Interface-Elektronik zu kapazitivem Druckmesserarray

Ich möchte ein array (64 x 64) aus kapazitiven Drucksensoren auslesen. Die 4096 Sensoren sind jeweils an den Kreuzungspunkten der 64 Zeilen und 64 Spalten angebracht. Die zu messenden Kapazitätswerte liegen zwischen 80 und 120 pF. Eine Auflösung von 8 Bit und eine Auslesegeschwindigkeit von etwa 100 Feldern pro Sekunde sind gewünscht. Wie könnte das gehen ? Gibt es vielleicht Auswert-ICs von kapazitiven Fingerabrucksensoren, die man dafür hernehmen könnte ?

-Manfred

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Manfred Kraus
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Diskret offensichtlich mühsam:

4096x Diode an den Sensoren 8x 8 Bit Register das jeweils per gesetztem Bit 1 Zeile selektiert 8x 8-auf-1-Analogschalter 74HCxx deren Ausgang parallelgeschaltet ist. Wenn man den gewünschten Kondensator mal selektiert hat, kann man als Auswertung z.B. einen RC-Multivibrator 74HC14 im unteren MHz machen sodaß man Frequenz als Ausgangssignal erhält. Berücksichtigen ob EMV/Abstrahlung in der Anwendung tolerierbar ist. Wenn man das alles über Bus von 8 Bit CPU/Controller steuert und die Sensoren individuell adressierbar sind, kann man in den meisten Anwendungen geeignete Suchalgorithmen wählen statt alle 4096 Pixel stur abzuklappern was recht lange dauert und wobei die meisten Meßwerte wohl ohnehin redundant sind.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Die sind wohl verzichtbar.

Wie sollen die Sensoren aussehen ? Gummimatte mit 64 Streifen Metallfolie oben und 64 Streifen Metallfolie unten ?

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Rafael Deliano

Die Sensoren sind eine sandwich-konstruktion aus Leiterplatte, Schaummaterial und verschiedenen Folien. Ich habe vor einigen Jahren schon einmal eine Auswertelektronik für ein resistives array gebaut. Das beruhte auf dem Prinzip "Spannungsaddierer mit OpAmp" und geht ohne Dioden im array. Zur Selektion habe ich Analogschalter verwendet. Gibt es vielleicht ein ähliches Prinzip zur Auswertung eines kapazitiven arrays ?

-Manfred

"Rafael Deliano" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...

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Manfred Kraus

In Baxter "Capacitive Sensors" IEEE Press 1977 kein besonderes gefunden obwohl er auch Kapitel "Graphic Input Tablets" hat. In dem Buch wäre auch Schaltungstechnik ausführlich erklärt, bei Bedarf leihweise.

Wenn man für Zeilen und Spalten Analogschalter verwendet entfallen die Dioden. Man will dann den Kondensator bei ca.

2,5Vdc und hat an beiden Enden des Kondensators den Serienwiderstand des Analogschalters. Irgendeine AC muß man aber durchschicken sonst kann man Kondensator nicht auslesen. Selbstschwingender RC-Oszillator dessen Frequenz von C abhängt ist naheliegend und simpel. Feste Frequenz und Synchrondemodulator und damit geringere Bandbreite und weniger Rauschen kann erforderlich sein.

Wie stehts eigentlich mit Netzbrumm ? Wenn jemand Hand auflegt hat man den drastisch, soweit man nicht noch Schirmfolie einbaut.

