感測器原理與應用第一講：開關

感測器原理與應用第一講：開關

陳皇任

財團法人第一社會福利基金會附設第一輔具資源中心職能治療師輔具工程師

On-Off, and Everything in Between

…NKK Switches

陽明大學物理治療暨輔助科技學系智慧型機電輔具實驗室陽明大學物理治療暨輔助科技學系智慧型機電輔具實驗室

綱要

• 為何要使用開關 ? 科技輔具的應用 ?

• 開關種類• 開關限制

– 彈跳• 改良方法

– 開關介紹• 對象及課程限制

– 為非電子背景者做一簡單介紹– 以人觸發的機械開關為主– 電路的介紹較少


Control site


Selection Methods

• Direct• Single switch direct response• Single switch automatic timing scanning• Intermediate two switch step scanning• Two switch step scanning• Row-column, block, inverse• Encoding


感測器

物理量 physical quantity

轉換器Transducer

訊號 Signals/ Stimulus

位移 Movement

致動器：彈片、電晶體Actuator: Metal feed, transistor

開 / 關 On/ off


開關 (Adaptive Switch)

switch force


開關構造

刀擲斷

SPST 單刀單擲

Table captured from Honeywell.

Normally Open 常開 Normally Close 常閉


開關構造

單刀單擲 SPST

雙刀雙擲 DPDT

單刀雙擲 SPDT

Picture captured from www.kelvin.com.


開關方式

• 復歸式 (Momentary contact switch)

• 栓鎖式 (Latch, or Maintained contact switch)

• 訊號 ? 記憶 ? (Signal or Memory?)


開關種類

• Dip switch

• Rock

• Mercury switch

• Micro switch

• Tact switch

• Reed switch

• Toggle switch

• ……..


開關

Pictures captured from NKK Switches.


微動開關 Micro switch



Pictures captured from Honeywell.



Pictures captured from Honeywell.

Limit switch

( 物體觸發 )


旋轉開關 Rotatory switch



捺跳開關 Toggle switch



按鈕開關 Pushbutton switch



蹺板開關 Rocker switch



撥動開關 Slide switch



鍵鎖開關



平面鍵盤開關

• 見觸摸開關


近接開關 (Proximity Sensor)

• 非接觸式• 電容• 電感


觸摸開關 (TACT Switch)

Pictures captured from NKK Switches, ALPS Electric.


程式開關 (DIP Switch)



水銀開關

• 流動的導體• 影響環境甚劇，不建議使用。 (RoHS)

• 取代方式：傾斜計、加速規、震動感測器、陀螺儀


開關整理開關種類主要用途額定電流

旋轉開關計測器之範圍轉換及接收頻率轉換等 1A 以下

捺跳開關各種電子機器之電源轉換等 (Toggle switch) 30A 以下

按鈕開關接收頻率轉換及計測器之範圍轉換 (Push button switch) 1A 以下

蹺板開關各種電子機器之電源轉換等 (Rocker switch) 10A 以下

撥動開關各種電流機之微小電流轉換等電源轉換等 (Slide switch)

1A 以下10A 以下

微動開關計測器、搬運機、工作母機等之自動控制電路之轉換等 (Micro switch, limit switch)

30A 以下

數位姆指旋轉開關

工作母機等自動控制電路之輸入裝置 0.2A 以下

鍵鎖開關汽車、機車等之電源轉換收銀機、 POS 裝置之電源及控制電路之轉換

5A 以下0.2A 以下

近接開關計數或工作母機等之自動控制轉換 1A 以下0.1A 以下

觸摸開關數位電路之輸入裝置 (Tact switch)

程式開關數位電路之編碼、解碼或功能選擇 (DIP switch) 0.1A 以下


開關限制

• 彈跳• 接點耗損 ( 使用次數 )

• ….

一般試驗破壞試驗

–構造及材料–接觸電阻–耐電壓–作用力–端子強度（焊接耐熱試驗：破壞試驗）–絕緣電阻

–低溫、高溫試驗–溫度循環試驗–耐濕試驗（濕度循環試驗）–耐振動、耐衝試驗–使用壽命試驗（負荷壽命試驗）


彈跳

• 現象• 造成的困擾


開關除彈跳

• 硬體除彈跳– RC– 正反器– ASIC: MC14490

• 韌體除彈跳– 微控制器課程 - 游忠煌老師授課

• 軟體除彈跳– 訊號擷取課程 - 游忠煌老師授課


硬體除彈跳

MC14490 (need 2Pin and more expensive)

SR debouncer (need 3Pin)

(See The art of electronics)


除彈跳效益分析

• 硬體– 優點：已經經過驗證的成品– 缺點：零件成本、佈線成本、空間成本

• 韌體– 不需要額外費用– 通常都以韌體方式實現

• 軟體


改善開關

• 近接– 電容、電感、電磁

• 光學– 光遮斷

• 磁力– 繼電器

• 電晶體– 固態繼電器

– 缺點：需要外加電源


新的人機介面 ~ 觸控

• 省成本 - 開孔• 美觀

– 無開孔，體積更小• 耐用

– 無接點• 衛生

– 無開孔– SARS…..


觸控

• 觸控 IC 的供應商– ADI

– Cypress

– Freescale

– Quantum

– ……..(依字母先後排列 )

• 如何抗干擾– 干擾源：電磁波、接地面、濕氣、靜電– 不斷的校正… .


開關的回饋

• 我按下去了沒 ?– 觸控並無明顯回饋

• 開關的回饋– 力量– 聲音– 光


自我測驗

• 何種情況適合何種開關 ?

• 我看得懂規格表嗎 ?


• Thank you


實習

• 各式開關操作• 示波器使用• 按鍵除彈跳

– 硬體除彈跳– 軟體除彈跳

• 觸控開關

感測器原理與應用 第一講：開關

Documents

感測器原理與應用第一講：開關