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Capteurs capacitifs

 

Capteurs capacitifs

Applications

Les capteurs capacitifs sont aussi appellés capteurs "tactiles". Ils permettent de detecter si une personne touche un objet. Ce type de capteur se cache souvent dans les commandes appellées "sensitives" ou "tactiles" (chaines hifi, appareils éléctroménagers).

Du point de vue muséograpique, ils permettent de capter le toucher d’une personne. En revanche, sa mise en oeuvre nécessite une "éléctrode" métallique (une antenne en quelque sorte) permettant de capter un éventuel "toucher".

Le capteur sera d’autant plus sensible qu’il sera grand. Si l’électrode est *vraiment* grande (> 14cm²), le capteur pourra même capter des personnes à proximité (< 5 cm, sans contact). Selon l’application, cet effet de bord sera plus ou moins désirable.

Mode de fonctionnement

Ces capteurs se présentent sous forme de circuits intégrés. Ils possèdent une ou plusieurs entrées, permettant ainsi de brancher une ou plusieurs éléctrodes indépendantes. Pour chaque entrée, le circuit integré propose en général une sortie logique (0 ou 1) donnant son état.

Ces capteurs fonctionnent en mesurant la capacitance (la capacité à stocker de l’électricité) de l’électrode.
Le capteur mesure la capacitance de chaque entrée (donc chaque électrode) à intervalles réguliers. A "vide", la capacitance ce l’électrode ’x’ mesurée est de ’Cx’. Si l’on touche l’électrode, la capacitance va changer et si ce changement dépasse un certain seuil, le capteur va modifier la sortie logique correspondant à l’électrode.

Il suffit, du point de vue du concepteur, de surveiller les sorties logiques correspondant aux électrodes pour savoir s’il y a "toucher" ou non.

Le circuit intégré propose parfois des variantes sur la sortie logique. Il peut passer à 1 quand il y a "toucher", ou, en mode "flip-flop" (bascule) changer d’état à chaque toucher (on touche => sortie 1, on retouche => sortie 0, on retouche => sortie 1, etc...).

Par ailleurs, ces capteurs sont souvent dotés d’un recalibrage automatique. En effet, si la valeur de la capacitance Cx (calibrée au démarrage) change et reste à un même niveau pendant un certain temps, cette valeur Cx sera la nouvelle valeur de référence.
Cela permet une certaine tolérance du capteur si son environnnement proche (et donc Cx) change.

Ces cirtuits intégrés ne sont, dans la plupart des cas, que ces microcontrolleurs spécialement programmés pour effecuer des mesures de capacitances par conversion A/D.

Réalisations

Dans le cadre d’expérimentations muésographiques, nous avons travaillé avec les circuits QT160 et QT110.

Le QT160 (6 électrodes) a notamment été utilisé pour la réalisation du GloBuleux™, globe capacitif utilisé dans l’exposition rêves de pierre, et plus particulièrement dans l’atelier "Objects en transit".

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Globe capacitif bluetooth
Sur l’hémisphère nord du globe, on peut apercevoir l’électrode en aluminium représentant le Canada

Sur cette illustration, on remarque l’électrode (géante...) en aluminium permettant de capter un toucher sur le Canada. Après quelques tests, la sensibilité de cette électrode s’est révélée beaucoup trop importante : le Canada prenait parfois le pas sur la selection d’autre pays situés pourtant de l’autre coté du globe.

Cette électrode à donc été redécoupée dans du grillage à grande mailles (type grillage à poules) afin de réduire sa sensibilité.

La difficulté du dispositif venait de la transmisison d’informations : le globe devant tourner, il n’était pas possible de transmettre les informations tactiles par une liaison serie classique. Un émetteur bluetooth à donc été utilisé afin de transmettre les informations lues par un microcontrolleur sur le capteur capacitif. Cette contrainte explique le relatif foisonnement d’électronique à l’intérieur du globe, alors que la mise en oeuvre du QT160 est relativement simple.

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Mise en oeuvre du QT160
Ce circuit contient l’électronique minimale (très simple) à mettre en oeuvre pour faire fonctionner le QT160

Cinq volts, un quartz, un condensateur et une résistance par électrode, c’est à peu près tout ce qu’il faut pour mettre en oeuvre ce capteur.
Il conviendra de faire très attention à l’ordre des pattes du circuit imprimé. En effet, selon la version du "package" (boitier), l’ordre des pattes n’est pas le même (en particulier la masse et l’alimentation sont inversés...). Le piège est d’autant plus grand que tous les schéma applicatifs fournis par QProx le sont pour le package SSOP (version CMS [1] que l’on utilise en général pas). Câbler le package DIP comme le package SSOP, c’est le meurtre assuré (testé pour vous).

Dernier point, le QT160 est noté dans la catégorie "Parts Not Recommended for New Designs". Il a des remplacants mais malheureusment ces derniers sont uniquement en package CMS. Le QT160 va probablement passer en "End of Life" rapidement, alors stockez !

Coût

Environ 6€ chez Farnell

Références

QProx

Descriptif du QT160

Datasheet du QT160

Photos du dispositif

[1Composant Microscopique de Surface

vendredi 26 janvier 2007 par Michel Blanc