله، فشار و … است. نوع دیگری از سنسورهای لمسی، سنسور های مقاومتی هستند که با لمس کوچک یا تماس تحت تأثیر قرار نمی گیرد؛ برای شروع کار، به مقدار معینی نیرو نیاز دارد. بنابراین از این نوع سنسور در صفحه کلید آلات موسیقی و تاچ پدهای مقاومتی از آن ها استفاده می شود. رایج ترین کاربرد سنسورهای لمسی را در شیرهای آب است؛ به طوری که با یک لمس می توان جریان آب جاری را کنترل کرد. این سنسورها همچنین در اتوماسیون خانگی با استفاده از پروژه های آردوینو یا رزبری پای استفاده می شوند.
