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足踏みセンサー@久々に電子工作

1. はじめに゛~

妹曰く,”足で踏むと反応するモノ”がほしいということなので,久々に電子回路工作をしてみた.

当初はスイッチでいいんじゃないかと思ったが,なかなか平べったいスイッチは見つからない.

ということで,こんなときの圧電ブザーことピエゾ素子!

とりあえず,ピエゾ素子で直接 LED を点灯できると聞いたことがあったので,”圧電ブザー+フォトカプラ”だけで簡単にスイッチ代わりに使えるかと思い,実際に試してみた.しかし,実際にやってみると,結構強い衝撃を与えないと出力のパルスが出ない.また,ロジアナでパルス幅を計測してみると,パルスの幅が数十~百μsと短い.よって,この安直な方法は断念.しかたないので,まじめに回路を組むことを考える.

少し色々調べると,ピエゾ素子をセンサとして使う場合,普通はチャージ アンプという回路を組むらしい.ちょっと調べたところ,”積分回路+反転加算回路+ハイパスフィルタ+ローパスフィルタ”といった構成で,ピエゾ素子の電荷の変化を検出するそうだ.うーん,今回は踏むか・踏まないかだけなので,めんどそうなものは却下.

2. 回路図

前置きは以上で,今回の回路は次の通り.

pzt_sensor_circuit.png

2.1 電圧変換

圧電ブザー (ピエゾ素子) はマルツで売っている村田製作所の 7BB-20-6L0 (100円ちょっと) を使用.発生した電流を 10kΩ 抵抗で電圧に変換.手元にストレージ オシロがなく,発生した電圧波形を観察できていないので,10kΩが適切かどうか分からないが,まあ動作しているので OK とする.もうちょっと大きい抵抗値でもいいのかもしれない.

2.2 電圧比較

発生電圧をコンパレータ (手元にコンパレータが無かったのでここではオペアンプ LMC660 で代用) で比較する.比較用の電圧は可変抵抗で調整.これが感度の調整となる.ピエゾ素子が高電圧,負の電圧を発生することを考慮して,コンパレータの入力には保護ダイオードを入れてみた (念のため,おまじないのような感じで).ただ,ダイオードに逆電圧がかかったときもわずかに電流が流れるので,少し問題ありかもと思いつつ,まあ動作しているので OK とする.

今回は,いきなりコンパレータで比較しているが,できれば発生電圧を十分電源電圧より低くなるように抵抗値を選んで,保護ダイオードはなしで,交流のまま差動増幅するのが正しい方法のような気がする.

2.3 単安定マルチバイブレータ

コンパレータの出力は,ピエゾ素子に衝撃を与えたときにパタパタするので (スイッチのチャタリングみたいに),単安定マルチバイブレータで整形する.ここでは,タイマー IC 555 を使った常套手段で,コンパレータの出力が立ち下がると幅 110 [ms] のパルスを出力する.”RC 積分回路+シュミット トリガ”でもいいかもしれない.

3. 試作

圧電ブザー (ピエゾ素子) を適当なプラ板にペタっと!回路はブレッドボードで☆出力を分解した USB マウスの左クリック ボタンに接続~

pzt_sensor.jpg

おわりに゛ー (動作確認)

ほんのちょっとプラ板を弾くと,左クリックしたことになる.足で踏んでも問題なし.感度は結構良い感じ☆

なんだか,ダンレボのコントローラが作れそう.さて,ユニバーサル基板で配線するかー.

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  1. 2010/07/31(土) 23:41:57|
  2. ハードウェア開発
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