MfG JRD

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Rafael Deliano

Den Baxter "Capacitive Sensors" IEEE Press 1977 würde ich gerne einmal durchschauen. Der Hinweis auf einen Netzbrumm ist gut. Bei der resistiven Variante war das kein Problem. Wenn die Schirmung der Sensoren nicht gut genug ist, müssten die Rohdaten wohl einen Filteralgorithmus durchlaufen. Das Messverfahren selbst muss sehr schnell sein. Die Kapazität als frequenzbestimmende Variante eines Oszillators zu verwenden um anschliessend die Frequenz zu messen ist vielleicht viel zu langsam. Angestrebt werden 100 Abtastungen pro Sekunde. Jeder Sensor muss demnach in etwa 2,4 us ausgelesen werden. Ist es vielleicht eine Möglichkeit an der jeweils unter Messung befindlichen Spalte eine Spannung fester Frequenz anzulegen und an den Zeilen den Phasenversatz des Stromes zu messen ? Aber vor diesen Überlegungen muss ich ein grundsätzliches Problem lösen: Wie bekomme ich die Sensoren für die Messung "isoliert" ? Selbst wenn ich per Analogschalter eine Spalte und eine Zeile auswähle befinden sich im Umfeld der Matrix viele Sensoren deren serien- und parallelgeschaltene Kapazitäten ich nicht mitmessen möchte. Bei der resistiven Variante konnten die Sensoren im Umfeld durch Anlegen von GND Potential ausgeblendet werden (Prinzip des OpAmps als Spannungsaddierer).

"Rafael Deliano" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@t-online.de...

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Manfred Kraus

Hallo Manfred,

Ich wrde schon deswegen die Abfrage in 50/s wählen. Das möglichst genau und die Brummgeschichten sind deutlich reduziert, wenn Du Dein Signal über diese Zeit integrieren kannst.

Bei einer Auflösung von > 50 Hz wirst Du da nichts mehr filtern können, es sei denn über mehrere Abfragen hinweg, dann bekommst Du aber keine Reaktionszeit von 1/100 s mehr heraus

Wenn Du das sequenziell machst schon. Wenn Du Reihenweise vorgehen kannst und immer 8 parallel nimmst geht das schon eher. Google mal nach ttc oder der Firma ACAM, die sollten solche Sachen im Griff haben.

Wenn Du das mit einem einzelnen Sprung macht kommt das in die Richtung, wie man das bei ACAM macht.

Wieso, wenn Du eine Zeile selektierst, dann hängen alle anderen Zeilen an dem Ende hochohmig. Alle Kondensatoren einer Spalte nun mit einem Widerstand auf Masse legen und den Strom des Eingangsimpulses messen (bzw eine Zeit bis zum Erreichen eines Schwellwertes messen) Wenn der Impuls sauber symmetrisch ist, dann ist danach der Kondensator wieder spannungsfrei. Wenn es nur darauf ankommt, ob der Taster gedrückt wurde oder nicht, dann lässt sich das mit einem FPGA recht gut realisieren. das geht dann so schnell, dass die 50 Hz kein Problem mehr sein sollten.

Marte

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Marte Schwarz

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Für "capacitive keyboard" schon aber nicht mit sovielen "Tasten".

MfG JRD

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Rafael Deliano

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Filter wäre auch denkbar. Z.B. eine "Induktivität" am Ausgang der beiden Multiplexer gegen Masse die niederfrequente Signale bedämpft.

Wie weiter oben im thread schon beschrieben: eventuell Suchalgorithmus der gezielt Punkte absucht. Oft werden ja irgendwelche Konturen bestimmt. Komplett suchen müsste man bei Tastatur wo nur 1 Taste gedrückt ist.

Völlig wohl gar nicht ( aber dafür entfallen die Dioden ).

  • Entweder man lässt die unbenutzten Zeilen und Spalten floaten. Dann hat man parasitär viele Gruppen von 3 Kondensatoren in Serie parallel zum Hauptkondensator.
  • Oder man nagelt unbenutzte Zeilen und Spalten fest auf Masse. Dann hat man zwar nur noch je 63 parasitäre Kondensatoren in aktiver Zeile und Spalte aber die machen satten Schluß.
  • Oder man versucht unbenutzte Zeilen und Spalten aktiv per Mitkopplung zu treiben um die Kapazität zu verringern. Das ist bei hohen Frequenzen natürlich problematisch. Baxter hat einige Mitkopplungsvarianten beschrieben.

MfG JRd

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Rafael Deliano

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