Berührung auswerten (Schaltung gesucht)

[Farbe]

Hallo Leute.

Ich hab hier grad ein problem das ich nicht gelöst bekomme.

Es geht darum eine LED Leuchte mit Metallgehäuse (ca 15x15cm rund ALU) mit einem Touchsensor auszustatten.
Das komplette Gehäuse soll Touch empfindlich sein, genauso wie bei den billigen IKEA Leuchten.

In der Leuchte befindet sich ein ESP Modul und ein Schaltnetzteil.
Das Schaltnetzteil erzeugt 12V für die LEDs, zusätzlich ist ein DCDC für das ESP Modul verbaut. Dieser erzeugt 3,3V.
Die Leuchte hat einen Eurostecker und ist komplett doppelt isoliert aufgebaut. Das Gehäuse liegt also weder an GND noch an PE.
Die LEDs sind auf einem Alu PCB verlötet und mit dem Metall Körper der Lampe (zur Wärmeabführung) verschraubt.

Mein Plan war jetzt:
Ich verwende einen typischen Touch IC z.B.: AT42QT1011
und Versorge ihn aus extra gesiebten (RC Glied) 3,3V und geb den Ausgang auf das ESP Modul.
Der Touch Eingang ist direkt am Gehäuse angeschlossen.
Das funktioniert auch soweit super.... Solange die Leuchte nicht zusammengebaut ist = Alu PCB nicht am Gehäuse verschraubt.

Nun ist es leider so das dieses Alu PCB eine relativ hohe Kapazität zum Metallgehäuse der Leuchte hat, diese versaut mir wahrscheinlich die Empfindlichkeit.
Zusätzlich habe ich (natürlich nach ordern des Controller PCBs) festgestellt das der IC laut dabla nicht für direkten Touch verwendet werden sollte.
Bis jetzt ist mir der IC noch nicht an ESD gestorben, ist aber warscheinlich nur eine frage der Zeit.

Jetzt hab ich mir schon die Finger wund gegoogelt aber keine IC /Lösung gefunden die für direkten Touch am Metall gedacht ist und nicht super ESD empfindlich ist.
Ich mag ungerne so eine kapazitive Netzspannungs billig Lösung verwenden, vor allem da ich dann noch Optokopler bräuchte da das Signal unbedingt in das ESP Modul muss und damit meine doppelte Isolierung hin wäre.

Glücklicherweise wird die LED nicht gedimmt, also kein PWM, im moment schalte ich die LED nur mit nem N-Ch Mosfet, da könnte es aber auch sein das das die Touch ICs durcheinander bringt (immer andere Kapazität von GND zu Case).

Hat jemand von euch eine Idee wie man das schlau lösen könnte?

danke für die Hilfe,
Farbe

[Torpert]

Ich kann zwar keine hilfreiche Erfahrung beisteuern, aber eine ähnliches Projekt wartet bei mir auch in der Warteschlange.

Meine Idee war, es hiermit zu probieren: https://github.com/PaulStoffregen/CapacitiveSensor

[sysconsol]

Hast du schon mit den Werten für Cs und Cx gespielt?

Eventuell kannst du auch Wärmeleitpads unter die LED-Platte setzen und damit die Kapazität verringern.
Beachte aber die Temperatur der LED.

[BernhardS]

Mein gewohnter Kontroller gibt auf den Befehl "touch" einen Zahlenwert zwischen 0 und 65536 zurück. Ich denke, daß das bei den meisten Systemen so ist.
Mit der Zahl kann man dann weitermachen. Mittelwert aus mehreren Messungen und so weiter

[Roehricht]

Hallo,
da gibts ein IC für.

https://www.distrelec.de/Web/Downloads/ ... duct.code}

Nur noch ein an/aus Triac/Mosfet dahinter .

73
Wolfgang

[Farbe]

Hallo Leute,

Danke schonmal für die Rückmeldungen.

@torped
Diese Lösungen sind mir bekannt, die wollte ich aber nicht einbauen da ich denke das es keine gute Idee ist einen Port pin von uC einfach in der Weltgeschichte rumhängen zu lassen. Der Erbauer empfiehlt 1k am revive pin. Ich glaub das das bei ESD schnell mal den Chip killt.

@sysconsol
Mit Cs und Rs hab ich schon gespielt, Cx ist ja die Kapazität der Touch elektrode, die sollte so klein wie möglich sein.
Ich hab sogar probiert die Werte auf <50hz Grenzfrequenz auszulegen um eventuell eingeschlepptes Netzbrummen zu filtern. Das hat aber nur zu einem zufälligem auslösen vom IC Geführt .

@BernhardS
Danach habe ich noch nicht geschaut. Der ESP hat scheinbar so eine Touch Funktion, da werd ich mich mal rein fummeln. Bleibt die Frage wie man den GPIO pin dann sinnvoll schützt.

@Wolfgang

Das ist exakt der selbe IC den ich im ersten Post verlinkt habe. Der ist grad eingebaut und liefert keine guten Ergebnisse. Zusätzlich ist im Application Note (QTAN0002)
Angegeben das man den Pin nicht frei rumscharwenzeln lassen soll (letzte Seite/letzter Satz)
Die haben wohl auch Angst vor ESD.


Danke
Farbe

[E_Tobi]

ESD ist ein eigenes Thema, mit den richtigen Teilen zum Schutz, auch gegen unerlaubte Zustände, und dem richtigen Layout sehe ich kein Problem an einem "offenen" Portpin.
(Edit: Unerlaubte Zustände im Sinn von unerlaubten Spannungsleveln. Schutz gegen HF-Einstrahlung muss vermutlich auch her. In wie weit so was als Touch-Lösung tauglich ist weiß ich nicht, ich hab bisher nur fertige Controller genutzt. Die Schaltungen von Zabex dazu kennst du? http://www.zabex.de/site/schaltungstechnik.html#kanmi2 )

[sysconsol]

Das Alu-PCB der LED ist von der Versorgung der LED mit Sicherheit isoliert.
Damit bilden Versorgung und Alu-PCB einen Kondensator.

