Sensor-Taster mit Darlington Schaltung

Sensor-Taster mit Darlington Schaltung

Wenn in Ihren Projekten mechanische Taster unpassend sind: Sei es, dass die Form nicht passt, der Einbauraum fehlt oder die Farbe nicht gut ist, ist vielleicht ein eigener Sensor-Taster die richtige Wahl.

Ein Sensor-Taster reagiert nicht durch den mechanischen Kontakt zwischen zwei Leitern oder über ein magnetisches Element wie bei einem Reed-Kontakt. Er reagiert mit einem Schaltsignal auf die Berührung seiner Sensorflächen. Das macht z. B. viele Einsatzgebiete – wie die Verwendung in Kleidung – möglich, in denen ein normaler Taster nicht geeignet ist.

Funktion des Sensor-Tasters

Die Sensorflächen bestehen dabei nur aus einer unterbrochenen Leitung. Im einfachsten Fall können das zwei blanke Drähte sein. Im Fall Ihrer Waschmaschine oder Ihres TV-Geräts sind es eher leitende, hübsch geformte Flächen. Dadurch ist eine extrem flache Bauweise möglich.

Bei Kontakt mit Ihrer Hand oder Ihrem Finger reagiert die Elektronik und gibt ein Tastsignal aus. Dabei fließt ein kleiner Strom durch Ihren Körper und schließt so den Stromkreis für das Signal.

Schaltung des Sensor Tasters: Darlington-Schaltung
Schaltung des Sensor-Tasters: Darlington-Schaltung

Die Schaltung basiert auf einer Darlington-Schaltung. Durch die Verbindung der beiden Transistoren (z. B. ein BC547C) wird eine hohe Stromverstärkung erreicht. Dadurch reicht auch der sehr kleine Strom durch Ihren Finger, damit die Basis von Transitor T1 durchsteuert.

Um zu verhindern, dass die Schaltung zu empfindlich wird, ist der Widerstand R3 eingebaut. Sie können mit ihm ein wenig experimentieren und andere Werte oder keinen Widerstand verwenden.

Solange Sie jetzt einen Finger auf den Kontakt legen, schalten die Transistoren durch. Nehmen Sie Ihren Finger wieder weg, schalten sie wieder ab. Dieses Signal kann als Eingangssignal für einen Mikrocontroller als Tast-Signal benutzt werden.

Testaufbau

Für einen Test nehmen Sie am besten ein Breadboard und bauen die Schaltung auf. Für die Auswertung kommen jede Art von Mikrocontroller mit GPIO Kontakten in Frage.

Ich benutze in diesem Beispiel einen Raspberry Pi. Als Versorgungsspannung werden passend für das Schaltsignal des Pi 3,3 V verwendet. Die Schaltung funktioniert aber genauso für einen Arduino oder ESP8266 mit 5 V.

Für die Visualisierung bauen wir noch eine LED mit einem passenden Vorwiderstand ein. Hier müssen Sie die Versorgungsspannung berücksichtigen. Das sind bei 3,3 V ca. 100 Ohm. Bei 5 V ca. 220 Ohm.

Breadboard-Aufbau des Sensor Tasters mit Darlington Schaltung
Versuchsaufbau an einem Raspberry Pi

In Python könnte ein Testprogramm dafür so aussehen:

import time
import RPi.GPIO as GPIO

#Prellzeit in Sekunden
KEY_BOUNCE_TIME=2

#GPIO-Pin für den Sensor-Taster
PinButton=4

GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(PinButton,GPIO.IN)

while True:
    time.sleep(0.1)
    print(GPIO.input(PinButton))
    if GPIO.input(PinButton)==0:
        #Taste wird gedrückt, wg. Pull-Up Widerstand 10K beim Wert 0
        print("Sensor-Taste gedrückt")

        #Prelldauer für Taster warten
        time.sleep(KEY_BOUNCE_TIME)   

GPIO.cleanup()
sys.exit()

Ausführung der Kontaktflächen

Für die Ausführung der Kontakte oder Kontaktflächen gibt es eine Vielzahl von Umsetzungsmöglichkeiten. Nicht zuletzt können Sie sie passend für Ihren Einsatzfall entwickeln. Hier ist Ihr Einfallsreichtum gefragt.

Als Inspiration finden Sie im Folgenden ein paar Anregungen für Ihre Projekte.

a) Parallele blanke Drähte

Sensor Taster: 2 blanke Drähte
2 blanke Drähte werden über jeweils 2 Bohrungen geführt
Sensor Taster: Gehäuse mit 2 Drähten
Innenansicht: Leitungen werden durch das Gehäuse gesteckt

b) Beilagscheibe und Nagelkopf

Sensor-Flächen
Beilagscheibe anschleifen und Leitung anlöten, Nagelkopf kürzen, anschleifen und Leitung anlöten
Gehäuse mit Kontaktflächen
Gehäuse mit Kontaktflächen: Beilagscheibe und Nagelkopf
Innenansicht des Sensor Tasters
Innenansicht: Fixierung des Nagelkopfes mit Heißkleber

c) 2 Nagelköpfe nebeneinander

d) Paketklammern oder Musterbeutelklammern

Sensor Taster: Beispiel Paketklammern
Kontakt aus 2 Paketklammern
Lötpunkte Paketklammern
Angelötete Paketklammern

e) Metall-Nieten in Stoff

Sensor Taster: Stoff mit Nieten
Metall-Nieten in Stoff
Stoff
Angelötete Metall-Nieten im Stoff

Mit dem Sensor-Taster haben Sie jetzt auch eine Lösung zur Hand, wenn ein klassischer Taster nicht die richtige Wahl ist. Wie Sie gesehen haben, brauchen Sie dafür nur ein  paar Elektronikbauteile, ein wenig Quellcode und Phantasie für die Ausführung der Kontaktflächen.

Links

Interessantes zur Darlington-Schaltung finden Sie unter diesen Links:

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0411221.htm

https://de.wikipedia.org/wiki/Darlington-Schaltung

Ein Beispiel für den Einsatz in meinem Mediaplayer finden Sie in diesem Blog: Ein-/Ausschalten des Raspberry Pi Touch-Displays

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