Die LED werden per PWM gedimmt?
Das lässt kapazitive Ströme über den oben beschriebenen Kondensator fließen.

Auch wenn die nicht gedimmt werden: Wie sauber ist die Ausgangsspannung?

Zum Einsatz von Wärmeleitpads habe ich oben schon etwas geschrieben.
Wärmeleitende Isolierfolie geht auch.
Es kann zusätzlich hilfreich sein, das Alu-PCB zusätzlich zur elektrischen Isolierung vom Gehäuse auf ein definiertes Potential zu bringen (Versorgungs-GND des Touch-IC?)

Hast du ein Oszi?
Hast du ein Kapazitätsmessgerät?


Edit 11:47: Die Sache mit dem Driven Shield ist die nächste Eskalationsstufe. Das Alu-PCB ist der zu drivende Shield.

[Chefbastler]

Oje, wie hab ich diese Touch IKEA Lampen als Hassobjekt mal entsorgt habe.

Ein Rülpser mit Funk oder bei Gewitter muntieren du gerne zu Diskolicht. -> EMV Störfestigkeit ist auch ein Thema. -> irgendwo ne Bandbreitenbegrenzung mit einbauen. -> Evtl auch vermeiden das ganze Gehäuse als Touchfläche zu machen.

[Sir_Death]

Da hatte ich vor 2 Jahren so eine lustige Fehlermeldung meiner Schwiegereltern:
"Kannst du dir mal unsere Nachttischlampen anschauen? - Wir haben die jetzt schon 2 x auf Garantie getauscht, aber die schalten sich mitten in der Nacht ein!"
"Nur mitten in der Nacht?"
"Naja manchmal auch am Tag, aber nicht so oft."

Lampen angesehen - IKEA touch...

Zu mir mitgenommen - nix. keine einzige Einschaltung. Hab extra einen Fototransistor davor gesetzt und einen µC zum loggen - aber nix.
Bei den Schwiegereltern aufgebaut - schalten die Dinger doch tatsächlich ziemlich oft ein und aus - auch unter Tags gleich oft, nur auch so oft wieder selbst aus, dass es nicht aufgefallen ist.

Des Rätsels Lösung?
Der im Nachbarraum gleich hinter der Wand steht eine alte Kühltruhe - wenn der Kompressor anlief, schalteten die Lampen....

[Farbe]

Das Alu-PCB der LED ist von der Versorgung der LED mit Sicherheit isoliert.
Damit bilden Versorgung und Alu-PCB einen Kondensator.

Die LED werden per PWM gedimmt?
Das lässt kapazitive Ströme über den oben beschriebenen Kondensator fließen.

Auch wenn die nicht gedimmt werden: Wie sauber ist die Ausgangsspannung?

Zum Einsatz von Wärmeleitpads habe ich oben schon etwas geschrieben.
Wärmeleitende Isolierfolie geht auch.
Es kann zusätzlich hilfreich sein, das Alu-PCB zusätzlich zur elektrischen Isolierung vom Gehäuse auf ein definiertes Potential zu bringen (Versorgungs-GND des Touch-IC?)

Hast du ein Oszi?
Hast du ein Kapazitätsmessgerät?


Edit 11:47: Die Sache mit dem Driven Shield ist die nächste Eskalationsstufe. Das Alu-PCB ist der zu drivende Shield.

Oszi (Rigol DS1054 gehackt) und Kapazitätsmessgerät (HM8018) sind vorhanden.
Kapazität habe ich schon probiert zu messen, scheinbar ist die aber zu klein als das mein Messgerät etwas sinnvolles anzeigt.
Mit dem Oszi habe ich noch nicht weiter probiert irgendetwas zu messen. Im Appnote vom IC steht das man den Widerstand mit messen auslegen soll.

Das Problem das der Touch PIN nicht auf das Gehäuse darf bleibt aber weiterhin.
Wie würde denn eine eventuelle Schutzschaltung aussehen? 2 Dioden nach VCC und GND + Serienwiderstand würde mir einfallen.
Das würde aber die Kapazität noch weiter erhöhen. Nebenbei sind die Dioden auch nicht unendlich schnell. Ich vermute das es trotzdem den IC killen könnte.

Die Leds werden nicht gedimmt.
Schön wäre es natürlich, aber im moment ist es nicht nötig.
Ich habe schon überlegt ob es etwas bringt die LEDs während der Messung des Touch ICs abzuschalten, das könnte ich mal probieren.

Leider kann ich keine Wärmeleitpads verwenden, das ist thermisch ziemlich kritisch. Lampe ist recht klein für die verbaute LED Leistung, wenn ich da noch mehr Übergangswiderstand zwischen den chips und dem Kühlkörper habe werden die ungemütlich warm für lange Lebensdauer.

Das Alu-PCB der LED ist von der Versorgung der LED mit Sicherheit isoliert.
Damit bilden Versorgung und Alu-PCB einen Kondensator.

Genau das ist mein problem. Da das Alu PCB auch nicht isoliert verbaut ist kann es nicht zum driven Shield werden.
2 Layer ALU pcb wäre eine Möglichkeit um ein driven Shield einzubauen, das würde aber die kosten ziemlich in die höhe Treiben und die Wärmeableitung reduzieren.

Zu den angesprochenen einstreuungs Problemen:
Genau die will ich nicht haben, ich hoffe das ist irgendwie lösbar.